Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Разработка системы пассивной вибродиагностики мостовых конструкций.

Содержание:

Введение……………………………………………………………………………………………. 7

1 Постановка задачи…………………………………………………………………………. 10

2 Обзор известных
технических решений……………………………………………. 11

2.1 Технология
проведения работ пассивной вибродиагностики………… 11

2.2 Тензометрический
программно-аппаратный комплекс…………………. 14

2.3 Вибродинамический
программно-аппаратный комплекс………………. 16

2.4 Способ мониторинга
мостового перехода в процессе его эксплуатации 18

2.5 Системы сбора
данных Dewesoft………………………………………………… 23

2.6 Выводы по разделу……………………………………………………………………. 24

3 Описание концепции
конструкции разрабатываемого устройства……… 26

4 Разработка
структурной схемы……………………………………………………….. 27

5 Разработка
функциональной схемы…………………………………………………. 29

6 Разработка
принципиальной схемы…………………………………………………. 33

6.1 Выбор элементной
базы…………………………………………………………….. 33

6.1.1 Микроконтроллер………………………………………………………………… 33

6.1.2 Датчик ускорения…………………………………………………………………. 37

6.1.3 Часы реального
времени……………………………………………………….. 40

6.1.4 Радиомодуль………………………………………………………………………… 43

6.1.5 Запоминающее
устройство…………………………………………………….. 45

6.1.6 Питание
устройства………………………………………………………………. 47

6.2 Описание работы
схемы…………………………………………………………….. 50

7 Разработка алгоритма
функционирования……………………………………….. 51

Заключение………………………………………………………………………………………. 53 Стандартизация………………………………………………………………………………… 54

Список источников……………………………………………………………………………. 55

Приложение А. Схема
электрическая структурная………………………………. 58

Приложение Б. Схема
электрическая функциональная………………………… 59

Приложение В. Схема
электрическая принципиальная………………………… 60

Приложение Г. Перечень
элементов…………………………………………………… 61

Приложение Д. Алгоритм
работы……………………………………………………… 62

Введение:

Вибрационная диагностика – метод диагностирования
технических систем и оборудования, основанный на анализе параметров вибрации,
либо создаваемой работающим оборудованием, либо являющейся вторичной вибрацией,
обусловленной структурой исследуемого объекта.

Вибрационная диагностика, как и другие методы технической
диагностики, решает задачи поиска неисправностей и оценки технического
состояния исследуемого объекта.

Надлежащее техническое обслуживание объекта наблюдения и
своевременный ремонт могут существенно увеличить срок его эксплуатации, а также
уменьшить затраты на содержание (например, за счет уменьшения затрат на
устранение результатов внеплановых разрушений), повысить надежность его
эксплуатации.

Вибродиагностика является самым точным и информативным
методом для определения технического состояния машин и агрегатов. Анализ
вибрационного сигнала позволяет выявить самые разнообразнейшие дефекты.

Устройства вибродиагностики можно классифицировать как пассивные, активные и гибридные:

— устройства
пассивного контроля не имеют обратной связи между ними, конструктивными
элементами здания и грунтом;

— устройства
активного контроля включают в себя аппаратуру, записывающую колебания
грунта в режиме реального времени и интегрированную через систему
преобразователей с силовыми приводами и конструктивными элементами здания; — устройства
гибридного контроля имеют признаки обеих вышеназванных категорий.

Еще во времена СССР сложилось устоявшееся
мнение, что методы пассивной вибродиагностики не могут дать тех результатов,
которые дают методы активной вибродиагностики, впоследствии этот тезис даже вошел
в некоторые нормативные документы [1,2]. Видимо именно поэтому внимание
специалистов к этому виду испытаний находится на очень низком уровне.

Если же взять мировуюу практику, то в последние
20 лет здесь наблюдается настоящий бум развития методов пасивных динамических
испытаний, что связано как с развитием систем регистрации динамических реакций,
так и с развитием методов их обработки и анализа, а также их главными преимуществами,
которые состоят в гораздо меньшей стоимости, простоте практических методик и
возможности выполнять натурные работы без закрытия движения по мосту.

Знание динамических параметров
конструкций и сооружений является необходимым условием при определении их
сейсмостойкости. В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению длины
пролетных строений мостов и широкого применение гибких конструкций, что делает
их еще более чувствительными к динамическим нагрузкам. При проектировании таких
сооружений приходится решать целый ряд сложных задач связанных с обеспечением
их динамической устойчивости при действии эксплуатационного ветрового,
сейсмического и др. динамических нагрузок. Проверка правильности принятых
решений также выполняется путем проведения натурных динамических испытаний, в
т.ч. и вибродиагностикой. Кроме этого, методы динамических испытаний все больше
применяют для определения и мониторинга технического состояния мостов и, в
первую очередь, мостов больших, для которых проведение статических испытаний
является проблематичной задачей.

Именно поэтому возникла задача разработки системы пассивной
вибродиагностики мостовых конструкций.

Целью выпускной работы является проектирование структуры,
разработка алгоритма работы и реализация микроконтроллерной системы управления пассивной
вибродиагностики мостовых конструкций.

Установленная цель обуславливает следующие задачи:

— анализ задач системы;

— разработка структуры системы;

— обоснование и выбор средств реализации системы;

— разработка функциональной и принципиальной схем системы;

— разработка алгоритма работы системы.

Объектом исследования является система пассивной
вибродиагностики мостовых конструкций.

Предметом исследования является процесс проведения
вибродиагностики мостовых конструкций.

В результате разработки планируется получить комплект
документов для производства системы пассивной вибродиагностики мостовых
конструкций.

В результате внедрения разработанной системы планируется
получить экономический эффект от ее использования при диагностике состояния
мостов с целью проведения своевременного ремонта и недопущения аварийного
состояния моста.

Заключение:

Работа посвящена разработке системы пассивной
вибродиагностики мостовых конструкций.

Данное устройство представляет собой прибор для измерения
колебаний моста за счёт использования трехосногоакселерометра. Результаты
измерений передаются на пункт сбора данных по радиоканалу.

В работе разработаны структурная, функциональная и
принципиальная схема устройства, а также алгоритм его работы.

В результате разработки получен комплект документов для
производства системы пассивной вибродиагностики мостовых конструкций.

В результате внедрения разработанной системы планируется
получить экономический эффект от ее использования при диагностике состояния
мостов с целью проведения своевременного ремонта и недопущения аварийного
состояния моста.

Фрагмент текста работы:

1 Постановка
задачи

Устройство представляет собой прибор для измерения колебаний
моста за счёт использования акселерометра. Тензодатчики не требуются, поскольку
ставится задача определения изменения состояния конструкции моста по изменению
характера колебаний.

При возникновении дефектов (трещин, вытягивания силовых
элементов) будут изменяться резонансные частоты колебаний мостовой конструкции.
Возбуждение этих колебаний будет производиться проезжающим транспортом.

Ветровые (боковые) колебания будут учитываться за счёт того,
что акселерометр – трёхосевой.

Результаты измерений должны передаваться на пункт сбора
данных (он может быть единым для нескольких мостов) по радиоканалу, поскольку сотовую
связь использовать нет возможности из-за возможности отсутствия покрытия в
безлюдной местности.

Система должна иметь возможность накопления данных для
последующей передачи на случай нестабильной работы радиоканала.

Запуск работы системы производится с пульта управления
(кнопка «Старт»)

Предусмотреть автоматическую передачу данных, а также
передачу данных по команде с пульта управления (кнопка «Передача»).

Для обеспечения энергонезависимости устройства использовать
аккумуляторную батарею с возможностью подзарядки от солнечной батареи. 2 Обзор
известных технических решений

2.1 Технология проведения работ пассивной
вибродиагностики

Методами пассивной вибродиагностики являются те, когда
отсутствует специальная система нагружения исследуемой конструкции, а в
качестве режима нагружения используется случайное или регулярное фоновое
воздействие природного или техногенного характера.

Практическое использование метода пассивной вибродиагностики
осуществляется при случайном воздействии: транспортного потока, прогона одиночного
автомобиля, ветра и т.д. Практически все эти виды случайного воздействия
(ветер, транспортный поток, микросейсмы и т.д.), носят нестационарный,
неэргодический характер.

Применительно к автодорожным мостам это означает, что при
исследовании параметров динамического отклика под воздействием транспортного
потока требуется значительное увеличение времени наблюдений и регистрации
параметров отклика, доверительная вероятность получаемых результатов невысокая.
Затруднительно получение устойчивых форм колебаний и передаточных функций
параметров отклика конструкции, т.к. параметры силового воздействия остаются
неизвестными.

В зависимости от способа регистрации и обработки
экспериментальных данных, характеристиками отклика сооружения могут являться:
частоты низших форм колебаний пролетных строений, спектры мощности или
относительных амплитуд, величина добавки динамического коэффициента. Сопоставление результатов с данными расчетной модели
сооружения носит, скорее качественный характер и может проводиться по частотам
1-2 низших форм колебаний (частотный анализ), использование более совершенных
методов анализа затруднительно.

Более современным вибровозбудителем является мобильный (на
базе автомобиля) сейсмовибратор типа СВ-5-150, применение которого повышает
технологичность вибродиагностики автодорожных мостов, за счет значительного
сокращения объемов подготовительных работ.

Применение современных информационных технологий управления
экспериментом, регистрации и обработки экспериментальных данных по отклику
сооружения позволяет получать, в дополнение к вышеуказанным,
амплитудо-фазо-частотные характеристики (АФЧХ) динамических прогибов в ключевых
точках сооружения, в виде передаточных функциях от усилия возбуждения. Это дает
возможность проводить количественную оценку и сопоставление результатов с
данными расчетной модели сооружения, что позволяет использовать современные
методы модального анализа.

При обеспечении высокой мобильности и оперативности
вибродиагностики ее можно эффективно использовать для мониторинга состояния
большого числа мостов, входящих в единую инфраструктуру.

В этом случае на базе сертификационных (первичных) испытаний
моста создается система объектно-ориентированных баз данных (ООБД) по каждому
сооружению, включающая в себя, как традиционные формы отчетных материалов, так
и экспериментальные данные сертификационных испытаний, которые объективно
определяют состояние моста на момент проведения испытаний (динамический паспорт
сооружения).

При проведении повторной экспресс-диагностики моста
используется ранее созданная ООБД; при этом время и стоимость проведения работ
сокращается примерно в 4 раза. Экспресс-диагностика становится инструментальным
средством оценки состояния, фиксирующим любые изменения характеристик
сооружения, что снижает влияние субъективных факторов.

Основой любого метода вибродиагностики является установление
связи между динамическими параметрами сооружения и его остаточной несущей
способностью. При возникновении повреждений конструкций, вследствие снижения
жесткости отдельных элементов, происходит перераспределение внутренних усилий,
в результате чего меняется матрица жёсткости основных элементов сооружения;
снижаются частоты и увеличиваются амплитуды их собственных и вынужденных
колебаний. Анализ этих явлений возможен на базе установления взаимосвязи между
вынуждающей силой и возникающими колебаниями, что известно, как анализ мод
(модальный анализ).

Наиболее полным результатом такого исследования является
матрица передаточных функций сооружения в виде амплитудо-фазо-частотных характеристик
(АФЧХ) динамических прогибов для ключевых точек сооружения. Колебания
конструкций сооружения, в общем случае, являются демпфированными. Демпфирование
колебаний в конструкции тем значительнее, чем больше оно связано с диссипацией
(рассеиванием) энергии. Оценка демпфирующих свойств (коэффициента
демпфирования), производимая по параметрам резонансного пика, также позволяет
определять степень влияния накопленных дефектов на остаточную несущую
способность сооружения.

Оценка экспериментальных данных и вывод о состоянии моста
производится:

— по результатам предшествующих испытаний одного и того же
объекта (экспресс-диагностика);

— по статистическим параметрам отклика аналогичных
сооружений;

— по параметрам отклика калиброванной (адаптированной по
экспериментальным данным) математической модели сооружения, что даёт наиболее
точный результат.

В общем случае все технологические процедуры
вибродиагностики должны осуществляться в три этапа, первые два из которых
осуществляются в полевых условиях, а третий этап на стадии камеральной
обработки результатов.