Dynamic testing of mechanical systems using impulse testing techniques

Dynamic testing of mechanical systems using impulse testing

techniques

Citation for published version (APA):

Houtackers, L. J. A. (1973). Dynamic testing of mechanical systems using impulse testing techniques. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Laboratorium voor mechanische technologie en werkplaatstechniek : WT rapporten; Vol. WT0319). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Published: 01/01/1973 Document Version:

Publisher’s PDF, also known as Version of Record (includes final page, issue and volume numbers) Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

rapport vall _ANALY

titel:

DYNAMIC T~STING OF

L. ,T • A. HOUTACKERS. trefwccrd:

. IR,

Eon ls~ welke wordt uitgeoefend g05c:~il:tc

he~0r op een con tructie, biedt de om de

ie c tie c en

van C~ Fouri~r-Anal

Jit rzoek o~vat de bou~ en de i

gev~n V~ ric Ij n c]. di t gezicn t worC0n 0: gete.s t voo:c t ot

I

I

,

~---

---1

I

I

_! t 7-11 .3

1 / 2.1 2 .. 2 4

5

INHOUDSOPGAVE. Samenvatting .. Inleiding.

Voorbeelden van toepa.ssingsmogelijkheden.

Het gebruik van de fourier-analyser bij de pulstest. De proefuitvoering.

De Dverdrachtsfunctie. Het autopowerspectrum. Het crosspowerspectrum. De cohorence function. Mode shape plotting. Triggeren.

De bouw van de halnerconstructie.

1 1

5

11 11 12 13 13 13 14 '16 18 5.1 Inleiding. 18

5.2

De krachtdoorleiding van de hamerkop naa1' de krachtopnemer.31

6

De pulsvorm, pulstijd, triggertijd en slagsnelheid.

33

6.1 Inleiding.

33

6.2 De slagsnelheid. 39

7

Het ijken van de krachtopnemer bij verschillende opslu.it- 41 mogelijkbeden.

7.1 IJldng vd Kistler 35 kN mbv de solartron. 41

7.2 Ijking vd Kiag 15 ld'T mbv de solartr.,met klembout en zan.,. L~L~ der voorspanning.

7~3 Ijking vd Kiag 15 ld'T mbv €len millivoltmetertmet klembout 48

en met voorspanning.

7.4 Ijking van de Kistler 15 kN mbv de solartron, met klem- 53

moer in hamer en met voorspanning.

Ijking van de er 15 k]\! I:lbv een millivoltmeter, met

8

8.1

8.2

8.3

klcmmoer in hamer en met vooX"spanning.

Orientatieproeven met de pUlstest op cen as. Inleiding.

Jvjeetr~sultatcn. Concltwies.

APPEliDIX I. Ui tvocringsYormen van de klemmoer. APPENDIX II. Gegevens van de gebruikte apparptuur. LI TUUl~ ..

BIJLAGE II.Nedcrlandse tekst lit.2

BIJLAGE III. Meetsoriea no 1 tim 10 behoTendc PFl!.'.

£3.

53

59

59

60 60 T VIII X\TII

DYNAHIC TESTING OF MECHANICAL SYSTEHS USING IMPULSE TESTING TECHNIQUES.

1 SAMENVATTING.

Een impuls, welke wordt uitgeoefend met een geschikte hamer op cen constructie, biedt de mogelijkheid om de dynamische eigenschappen van die constructie snel en nauwkeurig te meten.

Met behulp van eon Fourier-·Analyzer, die zowel de kracht

1

als de responsie toegevoerd krijgt, kan de warellimpedantie" berekend worden.

Dit onderzoek omvat de bouw en de ijking van een hamer-constructie, het doen van orienterende proeven met deze hamer en het geven van richtlijnen en verbeteringen aan de constructie.

Het geheel dient gezien te worden als een eerste stap, welke kan leiden tot het dynamisch testen van mechanische systemen met behulp van impulstesttechnieken.

2.1 INLEIDING.

Impulsen, toegopust op mechanische system~n met een

ge-schilde hamer, maken het mogelijk de dynamische

e:igen-schappen van dit systeem te meten. Daze techniek kan

wor-den toegepast bij het ontwerpen of testen van gereedschaps-werktuigen, machines, machineonderdelen en al of niet be-wegende delen.

Ten opzichte vC'.n de convcntionele II sine sweep 1I test moet,

bij dezelfde nauwkeurigheid, het voordeel van de impulstest gezicn worden in de eenvoud van opzet, de snelheid waarmee de test kan worden uitgeyoerd en de flexibiliteit van de pulsgever.

Door de huidige uitvoeringsvormen van kracht- en versnel-lingsopnemers en de snelle dataverwerking van de

Fourier-Analyzer is het mogelijk om dynamische eigenschappen in de

vorm van frequentie responsie curven en mode shapes (

uit-buigingsvormen ) van gcreedschapswerktuigen to bcpalen.

Verschillende toepassingcn worden beschreven in :

2

Pulse-testing houdt ondermeer in:

Het gaven van een inputsignaal en het analyseren van deze input en de resulterende systeemresponsie om de frequentie-responsie van het systeem te bepalen.

De frequentieresponsie kan in diverse vormen worden weerge-geven, zoals:

- Een polair diagram ( Niquist diagram ).

- Een diagram met modulus en fasehoek versus frequentie ( Bode diagram) .. De feitelijke berekening van de frequentieresponsie, G( j w ), is een direct resultaat van de definitie van G(jw) n .. 1.

De fouriergetransformeerde van de systeemresponsie gedeeld door de fouriergetransformeerde van de input.

Voar lineaire systernen geldt: G{j w) ;;:: F [x(t) ] F [y(t)]

-f

x(t) ~".. uo / yet)

-

....

e - j w t dt e -jw t dt

Tijdens de uitvoering van de test worden de puIs input en de systeemresponsie tegelijke:t'tijd geregistreerd, hun fourier-getransformeerde berekend, de verhouding genomen en de

resul-terende data van de frequentieresponsie verkregen.

De uitrusting, welke voor doze test gebruikt wordt, omvat: a)

b) c) d)

een hamer als pulsgever. een pulsopnemer.

een of meerdere responsie-opnemers.

een meetopstel voor het bemeten van de onder b en c

genoemde signal en, al of niet ingebouwd in de Fourier-Analyser"

e) Een Fourier-Analyser met de mogelijkheid van digitale

bemonstering ( Analoog-digitaal-omzetter) en een kleine computer voor de verdere data verwerking. (zj.e LIT 2 P 1-2)

In het kader van de opdracht we I'd de bouw van de hamercostructie

(a), het ijken van de gever en pUlsopnemer (a,b), alsmede

de orientatieproeven ( a,b,c,d) in dit rapport opgenomen.

Van de literatuur ever de er ( LIT 1 ) en de

Impulstest ( LI • 2 ) word tijdcns het beatuderen een

Ueder-landse versie , welke ala BIJLAGE I en II bij dit

rap-port hehoran.

In Hijlage I is cen uitvoc 'V{"Hl de werkwijze,

3

Er zijn diverse factoren~ welke in het verleden en in de toekomst beperkingen aan de ontwU,: .. lceling van de pulstechniek zullen stellen. Volgens Bollinger en Bonesho ( LIT. 3 ) waren drie van de belangrijkste factoren:

1) de dataverwerkende teclmieken en systemen.

2) de gavers.

3) de opnemers.

Op het gebied van de dataverwerking (1) is het probleem twee-zijdig geweest.

a) De fouriertransformaties worden meestal in digitale vorm uitgevoerd en een adequate Analoog-Digitaal-Omzetter(ADC) is dus noodzakelijk.

b) De beschikbare computorprocedures om de fouriergetrans-formeerde te berekenen.

Op beide gebieden heeft er een ontwikkeling plaatsgevonden.

Er rest nog het probleem deze systemen draagbaar, gemakkellijker

hanteerbaar en economisch inzetbaar te maken.

Door de aanwezigheid van de kleine computer als deel van de Analyser kan de verkregen data gemakkellijk getransformeerd wor-den van €len Bodediagram naar €len Niquistdiagram. Eveneens kun-nen belangrijke punten van de gemeten frequentieplot worden opgenomen en worden weergegeven. Hen kan b.v. Hode-shapes ( uit-buigingsvormen ) op deze manier Hplotten" ..

Andere beperkingen hadden betre}rJ:;:ing op de pulsgevers (3) om een passende kracht op te wekken en op de opnemers (2) voor het meten van de kracht en de verplaatsingen.

D!', _- ";n-_{~ 1}"u.tJ:"'"'ul,". _{- - u - ,} zo<'Js _.~ ru'p·?c,' _{_~~ Deb nreven :LS :Ln OlJ} 'c' . . p ' 'l~~ _{~0e ~~} -,-, ( --"'1' 2) _L~"

\'lordt verkregen oor met een hamer cen kVJc,rtskristal

( krc.chtopnerEer ) to slaan.

Op dit signaal wordt de fouriertransformatie toegepast. Hat is belangri

inhoud vnn de

te zorgen voor cen

"

e frcquentie

-In dit rapport is een methode beschreven waarbij niet op een

=...:;...;:--:; ...

kwatskristal vordt • De opnemer is in de hamer gebouwd.

Een en 2.lj.der zal in parcgraaf 5 !l BOU\:1 van do hamerconstructie If

4

Door een hamer met verwisselbare kop te gebruiken is het mogelijk een juiste frequentie inhoud te verkrijgen.

10 FREQUENCY ~HZ 100 1000 - - - STEEL. - - - HEAD #1 #2 #3 #4 10000 Figure 1 Frequency Content of Typical Hammer Impacts

Fig. 1 geeft een beeld van de fouriergetransformeerde van inputpulsen, welke met verschillende koppen geproduceerd kunnen worden door middel van een hamerslag.

Op twas punten bevindt de pulsgever zich nog in sen begin-stadium:

- de ontwikkeling van een draagbare uitvoering , zodat de ll1eeta.pparatuur naar elke v!illekeurige machine getrans-porteeI'd kan worden.

- de controle over de piekwaarde van de kracht van de puIs,

teneinde niet ~iten te kUDllen onderzoeken.

TegeilVlool'dig kan men beschikken over kleine, gemakkellijker hanteerbare opnemers voor het meten van Jr..racht, versnelling, snelheid en verplaatsing.

Versnellingsopnemere en servoversnellingso:pnemers kunnen

ge-bruikt worden bj.j zeer _frcquenties.

De _{c Fourier- Analyser blijkt oak inzetbaar te zijn}

5

2.2 VOORBEEI,DEN VAN TOEPASSINGS110GEIJIJKHEDEN.

1) De invloed op de dynamische eigenschappen van een uni-versele freesbank waarop een dynamometer wordt gebouwd" De frequentieresponsiecurven, die de beweging langs de drie hoofdassen relateren aan de krachten die langs daze assen werden uitgeoefend,kan men verkrijgen voor de ma-chine met en zonder dynamometer. Daarbij kan de kracht-opnemer in een II dummy" werkstuk en de verplaatsingsopne~

mer in de gereedschapshouder worden gebollwd.

Per richting kan een grafiek worden opgesteld ( met en zonder dynamometer) , die het verband aangeeft tussen de frequentie en de "soepelheidll

( reciproke waarde vS.n

de stijfheid) en of de faseverschuiving. Fig. 2.

180.---,---,

-180~---~--- -180~---~--- -180~---~--- DYNAMOMETER - - - WITHOUT DYNAMOMETER r/) co 2 10~~---~~~;---; z w u z « ..J 0-~ 10-50-~0-~---0-~---0-~---0-~ u (

Xlu.

10

~/

---"'---~ ----_.---'---' 100 FREQUENCY ~HZ 1000

Figure 2 Eff€"Ct of Dvnamometer on Miffing Machine Frequency Response as Obtained by' Pulse Testing

Deze grafiek geeft dan direct een beeld van:

- de verhouding van de dynamische stijfheid met en zonder dynamometer, bij een bepaalde frequentie.

2) Het bepalen van de frequentieresponsie van een

rond-slijp-apparaat.

6

De relatieve beweging tussen wiel en werkstuk ten ge-volge van een y"xacht ,die daartussen werkt is alsvolgt te bepalen.

Allereerst kan men op het wiel en los daarvan op het werkstuk slaan. Dit geeft de absolute bewegingen .. Het verschil in absolute bewegingen levert de

relatie-VB beweging op"

Men heeft bij de pulstest, zoals hier in dit voorbeeld, het voordeel, dat men geen bevestigingsplaats voor de pulsgever hoeft te construeren.

Daarom is het ook mogelijk, de frequentieresponsie-curve van draaiende delen te bepalen.

Fig. 3 laat ons het resultaat zient terwijl tevens

"

het verschil tussen de TFA en bovengenoemde methode is waar te nemen.

3) De frequentieresponsiecurve van een gereedschapsisolatie.

De frequentieresponsiecurve van een gereedschapsiso-latie systeem, zols weergegeven in Fig.

4

laat ons zien dat hat mogelijk is , de pUlstest ook bij lage fre-quenties in te zetten. Op doze manier is hat eenvoudig de waarde van de isolatie vast te leggen.

4) Hot gebruik van de pulstest methode voor hat bepalen van de frequentieresponsiecuryen en de data voer de uit-buigingsvormen vaneen vertikale freesbank.

De frequentieresponsiecurve in voedingsrichting kan ons een beeld geven van het gedrag van de tafel en de spin-delbewegingo Zie Fig~

5.

De uitbuigingsvormen , bij een bepaalde frequentie kan men met de pUlstest op twee marderen bepalen,.Zie Fig.7.,

In de aerate door de pulsinput toe te passen op

geselecteerde en en de responsie op f bepaalde

plaats te meten.

*' 'l'F'A ::; Tranbfer FU;lction

Toastel O~ de overdrachtsfunctie met

180 C) UJ Q i ₀ UJ (/) <! I Cl.. -180 i - T F A - - - IMPACT 10'S (/) CXl ,. ..J

--

Z UJ U z <! ..J Cl.. 2 _10-6 0 () Xlu. C) UJ 1 0 l UJ (/) <t. I Cl.. UJ () z <! ..J Cl.. 2 o () 10,7 ~ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ -...l 10 FREQUENCY --- HZ 100

Figure 3 Comparison of Grinder Frequency Response Plots From Pulse and Sinusoidal Tests -~---_. 180 0 180

rod

-l

I I I ! J

i

J

i I I I , - l---- ~--".

/

1\

_i

) l xlu.

~

"

.0 1.0 10.0 f'Fl(:OUENCY ~HZ

or Machine T,(l/ iSO/O!icn B:O(i,

8

CJ

180

ill

(a) Absolute Spindle Motion 0 l w 0 (/) <! :r: -180 a. - - T F A - - - IMPACT 10-4 f.'Q H

"'"

g; 10- 5 H w () Z <! ::l _10-6 a. ~ 0 ( ) 1 xlu. 10- 7 10 100 1000 FREQUENCY -HZ

CJ (b) Absolute Table Motion

w ₁₈₀ 0 I ₀ w (/) < _-180 :r: a. - - - IMPACT

4

10-7

'---"---'---~---'

10 100 1000 • HiEQUENCY ~HZ

9

Omgekeerd kan mOll een slag gaven op bepaalde plaats en de responsie op verschillende punten van de frees-bank opnemen ..

W ederlcerigheid.

Bij een(eige~frequentie zal de amplitude van de res-ponsie op een bepaald punt ten gevolge van een kracht in een gekozen Hinputpuntil

van het gekozen punt ten

oefent op dat bepaald punt. **

zijn aan de responsie van een

kracht,uitge-Voor de uitbuigingsvorr.1en kunnen de B.1:1plituclen van zulke punten rechtstreeks verkregen worden uit een stel frequen-tieresponsiecurven.

In beide gevallen is het niet noodzakclijk, de volledige frequentieresponsiecurve van elk punt op te nemen, maar slechta de responsie bij die eigenfrequentie, waarbij de uitbuigingsvorm gewenst wordt~

In de practijk i~ het gebruikelijk deze frequenties voor t, selecteren. Het is tevens mogelijk, daze voor te

pro-grammeren, slechts de verlangde data voor de

uit-buigingsvorm Vlordt opgenomen. Opmerking.

In de l1teratuur ( LIT. 2 ) is aangetoond, d~t er een grate correlatie bestaat tussen de resultaten , welke verkregen zij met behulp van de pUlstest n:ethade en die van de If sinoid2.1e e~~c e test" ( TF:;~ )

Bovengenoemde voorbee!den daarin uitvoerig be~ . schreven"

**Dit gcldt ook eh, mits er geen dissipcrende

on-derdelen z,ijn zoals dampers, dempende

TWO MATCHED ANTI-ALIASING FIL TERS SIGNAL Afv1PLI FI ERS LOAD CELL (It.JPUT) 5451 FOURIER ANALYZER o ACCELEROMETER (RESPONSE) HAMMER

•

10

3 RET GEBRUIK VAN DE FOURIERANALYSER BIJ DE PULSTEST.

Alhoewel bij de orienterende proeven nog geen bebruik is gemaakt van een fourier analyser is het toch nuttig, van tevoren de mogelijkheden en de beperkingen van de analyser te kennen, zodat met de bouw van de pulsgever hicrmee re-kening kan worden gehouden.

3.1

DE PROEFUITVOERING.

Een schema van de proefopzet, voo~ het uitvoeren van de test

is weergegeven in Fig.

6.

Een kracht , welke in punt x wordt gegeven , is via een kracht-opnemar en een sign().alversterker te meten. Het resultaat wordt in kanaal A van de analyser gezonden.

De responsie ( versnelling, snelheid, verplaatsing ) wordt

ge-meten in punt y , versterkt en gezonden in kanaal B.

Met een geschikte hamer wordt een slag op de krachtopnemer ge-geven, waardoor een puIs aan het systeem wordt toegevoegd. Controle freqyentieinhoud$ VEmaf het ogenblik, dat de impuls gebruikt wordt om het systeem to exciteren over een breda fre-quentiaband is het van belang de frequentieresponsie van dG . ingaande kracht te observeren, voordat men met de beproeving verder gaat.

De frequentieinhoud van de impuls mag gaan tot de gewenste

frequentie, maar niet verder dan dit punt am ali~roblemen

te vermijden.

~ ( quasi of pseudo ) is een verschijnsel dat alle

digi-tS.le signaal analysers gemeell hebben en dit verschijnsel is

beschreven in(LIT 1 p 25) Bijlage I.

Tegelijkertijd moet men cen voldoende lage frequentie input hebben om het systeern bij lage frequenties te kunnen exciteren .. Een harder~ of zachtere kop van de hamer lean gebruikt worden bij het observcren van de impuls.

Er mag naar keuze een stapfunctie als input toegepast worden, inplaats van een impuls,door op het gewenste punt van het te onderzoeken systeem cen voorbelasting ( of een verplaatsing) aan te brengen, am daarna de belasting snal op te heffen.

( Deze methode is o.a. toegepast bij het ijken van de hamer.) Daarcloor zal in hc:t sy-steam cen vibratie woY·denopC;0weld ..

12

Deze manier wordt geprefereerd bij het testen van kwetsbare onderdelen waarop zelfs kleine pulsen to hevig zijn.

Een klein schaalmodel exciteren met een hamer kan niet line-aire responsie opwekken, welke niet kenmerkend is voor het model. ( zie oak LIT.I P4~18 Cohorence Function.)

Aan de andere kant is een stapfu!lctie noodzakelijk , als een impuls geen voldoende verstoring kan veroorzaken in zeer gra-te constructies.

3.2 DE OVERDRACHTSFUNCTIE.

De data, welke verkregen zJ..Jn, kunnen op verschillende manieren, afhankelijk van de achtergronclruis ( lopende motoren,ventila.-toren ) verwerkt worden.

Dient een rustig systeem ( behalve vaor de klap met de hamer zelf ) onderzocht te worden, dan mag de directe verhouding van de fouriergetransformeerde van de twae signalen gebruikt worden am de systeemresponsie te observeren.

Zonder achtergrondruiso kraCl';'

~_v_e_r_p_lfliJ~Pl'''1._a_t_s_ing

(jw)

~

S (jw) y .,.

...

-jw t Sy (j w ) F [y( t)]

... !

y(t) e dt H(j ) =: _--

=

LxCt)l

/+<0

- j w t Sx (j w ) F w«l X ( t ) e . dt

De overdrachtsfunctie H( j w) is dus de fouriergetransformeerde van de output, gcdeeld door de fouriergetra.nsformeerde van de input.

Vvanneer er aanzienlijke achtergrondruis is, dan kan de systeem-responsie berekend worden met:

H( j w) :::

(j w) S (jw) S"(jw)

x x

Dc::: overdrachtsfunctie

He

j W) is het aIde

crosspowerspec-trum Vbn 8eld door' het

Nadere uitwerking geeft:

Viij hebben dus S (j w) x S (j w ) y S* (jw) -jw t e -jw t e

"'00

dt

_-

_....

I

x(t) -f'DO dt

J

x(t) e+jwt dt

--gezien dat: is de fouriergetransformeerde van is de fouriergetransformeerde van is de geconjungeerde van S (j w). 13 x(t) .. y( t).

Door het gemiddelde te bepalen zB.l de signaal-ruisverhouding verbeteren met de wortel uit het aantal waarnemingen.

( LIT.2 P 1-3 )

3.3 HE'l' AUTO-POWERSPECTRUH.

Het auto-powerspectrum wordt gedefinieerd ala:

G::::S (jw) S*(jw)

xx x x (4)

AIle frequentiecomponenteu van G zijn zuiver reeel en

xx ll.ositief (zie LIT.1 p 4-14 )

Er is dus weI informatie over de 13.bsolute waarden,maar geen informatie over de fasen.

3.4

RET CROSS-POWERSPECTRUN. ( CPS )

Het crosspowerspectrum is gedefiniecrd alB:

G

yx S*(jw) x

De nulVlaarde van het croGs-pow~rspectrum betekent dat een van beida of allebei de individuele spettra

quentie.

jr.,bij die

fre-Een relatief grate waarde van het CPS betekent dus, dat beide individuele spectra grate waarde hebben bij die frequentie. Het CPS geeft het verband aan tussen twee signalen en het

bevat zowel informatie oyer de absolute waarde ala over de fase, van de functie.

3.5 DE COHOHENCE fUNC'}'ICn.

Een voor van de meting is de

IG/2

yx

I CS-I.

/Cr-/

xx yy

, met O.£.

0

2

~

1

(6)

Aangezien het cross-power spectrum meestal betrekking heeft op de input en output, dan wil dat

nog niet zeggen , dat de relatie tussen input en output-

vol-doende informatiebevat om een nauwkeurige overdrachtsfunctie te bapalen.

Inaansluiting op de relatie( dat wil zeggen relatieve modulus en fase van twae signalen) moeten we des al niet te min weten

14

of de output geheel veroorzaakt wordt door de input van het systeem. Immers ruis en niet lineaire vervormingen kunnen grote uitgangssignalen veroorzaken, waardoor grote waarden van het CPS bij ve:r::schill€mde frequenties verlr..rcgen worden~Dien tengevolge krijgen we fouton in de berekening van de overdrachtsfunctie. Om de t!oorzakelijkheidftte beproeven bepalen we de waarde van de cohorentiefunctie.

2

Als '{

=

1, dan heeft het systeem een perfecte "oorzakelijl::::heid". Lage waarden van de cohorentia bij gegeven frequentie wijzen erop, dat de overdrachtsfunctie onnauwkeurigheden bevat bij die fre-quentic. (LIT.1 p 4-16 )

Nadere uitwerking van vergelijking (6) geeft:

/s

S*

12

y x 2

r

_Is s*I./s s*1

x x y y +"'" I / y ( t ) e-jwt

-

-

....

.. 00 • iiQ- -fUO / jWJ-

I

+;wt

I

J"wt

I

x(t) e- ~dt. x(t) e v

1.1

yet) e- dt. --0 _ClIO _ . 0 -c..o

De functie geeft hat percentage energie' ,afkomstig van de input, in de responsie weer.

Op puntan waar de cohorentie de waarde 1 of bijna 1 bezit zijn de berekende vmarden hEd::rouwbaar #

Is dE:l cohorentie dan is dit een indicatie voor een gebrekkige

meting.

3.6

HODE SHAPE PLOTTING.

Een geschikte overdrachtzfullc~ie om eon mechaniache constructie

to kcnmcrkcn is .de ( de flO )

TOP VIEW

(AI IMPACT MODE SHAPE

FRONT VIEW

A

TOP VIEW

IS) TFA MODE SHAPE

FRONT VIEW

B

Figure 7 Miliing Machine Mode Shapes Obtained by Pulse 8rJd Sinusoidal Tests

16

Jengevolge van een puls, uitgeoefend op een willekeurig punt krijgen alle punten van de constructie een bapaalde responsie.

De mode ( uitbuigingsvorm) bij sen bepaalde (

eigen)fre-quentie kan verkregen worden door:

- Een punt een puls te geven en op diverse punten de responsie te meten.

In een punt de responsie te meten en op diverse punten een puls uit te oefenen.

De soepalheids-overdrachtsfunctie H(jw ) is een complexe functie met een reeel (Re) deel'en een imaginair (1m) deel. Bij

*

dempte systemen is,bij resonantie, het Re deel nul en represen":' teart het 1m deel de dynamische soepelheid bij die eigenfrequentie. Omdat in de puls een frequentiespectrum aanwezig is kunnen voor de diverse punten, voor iedere gewenste frequantie, de dynamische soepelheden berekend worden.

Met behulp van de fourier-analyser kunnen de Re- en

Im

waarden van de soepelheid voor elke frequentie berekend worden.

Vervolgens kunnen, voor elke resonantiefrequentie, per punt vah de constructie, m.b.v. de 1m l,'marden van de overdracht de uitbuigings-vormen ( mode shapes ) getekend worden.

Zo"n is to zion in

7

en het heeft betrekking'op

de vertikale freesbank van par. 2.2 voorbeeld 4.

*

Voor" 1

4 TR1GGEREN.

Het verzamelen van data begint in het idiale geval, zodra de

krachtimpuls infinitesimaal or wordt dan nul.

Zouden we de Analoog-Digitaal-Omzetter (ADC) van de fourier-er op het krachtsignaal triggfourier-eren, dan zal een deel van de informatie verloren gaan omdat het triggerniveau van de ana-lyser door de operator zelf wordt ingesteld.

Hot de hand trigger en kan tot verlies aan sampling-tijd na. de

puls .• ( LIT.1 p

4-3,4-4 )

De fourier-analyser ( TH-VJ-WV ) verwerkt de volgende - een trigger stapfunctie van minimaal

3-4

V.

- een top-top waarde van !2 V voor de overige

De maximum frcquentie is afht3.nkelijk VD.l1 de camplingtijd.

Is de jd to I dan zal de f to worden

}'rra,x

waardoox· de hogen! frequcnties worden afgekapt.

Is de jd t kort, dan wordon de lage ( ev. intreesante)

t de

bccld. so :h.e voorst en

17

SYNC

3-4 V

~IN~P~U~T~ ____

+--+-L ____________________

~r-

_______

~

Oc.fTPUT

x,x,x

Fig.

8

Signaalverwerking op een Fourier-Analyser.

-;-- / /

-~"

, 1 ~

-

tv,",,"

r

~ ""'::-

-~ fv ... , _~

I

.

_{F.. fo Po F"} 'Flo, I

~"'

l

~

--

'-r.-I .~-

_".-..

l'>t ;r., Tvt'nc~. " '--

-... _ _ _ _ _ _ _ _ ,. _ _ .~_~ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ' i Fig.

9

Schemati3c in d

5

DE BOUW VAN DE HAHEHCONS'l'RUCTIE.

5.1 INLEIDING ..

Zoals we reeds eerder hebben gezien werd het inputsignaal verkregen doormiddelvan sen hamerslag op een krachtopnemer.

( par. 2 ev. )

We $.unnen hierbij een aantal vragen stellen met betrekking tot de eisen, die we aan de Itpulsgever" en aan de '!pulsopnemer" nioeten stellen.

Er is in het vo gesproken over flexibiliteit van de

pulsgever, over een breed frequentiegebied, over de verlangde frequentieinhol1d met betrekking tot het testen van machine-onderdelen ( klein ) , gereedschapswerktuigen ( groot ) en be-wegende of draaiende delen.

z:ijn sen aantal eisen te formuleren, welke bi.j de keuze van de constructie een leidraad kunnen zijn .. De puIs wordt gegeven in de vorn van een slag.

Kiezen we als pulsgever de hamer, dan heeft dit de vol e voor en nadelen en av. verdere conseque~ties.

1) :tIij is draagbaar en kS,l1 van e ene na2.r de andere constructie

samen met de overige meetinstrumenten vervoerd worden.

2) Vele plaatsen van de constructie kunnen hiermee op eenvoudi.ge wijze bereikt worden, waardoor een voldoende aantal

meet-punten ( b.v. bij sen b aantal responsieopnemers) ver-kregen worden. Da8.rbij k:;m van de wederkerigheid vgls lfraxwell

( par. 2 .. 2 voorbeold 11- ) worden gemaakt. Dit geldt niet alleen ten aanzien van de bovengenoemde meetplaatsen,

maar ook in het" , dat de r olJ b.v de

II kwetsbarel l_puntell geplaatst worde;:). en het slaan op de overtge

punteD van de consLrnetic zal vinden ..

3) Een hamerslag is snel en bevat cen breda band van

frequerlties. Daar(;oo1' kunnen met de analyser veel data bij ve:r-schillende f~equenties worden opgenomcn, waardoor de totale testtijd gereduceerd wordt.

4) Om de juiste frequenticinhoud te gen kan de hamer worden

uitgevoerd met .verwisselbnre kJ.eine cons:eruc ties

met cen harde en grote CODstructies t een ~achte kop worden

e1 van de hamer-op e0nvoudjG~ wijz t kunnen hiE:den.

19

Een nadeel is, dat de fre ieinhoud ( par. 3 ) gecontroleerd

zal moeten worden.

5) Doordat de slag met cen hamerwordt uitgevoerd is geen vast bevestigingspunt van de pulsgever nodig. Rierdoor is het mo-gelijk op bewegende delen een puIs toe te pass en.

6) Constructies. welke te kwetsbaar zijn om er een hamerslag op te geven, zullen op een andere wanier moeten worden getest. ( zie punt 2 en par. 3.1 )

Dit is eveneens het gaval. indien een impuls geen voldoende verstoring kan veroorzaken.

7) Piekwaarden in de kracht zijn moeilijk onder contrale te hou-den, waardoor de kans op II niet lineairiteitenll aanwezig

blijft. Eveneens zal het enige vaardigheid vereisen om een schone hamerslag te geven. Ret slaan op de juiste referent ie-plaats van de constructie of het op de juiste wijze treffen van de krachtopnemer zal enige oefening vergen.

8) Een hamerslag op een krachtopnemer betekent, dat daze opnemer hiertegen bestand moet zijn.

Verder moet een breda frequentierange gemeten kunnen worden. Enige eisen , die we hieraan moeten stellen zijn:

- stevige en bestand tegen een slag.

- hoge _•

liefst zo c mogelijk ( ev. inbouw in hamer)

- uitwisselbaar ..

9) Vanwege de hanteerbaarheid is het betel' de krachtopnemer en de triggerschakelaar in de hamer onder te brengen_ Naast de

uitwiss brengt dit , oa. met betrekking tot de

krachtdoorl , consequenties met zich mee.

10) Het juist doorleid€·n ,ran de kracht naar de opnemer zal

bepaal-de eisen aan bepaal-de constructie stollen.

11) We slaan niet meer ( bij inbouVl ) op de opnemer, maar mooten weI de juiste roferentieplaats treffen.

12) Het ijken van de krachtopnerIlcr is moeizaam in verbanO. met

het snel ( of wegnemen ) van €len grote be1asting.

( Wegleld;:en van de lading tijdons het en het weglckken

van de olie, ino.i de belasting wordt aangebracht.)

en o.c:.11s1uitingE:!l en de ev.

zodan:i.g t« , 08.t noze tendig z.it

+ •

20 14) De triggerschakelaar is, in vel'band met de

verwisselbaar-heid in de hamer en niet in de hamerkop ondergebracht. Uit de diverse mogelijkheden, zoals b.v een vaste schake-laa1', een naderingsschakelaar etc. werd gekozen voor een instelbare penschakelaar, welke bestaat uit twee contact-p 11l1ten ( zie oak Tak. 1 ) n.l:

- Het voorste contact is instelbaar, vanwege de verschillen-de kopho~gten ( instelbare triggertijd), terwijl het achter-ste contact verend en inachter-stelbaar is ingebouwd, zodat de schakelaar bij het gebruik van cen rubber hamer niet kapot-geslagen kan worden.

Aangezien daze schakelaar goen rechtstreeks "schoon!! trig-gersignaal kan afgeven, wordt hij gebruikt am een

flip-flopschakelaar in de triggerunit to bedienen.

De triggerunit is gebouwd door het Electronicalab. PT. Enkele opmerkingen over de triggerschakelaar en triggerunit.

a) Tijdans de ijking en de orientatieproeven heaft de trig-gerinstallatie ( met in acht name van punt 13 ) goed gefunctioneerd. WeI dient men er op to letten,dat cen eenmaal goed ingestelde triggertijd ( afhankelijk van het ult de hamerkop stekend deel van de voorste

trigger-pen) gehandhaafd ft tijdens het opnemen van de

sig-nalen~ Correctie van de triggertijd op de fourier-analy-ser is slechta in beperkte mate mogelijk.

b) De flip-flopschakelaar is een zoganaamd II houdllcontact ..

Ha elke htunerslag moet met de hand de "resetllJmop op de triggerunit bediend worden. Dj.t kan tDz.t"geautomati-scerd word~n.

15) De hamer dient cen hanteerbaar gewicht te hebben.

Totaal gewicht van hamer en toebehoren en epoxiekop= 790 gr.

EfH:ctief ht van de hamer cpL in slagtoes 570 gr ..

Bovenstaunde punten hebben tenslotte geresulteerd in de

hamer-constructie, zoals daze is wc in TEKENING 1 tim

9.

- Tekenin5 1 ekening ..

2 tim

7

Werkplaatstekeningen ..

(

L

FOTO 1. Demonstratie epstelling van de pulstest. Veor de slag.

stest~

Tijdel1G dE;

I I I , I L---"1

----I I, ! . 1 2 5 7 8 10 11 17 Vocrste inctelb. trj ~~~ ,"., ' - \ d :; ',~ : '1 C:no.cl"lc ~ctterGte triccerpcn Aanoluitkabel krachtop~c~~r~

.fio'o-)..

/

I ) \

, __

~_J

~

~

~~

~ '- _~ "-()

~~

~ ~

~oJ

'6-.

q ~ _~ \l'- _~

~

,

-'I 1.1.. '1'1 If..t _\.tJ

~

~

=t K: u ~ \I} ~

L

f~-.~

~

~

--~~.-....-- ---I -10 48 6 I'~ I 1x $T 1)( HI> 2 POSHO: 9 POSrIO: 11 . .

~.-- ~.-- r

)

QUARZKRISTALl - ~lIESSUNTERLAGSCHEIBEN

RONDELLES DE CHARGE A QUARTZ

QUARTZ LOAD \flASHERS

Quarzkrisloll-Kraftoufnehmer fOr die Mes-sung dynamischer und guasi-statischer Krbfte vcn einigen kp bis zu 100 Mp. Hochstes Auf-losungsvermagcn (z.B. einige p bei mehreren Mp Varlast), hahe Eigenfrequenz, dicht ver-schweisste Ausfohrung, Abmessungen (auszer Dicke) wie Narmscheiben. Die neuen, ver-besserten "A"- und "B"-Typen sind dicht und drehmoment~icher.

Capleurs de force b quOth pour la mesure de forcesdynamiques et qLJosi-statiques de quel-ques kp (kgf) iusqu' b 100 fAp (ff). Resolution

tr~s poussee (p,ex. quelques p sous pleine charge), frequence prepre elev6e, hermetl-quement soude ./v\Smes di mensions (sauf seur}que les rondelles normalizees. Les types ameliorElS "A" et "B" sont etanches et resi-stent all couple.

Gleitscheibe TECHNISCHE DATEN ... of:: <?'-' t' 0::' l'!'Oi; <:f '0'" q; .}- ~ I'! ;f ..:: . Ci ~ "I; ()' ,'V

t"

W 'i:> '00 rondelle glissante sl idi n9 washer DONNEES TECHNIQUES ~ <;:- ~ ~ .,9 .0 .0 /;;? $ 4-~ iI <iJt:::' .!!.f! .f! <) (; (; 6.011 3.66 POSNO:

5·en 6

Quartz force transducers for dynamic and short-term static force measurements between some kp and 100 Mp. Very high <resolution (e.g.some pat max. load), high resonant fre-quency, tightly welded construction. Sizes of normal load washers (except thickness). The

new improved "A"_ and "B"-types are tight and torque resistant.

TECHNICAL DATA

TYPE *¢(") *¢(mm) *kp d(mm) D(mm) H(mm) H 1 (mm) *p pC/kp pF *gr Type TYPE

;.: 901A 1/4 til 6 ·~02A _3/8 M 10 903A 1/2 M 12 904B 5/8 M 16 9058 3/4 M20 906B M 26 9078 1 1/2 M40 908B 2 M 52 9098 21/2 M 65 ALLGEMEINE DATEN

Deformation bei max, Messlost

Eigenfrequenz

Linearitat (max. Fehler) Isolal ionswiderstand 1'500 6,5 14 8 3 3'500 10,5 22 10 3 6'000 13 28 11 3 9'000 17 34 12 4 12'000 21 40 13 4 20'000 26,5 52 15 5 40'000 40,S 75 17 6 65'000 53 98 22 7 100'000 66 120 25 8 DONNEES GENERALES

dMormation ~ charge max.

frequence propre

I inearite (deviation max.)

Laduogssignol wild KISTLER

Lodungsver-$tijr~~er to eine proporf iono!e

diese ist Die moxi-im sich ca~ 40 12 65 40 30 19 40 45 35 2 20 'V 100 54 2 20 '" 1 00 82 2 20 '" 150 175 2 20 '" 300 365 2 20 '" 500 870 2 20 '" 750 1 '500 GENERAL DATA

deformation at max. load resonant frequency linearity (max. error)

insulation resistance temperature cocffi dent working-terciperoture range j.J1n kHz ±% 9511 9521 9531 9541 9551 9561 9571 9581 9591 "'" 15 "" 50 1 903A 904B 905B 9063 907B 90BB 909B 1014 -0,025 -150, +240

---1

connexi Oil .. Lo env.2-4 1" '" 25,4 r1~!'11

duce,-the SC;lS! fI 'Ie ran~Je f 2 H 4

zu r~raft witkt uberdieMetall-Druckringe A v. B dilekt auf die Qualze Q. Die dunnen Wande ve,uinden die Drvckringe und schUlzen die Quarzscheiben. Diose wan-deln die zu messende Kraft P (kp) in eine elektrische Ladung Q (pC'" pico Coulomb) um. Der langitudinale Piezaeffekt wird aus-genU!zt. Ocr Steckeranschluss ist mit dern Gehavse dieht verschweisst. Die Abdichtung des Kobelanschlusses erfolgt mitt€lls €lines Therrno-Schrumpfschlauches (Fig. 1 - A).

AI'~WENDUNG

Die !~essu;~~agscheiben eignen sich dank ihrer grossen Steifheit speziell fUr hochfre-quente Kraftmessungen und beeinflussen die Eigenschaften des Messobjektes koum. Qua-si-stotische Messungen von einigen Minuten Dauer sind moglieh. Vorspannkrofte von Schraubverbindungen kannen nach bel iebig langer leit beim Losevorgang als negative Kraft wieder gemessen werden.

Izpische Anwendungen: Me!.sung der dyna-mischen Beanspruchung von Zyl inderdeckel-bolzen unfer grosser statischer Vorspannung. Messung von Stempe I kraften in Stcmzen, Pres-!.en und Puroktschweissmo$chinen. Kraftmes-'" sungen on WerkstoffprUfmaschinen (Schlag-" prufung)" SchniHkroftmessungen on

Werk-zeugmaschinen, Raumnodel n usw. Messung von Kraftstossen in Fahrwerken. Messung von Lager-Reo kl ionskraften.

..

MONTAGE

a) Ailgemeine Hinweise

Bearbeitung der Oberflachen: Messunterlag-scheiben haben feinsl geschliffene und ge-lapple Oberflachen. Auch die Auflagefla-chen om Messobjekt miJssen feins! bearbei-tet, eben, steif und genau para! lei sein (Fig.l). In Sonderfallen konn folgendes Ein-bauzubeher verwendet werden:

* Druckvertei Iringo: lum Ausgleich der Auf-lagekrofte bei nicht fein bearbeiteten Aufla-geflachen (Fig. 2 - B).

.' Kugelscheiben: lur Anpassung bei nicht pc:rallelen Einspo:;nflochen (Fig. 3 - A).

* Druckkappen: Zur KraFlverteilung bei punktformigem Kraftangriff.

* Isolierscheiben: lur eiektr. Isolierung von Mosse (dUnne Kunststoff-Scheiben)(Fig.2-A).

Parollelscholtung: Bei Bedarf kennen rneh-rere Messunl'erlagscheiben parallel on einen Ladu:1gsverstarkerangeschlossen werden,

WO-clurch eine elektr. Summierung statHindet. b) Drehmoment

Sollen Schraubenkrofte geme:.sen werden, ist unbedingt die mitgelieferte Gleitscheibe zu verNencien (Fig, 3 - B). Eine Drehmomentsi-cheruns entfClllt. Nach Bedorf ist zusatzlich cine Kugelscheibe zu verwenden (Fig, 3 - A).

* Einbol)Zubehor, 5iehe Blott 7.011

A

a me,urer agil sur les quurt z Q pal I'intermodiaire des onneaux rnotolliques A et B. Les parois minces I ient lesanneaux mo-tall iques et protegent les disq(Jes de q(Joltz.

Ces demilOr; tronsforment 10 force P (kp) en charge olectrique Q (pC = pica Coulomb). L'effel piezo-electrique longitudinal est uti-lise. La prise electrique e:;t soudee otanche-ment au boitier. La connexion des cables peut $Ire rendue etanche pOl' une gaine ther-mo-retractable (fig. 1 A).

APPLlCA TlOr'-l

Grac~ a leur grande rigidite les rondelles de charge se pretent specialement 010 mesure de forces dynamiques. L' introduction de 10 ron-delle influence a peine les propriotes du dispositif de mesure. II est egalement possi-ble'de fai re des mesures quasi -statiques de quelques minutes. La pnkontraintc de

bou-Ions peut etre prelevec au desserr€lment (com-me force negative); ce prod,s n'est limite ~ aucun delai.

.I:.~mples d'appl~ca!~()~.: Mesure des forces dynamiq(Jes de boulons de culasse precon-traints. Mesure de forces dons des etampes, presses et machines ~ souder par points. Me-sure de forces aux machines d' essai de ma-leriaux. Mesure de reactions de coupe aux machines outils,aiguilles a brocher etc. Me-sure de forces dynomiques dans des suspen-sions. Mesure de forces de reaction dons les paliers.

MONTAGE a) Note; generales

Usinoge des surfoces: Les surfaces des ron-delles de charge son! rectifiees et mdees. Les surfaces de montage du dispositif de me-sure doivent egolemcn! ~tre usinees fin, pla-nes, rigides at strictemanr paralleles (fig.l). Dons des cos specia\Jx, les accessoires sui-vanls peuvent eire IJli I i ses:

* Anneaux distributeurs de force: Pouregali-ser les forces si !es surfaces de montage ne sonl pas usinees fin (fig, 2- B).

* Rondelles spheriques: Pour les surfaces de montage non-paralleles (fig. 3 - A).

" Calottesdistributricesde force: Pour distri-buer I es force5 concentrees.

* Rondalles isolanlcs: Comme isolation elec-trique de 10 masse (rondelie mince en p'a-stiquc)(fig. 2-A).

Mise en I~de: Plus!eul's rondelles de chol'ge peuvent etre connectees en para I lele avec I' ampl ificateur de charge; les charges electriques sont additiollnGes.

b) Couple

Pour rnesurer des forCE'S de boulon, 10 rondelle 91 issante fournie avec choque rondelle de charge doit etre utilisee (fig. 3- B). Aucu!1 autre ciispositif de reduc:Jion des couples n' est necessaire. Le cos Gcheen!, une rondel!e spherique doil etre (fig. 3- A).

* Accessoires de montage, voir feuil!e 7.011

A

DESeRJ PTj Oi~ 30

The rnc(lslJred force acts on the quwt z ele-ments Q thlough the metal rings A and B. The

thin walls connect the meJa! rings and pro-tect t;,equmlz discs whicl) tra'1sform tf',e for-ce P (kp) into on electrostatic charge Q (pC~

pica Coulomb). The longitudinal

piez.o-elec-tric effect is uti I i zed. The connector is tight-ly welded to the body. The ceble connection con be sealed with a thermo-shrink sleeve (fig. 1- A).

APPLICATION

---.-.--~-Because of their high rigidity, quartz lood washers are especially suited far measuring dynamic forces and have a minimum influen-ce on the properties of the measured objects. Quasi-stotic measurements of some minutes duration are possible. Bolt forces can be mea-sured (as a negative force) after any period of time when the bolt is loosened.

Typical Applications: Measurements of the dynomicst-;'essof cylinder head bolts under heavy preload. Force measurements in pres-ses and spot welding machines. Force measu-rements on material testing machines (e.g. shock tests). Measurements of cutti ng st resses on tool machines, reamers elc. Measurements of dynamic forces in wheel suspensions. Mea-surement of bearing reaction forces.

MOUNTING

a) Ge~erol instructions

Machining of surfaces: The load washers have ground and lapped surfaces. Also the

mO'Jnt-ing surfaces must be perfectly flat,finelyma-chined, plane and absolutely parallel (fig. 1). For special cases the following accessories may be used:

* Stress distributing rings: For coarse mount-ing surfaces (fig. 2- B).

* Spherical washers: Farnan-parallel mount-ing surfaces (fig. 3-A).

* Stress distributing cops: Forthedistribution of concentrated force!..

* Insulating washers: For insulation from

ground plastic washers)(fig. 2-A).

Parallel conrlection: Several load washers can be connected in parailci to a omplifier whereby the chcrges ore cdded electrically.

b}Torqve

For measuring bolt forces, the siioing washer supplied with each load was"er must be used (fig. 3·· No other torque measu-re, are required. If necessary a sp:,cricol washer may be added (fig. 3 A).

* Mounting accessories, see sheet 7.011

A

B

31

5.2 DE KRACHTDOORLEIDING VAN DE HANERKOP NAAR DE KRACH1'OPNENER.

De inbouw van de krachtopnemer is weergegeven in TEK.1

In tegenstelling tot de veelgebruikte manier, waarbij de opnemer door middel van cen dunne as of bout wordt ingeklernd is hier de

opnemer door middel van de klemmoer ( posno:

3 )

zo star mogelijk tussen de verdeelplaat en het hamerlichaam opgesloten. Doze con-structie heaft invloed op de verhouding van kracht, welke door de hamer wordt afgegeven, Fh en de gemeten kracht F • ( zie ook

m

LIT. 11- WT 0291)

In Fig.

9

zijh krachten aangegeven, welke op de diverse

onderdelen zullen werken.

De voorspankracht F wordt door middel van een klemmoer v

In gemonteerde toestand zal de kracht in de moer ( trekkracht en op het kwartsl;:ristal ( drukkracht ) gelijk zijn aan F •

v

De verlenging van de moer

61

en de verkorting van de opnerner

m

Al

_o is dan te berekenen ..

Wordt met de hamer I dan zal een drukkracht Fh op de

op-ht ..

nemer worden uitgeoafend. Tengevolge daarvan is de verkorting van de opnemer /).1 ,. De moer zal eveneens verkorten over .!:lIt ter-wij1 tege1ijkertijd de voorspankracht Fyr af gaat nemen tot F

" v mom.

Een aerste restrictie

: A.16 D1

m

Zou niet aan deze eis worden voldaan, dan wordt de moer gahe ontlast en bestaat de kans, dat er n niet lineairiteiten" worden

geintroduoeerd"

Aangezien fj, 1 direct m

zodanig moaten kiczen,

J'k is van F _v' zullen we daze kracht

dut di t nim1"ler het gaval kan zijn.

In verband met de opgegeven waarde van ~ 1 (zie TEK.8)

o

van de krachtopnemer er nag een tweede beperking.

De tweede reetrictie is :

61

+ fj 1 /). 1 = 15 JA.m.

o 0 max /

:Het behulp van bovenstao.nde zij11. in APPENDIX I de

veer-karakteristieken , met de bijbehorende

constructie-gegevens voor twe mate:i:'ialen, voor zowel de huidige uitvoering als vQor~eri Tcrbet

In 10 is eon e v0erk~;trakteristiek van klemmoer en

F gem F v mom tan r.> F v

32

F o

c

o

---~~--~~---T_---~---~----~I~-L--~-D.

D.l

]. Ihax o max 61 .0

33

6

DE PU:LSVOHM, PUI)STIJD, TRIGGERTIJD EN SLAGSJ\TELHEID.

6.1

INLEIDING.

Alvorens de hamer to gebruiken als onderdeel van de puls-test, werd de pulsvorm van de hamerslag bekeken ( opnemer 2-geklemd met moor in hamer ) en vergcleken met de vorm van de puIs, afkomstig van een opnemer 1 , welke door I!liddel van een speciale aluI!linium bout ( TEK.11 ) op een aambeeld waS beves-tigd.De beide pulsen werden verkregen door met de hamer op de boutkop te slaan, de waardeu te meteu en vervolgens te fotogra-feren.

Allereerst werd.daartoe een statische ijking uitgevoerd met behulp van gewichten op de met de bout ingeklemde y,..rachtopne--mer 1 (

35

kN ) • De ijkresul taten zijn weergegeven in par.

7.1

TABEL 2. Voor de opnemer 1 ( 15 kB ) zijn de ijkresultaten afkomstig van par.

7.5_

TABEL 6.

Een nadeel van het ijken met gewichtenis, dat het maximaal op te brengen gewicht beperkt moet blijven, tenzij men hiervoor een speciaal opbrengmechc:misme gaat construeren.Daarom is voor het ijJren van de ingebouwde krachtopnemer in verb~md met het verdara verloop van de proeven een andere weg gevolgd.(par. 7)

De resultatcn van hot vergelijken van de pulsvorm van opnemer 1 en 2 zijn weergegeven in TABEL 1. en de FOTO's

5,6,7,9.

Een schen:atische weergave van de foto's is bij TABEL 1 aange-goven.

De geb:ruikte app8.ratuur is terug te vinden in APPENDIX 2 onder de nummers 1,2,3,4,7(WT 2423) en 14 terwijl hat schakelschema is weergcgeven in TEK.12.

Uit TABEL 1 kan de conclulJie getrokken worden, dat de beide pulsvormen - gezien de vrijwel gclijke waarden van kracht en tijd in geval 1 en 2 van proef

5d;5b, 6,7,

-goed met elkaar in overeenstemming ~ • "r) ~ • .J:"

Z:LJU • .DlJ prOCH

9

is dit, althans met

betrek-king tot de krachten minder het geval. Dit zou mede een gevolg kunnen zijn van cen te k:;.ci:l Si[~:la-':'l.=)e goede overeenstelJmi:1.G

is aaYlleiclinG Of:} de com'tructie, Yl2.c::.rbij de opneL1er 1 (~oor

:iicl-del van cen moer In de hamer wordt opgesloten, bij verdare proaven te haLd~aven.

34

indo 1 z= opnerner kistler 35ki'if

F

indo 2

₌

opnemer kistler 15kN ,gem 1

t _r = triggertijd

tb

=

basistijd puIs

F

₌

_{signaalhoogte in} N

gem~ = gemeten waarde. F

gem 2

Proefno t I;Ij _ tr, thl_!:b:/.

1

-r1 tb1 t r2 tb2 F gem1 F gem2 :~I_rs.z

Fotono ir, tb, 1=9, pos )l-s ,"s j.l.s N N )(100% _x 100 % l( 100 0/0

I

/ " 5a 1600 950 1550 900 1260 1110 + 3,1 +5,6 +11,9 --~--.. 5b 1700 1050 1850 950 870 780 -8,8 +9,5 +10,3 --6 _{1550 950} '1450 950 1440 1380 +6,5 0 + 4,2 --~---- 1---7 1,450 1050 '1350 1150 1380 1260 +6,9 -9,5 + 8,7 -- - - r---9a 650 1250 700 1200 315 240 -7,7 +4,0 + 2 /+,8 9b 1750 1000 1800 1000 1230 -990 -2,9 0 + 19;5

-TABEI~ 1. Verge] ijldng VcUl de pulsvorrrJen van twee opnem€:r[~,

welke op vcrschil1(~nde lnc'.lllo:cen z1.Jn i.ngeklemd.

35

"

...

t

b

FOTO 5. Froef 5a en 5b van TABEr, 1.

2.

FOTO 7. Froef

7

van TABEL 1.

i

t

2.

FOTO 9.

9a 9b

bevestigingsbout mot: aluminium GGI' ! I 1 I o ... ...

- - -

r-t::-. - _____________ --'-_

,ttl

:

~+.-

_{I '}

M6

5.

{to f~ 6 ~ l~ ~j 10,

-nov

3 j220V 6

_-nov

LVI "i,)out -(:lout --ein 5

SCHAKElSCHEMA . KAB NUf.\MERS.

PROE:Fo 1- 4. kabel 1/2/3,7 vervalt ; inti - ,

PROE F 5 ev kd:"lel 8 vervolt . ext;-I

/ Int .. TRIGGER UNIT • reset 7

o

L H

39

6.2 DE SLAGSNELHEID ..

Om een goede puIs tc kxijgen is enige vaardigheid nodig bij het slaan met de hamer.

De slag dient beheerst te worden uitgevoerd i.vm piek-waarden.De hamer mag niet ka.ntelen ( geen goed signaal) en slechts een maal het oppervlak van de constructie

raken' anders meerdere pulsen). Het trefpunt moet

boven-dian het gewenste referentiepunt zijn.

De wijze van slaant waarmee de beste ervaring werd

opge-daan is als volgt:

- Neem de hamer halverwege de steel in de hand.

- Leg de duim en de wijsvinger op de steel.

- Laat het uiteinde van de hamersteel tegen de gestrekte pols rusten en hou de pols tijdens het slaan stijf. - Leg de kabels van de hamer over uw schouder.

- Geef daarna een gerichte korte en beheerste slag , met gestrekte arm, vanuit uw schouder.

Om een idee te krijg:el1 van de snelheid, waarmee geslagen

wordt, kunnen we de volgende vereenvoudigde berekening

uit-voeren.

Gewicht van de hamer bij het slaan

570

gr

=

0,5

We gaan uit van de puls volgens FOTO

9 (

zie ook TABEL 1) F

gem2 :::: 990 N tb2:::: '1000#s

=

10-3 s.

2 DE KINETISCHE ENEHGIB van de hamer::::

-t.

m • v

h Nm

De hamer vcrricht ~edurende de ~ele. basistijd arbeid, welke door de opnemer moet worden opgenomen. ( eigenlijk

telijke elas~ische botsing.)

De afgelegde weg van de hamer in deze tijd

=

x Ah :::

J

F dx --

-a

F x ( 1 ) We nemon aan , dat de Gnelhcid van de hamer gedurende de beweging:

VIe krijgen dan:

Verder kan worden afgeleid voer de hamer:

F. cl:{ • x .. d~{

(4)

eel-Tenslotte volgt uit (3) en (4) dat:

[ v h .. ,"F. t" / ro

h

1 (

5 )

Substitutie van numerieke waarden in (5)

lilhoewel deze berekening een sterk vereenvoudigde is , komt ze quantitatief redelijk overeen met de visuele waarneming.

7 RET IJKEN VAN DE KHACH'l'OPNEHERS BIJ VERSCHILLENDE HOGELIJKHEDEN ..

7.1 IJKING VAN DE KRACHTOPNENER KISTLER 35 kN mbv DE SOLARTRON.

De ijking werd uitgevoerd door gewichten te plaatsen op de

boutkop van de speciale bout ( TEK.11) waarmee de kIT

kracht-opnemer op een aambeeld was geklemd.

Het totale gewicht werd m.b.v. cen hydraulisch persje U,-PP.II

n012 ) en een hefboom op de boutkop neergelaten.

Op deze wijze is slechts een deel va~ hat totale bereik van de

opnemer te • Daarom is bij de volgends ijkingen cen andere

weg gevoled.

Het signaal van de opnemer werd versterkt door €len

ladinesver-sterker LV1 en daarna weergegeven op een scope ( solartron).

Het schakelsc is weergegeven in TEK.12, waarbij aIleen hat

dealt verbonden door de kabels 1,2 en 3 op deze ijking van

toe-passing is.

De hoogte van het signaal op de scope'Y1 ' is dan een maat voor

de aangebrachte belasting.

De resultat~n van de ijking zijn weergegeven in TABEL 2 en in

grafiek gebracht in FIG.11.

Ten aanzien van de inklemming , welke voor de 35kN opnemer niet

is opgenomen in appendix I, kunnen we nog hetvolgende zeggen:

Opnemer: Bout:

c

_o F max We kxijt:en dUB 35 kN 15

p-ffi

6 := 2,33i5 • 10 N/mm APP.I form .. (1) F _bel

=

F _gem. (1 _. ~ C /C ) - F (1 + 0.0199) 0 b gem .

We zien dUB H' _{':::: afwijkt van}

gem F --

bel-F • 1,0199 N

gem

Bij een niet ing(;}.:lemde opnemer zou de waarde van Y1 in TABEL 2

met 2% moeten worden~ bij het jken met de

werke-lijk optredend e krncht Rem het hameroppervlak. In fei te komt

het erOP n ar dat de ~aarde van 1

,5

N no. correctie

erd waarde ( bij

instel-ling 1 1

0.1 s g1 01')[, _{eerd en is dus allerzina}

42

Gewicht F

bel hoogte

h1

Verhouding

scope _F'bel

_/h

₁ ( ₁

_rom

_~30,48

In-gr N mm N/mm N

3000

30,58

1,0

30,58

30, !j·8

---

--5035

51,33

1,75

29,33

,34

7515

76.61

2,5

30,64

76,20

9590

97,76

3,5

27,93

106,68

-... --

--~---14010

142,81

It,5

31,74

137,16

15025

153,16

5,0

30,63

1 ,40

29607

301,80

9.75

30,95

297.18

39327

400,90

12

t O 33,lJ·1

365,76

543,90

18.5

29,40

563,88

641+22

656,70

21,75

30,19

,94

Gem: 1mm~30,48 N

-2.

IJKING KISTLEIi

35

kN ( _{Gewichtell en solartron)}

7.2 IJICING VAN DE Kl{ACETOFlTEl'~El~ KIAG 15 kN m. b. v. DE SOLU;:TIWN', N}~T KL"Sl:I3CUT EN zeHDER VOORSPAlmniG.

Zoals reeds eerder opgemerkt werd de ijking voortgezet op aen andere wijze, dan door gewichten op de opnemer te en. Om tot een betere'vergedijking te komel'l met de wijze van in-bouw met behulp van een k.lem...'Uoer ( par.

7.4

en

7.5 )

werd de krachtopnemer van 15 kN door middel van een speciale bout

( TEK .. 11) op een aambeeld geklemd. (8,1Ieenbij par. 7',,3 )

Tevens werd in dit geval eenmaal met ( par. 7.3 ) en eenmaal zonder voorspanning ( par .. 7.2 ) geijkt.(par. 7.2 z. aambeeld) Het aambeeld met opnemer werd in aen hydraulische pel'S t op een drukdoos ; welke gekoppeld wasaan een strainindicator ( APP. II no

5

en

6 ).

De opnemer werd verbonden met een la-dingsversterker en het signaal hiervan op cen scope ( so-lartron) weergegeven.

Dit schakolschama is weergegeven in TEK.13.

De resultaten van daze ijking zijn te vinden in TABEL

3.,

ter-wijl het goheel in is gebracht in FIG. 12.

De optredende verschillen tussen wel/niet voorgespannen en in-bouw met behulp van €len klem- bout/moer komen duidelijk tot

uiting in de van TEK. 12,13,1i_t,en

_15.

Bij FIG.12 zijn nog de volgende opmerkingen te maken:

Uit de bovenste blijkt duidelijk dat ar een liniair

gedcel to is t()t 5000 N ft De aerste twee waarnemingen liggen

la-ger.Dit heaft te ~aken Eot de afle van de scope.

Het waargenomen vorschil betekend aen afleesfout van een lijn-dikte. Zeer

direct tot Boven de van oliE::

afwijkingen komen in de bovenste grafiek

z.:t de afwijkingen te ten aan de lekkage

de plunjer van de pers.Terwijl deze druk constant gehouden moet worden, is het noodzakeli sne1 de hoogte Y1 op de scope af te le!(.cn i.v.m. het zg !I driftent! van het signaal

( weglekJ:::en van van de kv:artsopnemer).

De vertikale s geven de plaatsen

weer~ 0)) Cen andere ztand-_ van de LV diende te worden

• In FIG.12 is hicrvan naUTIcli iets te merkcn

( zonde:'.: 15 is dit weI

on1 v.re:r·dCl1 ill die rnetinGPu

voo:'.'-·

I\) m o l--'

...

I

strai?:l-* .,.. ,J,..

I

J..noJ..ca .. or

I

(~-)

1_

l~ I 100 I 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 I '1200

11

!

1 1 1 1700 1800 1900 2000 7000 8000 10000 hoogte h, scope h" , ( mm ) i+,5 9,0 12,0 16,0 20,0 21.!-,

°

28,0 32,0 36,0 1+0,

°

44,0 48,0 26,0 28,0 30~0 32,0 31.f-,

°

36,0 38,0 1+0,0 24,0 32,0 39,0 ,0 ,0 36,0 ,0 1+6,

°

v8:::,sterker LV 1 ( mu/V ) 1.10 1.10 1.10 1.10 1. 0 1.10 1.10 1.10 1.10 1.10 1.10 2 .. 10 2.10 2.10 2.10 2 .. 10 2.10 2.10 2.10 5.10 5.10 5·10 5.10 2 1.10 .... 1.10~

1.1°2

1.10 instelling-scope v" " I 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 A1:::: LV1·Y1 A 1 ( mu/nun ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

4-4 4 4

4-4 10 10 10 10 20 20 20 20 B,

=

A, .h, B1 ( mu ) 9 18 24 32 40 48 56 64-72 80 88 96 104 112 120 128 136 11,l4 152 160 240 320 390 520 640 720 840 920 1 10N ( N ) 90 180 240 320 400 480 560 6~-0 720 800 880 960 104-0 1120 1200 1280 1360 1440 1520 1600 2400 3200 3900 5200 6I~00 7200 8400 9200 Verhouding FE (A1h, ( N/mu ) 11,125 11,125 12, 12,50 12, 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,50 12,82 11,275 10,95 11 t 125 10,725 10,875

.. 1 ··,·",,-·f ,.,

" ", ("

int ..

-l-

ext., 3 sok1rtron / 2 -nov in '\

7."3

IJKING VAH DE KRACHTOPNEl:J:ER KIAG 15 k1~ m.b.v. EEN FLUKE HILIJIVOL'l'HE'rER,lm'l' KLEHBOUT EN NET VOORSPANNING.

In principe is het verloop van deze ijking ana100g aan die van par. 7.2.

Ze verschi1t hierin, dat:

- de opnemer onder voorspanning ( TABEL 4 ) tegen het aam-beeld is gek1eind.

- het signaal nu op een millivoltmeter ( APP II no

8 )

wordt afgelezen i.p.v. gebruik te waken van de scope ( solartron). - voor klei11e belasting toch gebruik werd gemaakt van

ijk-gewichten.( zie TABEL 4 deel 1 ).

Het schakelschema is weergegeven in TEK.14 en de resultaten van de ijking in TABEL 4 deel 2 en Fig. 13.

Bij Fig. 13 kunnen we opmerken dat er door de voorspanning eniga verstoring merkbaar is.(bovenste grafiek ) Dit komt zo-weI in Fig.13 als in Fig. 14 en 15 naar voren. Gezien het feit dnt dit in aIle drie de figuren voorkomt, vcrschillen de beide methoden van inklemming hierin qua karakter kennelijk niet. In aIle drie de figuren verlopen de kurven boven 2000N vrij-weI liniair.

De overlappende metingen zijn in Fig. 13 met een kruisje aan-gegeven. De met cen * aangegeven waarnemingen in de tabellen zijn

gelijk nan de waarde , welke gemeten is bij dezelfde PE' maar in cen andere ins telling van de LV.

- of het minste in overeenstellh'Tling met het verloop van de grafiek.

In feite kunnen ze dus bij het optekenen van het total. ver-loop van de kurven buiton beschouVling blijven.

tJj """' f-3 (j) :C> ::r' s tJj 0 r-" l-rJ 0 f-' t-l ,~ _f-' ct' 1-'- +-~ a' 0 r-... 1-" f-' u. _<+ (1,l s (J) iV (t) _~

""

c+ (j) ,.., r:;:' <+ Ii (D --.:J >:"'"'

.

S (1,l \.,"-l (1,l 0 d- f-' ;;;' '-" f-' (j) H r~·; c...; o· P'i 0 H .:: ~ c+ c,~ (i' _P'i \:j H ~r> ;.:1 G) (1)

<i-""

Ii ~ ~J 0 0 0 P' Ii <i-Cll 0 'd fa Pl ::J \:j (1) \:j _S 1..1- @ t:S '1 Ot;l ....\ ' - ' \J1 ~ "';

r

strain- :::illi vol t- ladings- _Z1

₌

_{LV 1 • h1 K1} Verhouding

--~-c~to m"ta~ versterker 1 mu ==10 N _{PE / Z1}

I

l .• ~l -,~ r l.~ ~~ LV.., Z _K1 I?~ h1

I

(~~

I

( V ) I 1 ( TIlU/V ) ( mu ) ( N ) °C N/mu ) 0,85 0,075 1 .1 0,075 0,75 11,70 1,85 0,180 1 .1 0,180 1,80 10,25 2,85 0,280 1 .1 0,280 2.80 10,20 4,05 0,355 .., I • " I 0,355 3,55 11,40 5,00 0,450 1.1 0,45 0 4,50 11,10 5,95 0,510 1 .1 0,510 5,10 11,65 8,35 0,740 1.1 0,740 7,40 11,20

IvIeetresultaten van de KIAG krachtopnemer 15 J:JJ voor zeer lage waarden van de belasting. Belasting aangebracht met behulp van gewichten •