Способ испытаний конструкций на прочность

 

Изобретение относится к испытаниям конструкций на прочность, а именно к способам воспроизведения условий силового нагружения, адекватных нагруженное™ конструкции в реальной эксплуатации. Цель изобретения - повышение точности определения характеристик конструкционной прочности материала за счет воспроизведения на испытуемом объекте параметров реальной нагруженное™ конструкции. Вычленяют элемент (агрегат, узел и т.п.) и посредством силонагружающих устройств на нем воспроизводят действие усилий со стороны оставшейся части конструкции и усилий со стороны наложенных связей и внешних воздействий. Силовые создействия, воспроизводящие внутренние усилия и конструкции, осуществляют посредством силомагружающих устройств, имеющих податливости , равные податливости конструкции в целом, а силовые воздействия, воспроизводящие внешние воздействия и наложенные связи, осуществляют посредством силонагружающих устройств, имеющих податливости, равные податливости внешнего нагружения. 4 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (л)5 G 01 М 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4815262/23 (22) 15.02.90 (45) 30.12.92. бюл. М 48 (75) В,Н,Куранов (56) Баранов А.Н. и др. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов.

М.: Машиностроение, 1974, с. 193-195. (54) СПОСОБ ИСПЬ!ТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ

НА ПРОЧНОСТЬ (57) Изобретение относитсл к испытаниям конструкций на прочность, а именно к способам воспроизведения условий силового нагружения, адекватных нагруженности конструкции в реальной эксплуатации. Цель изобретения — повышение точности определения характеристик конструкционной прочности материала за счет воспроизведеИзобретение относится к испытанилм конструкций на прочность, а именно к сйособам воспроизведения условий силового нагружения, адекватных нагруженности конструкций в реальной эксплуатации. Конкретными объектами техники являются: оборудование транспортного, знергеттического и тяжелого машиностроения (сосуды давления, трубопроводы, подъемно-транспортные устройства и т.д.), изделия и составляющие их агрегаты и узлы в судостроении. авиастроении, строительные конструкции и др.

Известен способ механических испытаний, основанный на применении различных типов силонагружающих устройств (механических рычажных, винтовых, гидравличе= ских, пневматических и др.), характеризующихся большим диапазоном, 5U 1784848 А1 ния на испытуемом обьекте параметров реальной нагруженности конструкции. Вычленяют элемент (агрегат, узел и т.п.) и посредством силонагружающих устройств на нем воспооиэводят действие усилий со стороны оставшейся части конструкции и усилий со стороны наложенных связей и внешних воздействий, Силовые создействил, воспроизводящие внутренние усилия и конструкции, осуществляют посредством силонагружающих устройств, имеющих податливости, равные податливости конструкции в целом, а силовые в озделствил, воспроизводящие внешние воздействия и наложенные связи, осуществляют посредством силойагру>кающих устройств, имеющих податливости, равные податливости внешнего нагру>кения. 4 ил. податливости (жесткости — обратнал величина) и способности аккумулировать и расходовать энергию упругой деформации элементов устройств и рабочих тел. m

Способ заключается в том, что посред- Дь ством силонагру>кающих устройств воспро- QQ изводят действие внешних сил на ф конструкцию в целом либо на отчлененный (@ от нее элемент (агрегат, узел, образец материала), а также действие сил (оеакций) со сторочы наложенных связей и отделяемой части конструкции. Определяют при этом разрушающие нагрузки, времл до разрушения, либо число циклов до раэрушейия.

Недостатком известного способа является то, чтс податлйвость, присущая элементам системы объект-испытательная машина и накопленная в мистеме энергил упругой деформации не рассматрива ются как факто1784848 ры, определяющие поведение системы под нагрузкой и, следовательно, сопротивление деформированию и разрушению испытываемого объекта.

Цель изобретения — повышение точности определения характеристик конструкцйонной прочности материалов за счет

ИЬвышейия точности воспроизведения параметров нагруженности конкретной конструкции.

Это достигается тем, ч о в способе испытаний конструкций на прочность, заключающемся в том, что из конструкции вычленяют элемент (агрегат, узел, образец) и посредством силонагружающих устройств на нем воспроизводят действие внутренних усилий со стороны оставшейся части конструкции и усилий со стороны наложенных связей и внешних воздействий, силовые воздействия воспроизводящие внутренние .усилия в койструкции, осуществляют flo средством силонагружающих устройств, имеющих податливости, равные податливости конструкции в целом, а силовые воздействия, воспроизводящие внешнее нагружение и наложенные связи, осуществляют посредством силонагружающих устройств, имеющих податливости, равные податливости внешнего нагружения.

На фиг. 1 представлена зависимость погрешности определения долговечности конструкции, оцененной как результат испытаний выделенного элемента, от величины, характеризующей отношение податливостей системы элемент конструкции— испытательная машина и конструкции в целом с учетом наложенных связей и внешних силовых воздействий; на фиг. 2 — зависимость потери долговечности элемента конструкции при увеличении податливости силонагружающих устройств; на фиг. 3— схема нагружения крыла самолета, имитирующая действие распределенных аэродинамических и инерционных сил; на фиг. 4— схема. испытаний образца материала; имитирующая действие тангенциальных усилий в стенке сосуда высокого давления, обуслбвленных внутренним давлением.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительным расчетом или экспериментальным путем определяют податливости конструкции и наложенных на нее связей и внешних силовых воздействий. К элементу конструкции прикладывают на грузкй; имитирующие действие на него сил со стороны остальной части конструкции, наложенных связей и силовых воздействий, и доводят элемент до разрушения. Силонагружающие устройства при этом выбирают

20

Применительно к испытанию крыла самолета возмо>кное решение представлено на фиг. 3. На крыло самолета действуют в полете распределенные аэродинамиче35 ские — P> и инерционные — Р нагрузки (фиг. За), При испытании по способу — прототипу имеет значение только величина и направление действия распределенных нагрузок.

10

55 такими, чтобы их податливости были соответственно равны податливостям конструкции, наложенных связей и силовых воздействий. По результатам испытаний (по величине разрушающих усилий, числу циклов до разрушения и т.п.) судят о работоспособности конструкции. О точности определения характеристик прочности судят с использованием зависимости на фиг.

Известно, что для оценки прочности крупногабаритных устройств, когда не представляется возможным испытание натурных конструкций, испытывают геометрически подобные модели. При этом условия нагружения натурной конструкции и модели должны одинаковы в части соотношения характеристик податливости конструкции, наложенных связей и силовых воздействий.

Например. в случае испытаний модели сосуда высокого давления рабочее тело, создающее силовое воздействие-внутреннее давление, следует выбирать таким, чтобы характеристики сжимаемости были близкй аналогичным характеристикам рабочей среды натурной конструкции, Например, если рабочей средой сосуда высокого давления служат сжатый газ либо пар высоких параметров и т.п., то неприемлемо в испытаниях использовать гидравлическое нагружение

Силонагружающими устройствами служат, как правило, гидроцил:.",ндры. Особенностью такого нагружения являются малая по-, датливость и малый запас накопленной энергии в силонагружающем устройстве вследствие несжимаемости и высокой скорости декомпрессии рабочих жидкостей.

По предло>кенному техническому решению силонагружающие устройства должны обеспечить высокие податливость и энергоемкость нагружения, характерные для действия аэродинамических и инерционных сил. Это возможно осуществить, используя податливые устройства, которые одновременно являются аккумуляторами энергии .

Например, пружины (аккумуляторы энергии упругой деформации), пневмоцилиндры (накопители энергии сжатых газов) и др.

На фиг. Зб схематично представлен возможный вариант устройства для приложения к крылу сосредоточенных усилий, ..:1784848

10

ЗО

40

1 имитирующих действие аэродинамических нагрузок. Устройство состоит из гидроцилиндра 1 и податливого элемента 2 — пружины растяжения, жесткость которой выбирается о учетом особенностей аэродинамического нагружения.

При таком нагружении начавшийся процесс разрушения сечения крыла 3. сопровождающийся изменением жесткости крыла, не вызовет резкого падения нагрузок и накопления в системе энергия обеспечит при этом работу сил, В результате будут получены менее оптимистичные оценки работоспособности крыла, но при этом оценки будут точнее соответствовать эксплуатационным условиям.

На фиг. 4 представлены эпюры напряжений в стенке сосуда под внутренним давлением (а) и типичная схема испытаний образца для оценки характеристик сопротивления разрушению материала сосуда (б).

Чтобы результаты испытаний образца адекватно отображали конструкционную прочность сосуда давления в схему нагружения включен упругий элемент 2, податливость которого выбирают с учетом податливости сосуда и создающей давление рабочей среды и их способности аккумулировать энергию деформации и совершать работу.

Рассмотренные выше технические решения позволяют адекватно воспроизвести параметры реальной нагруженности конструкций при определении характеристик конструкционной прочности материалов и за счет этого улучшить согласование данных лабораторных испытаний с опытом промышленной эксплуатации и тем самым повысить достоверность прогнозов работоспособности конструкций. График, представленный на фиг. 2, указывает на то, что в зависимости от уровня податливости при испытании элемента конструкции получаемые результаты могут значительно отличаться от реальной прочности конструкции.

Испытания по известному способу вследствие неучета фактора податливости и накопленной энергии в системе "объект испытаний силонагружающие устройства" дают оценки прочности и долговечности более оптимистичные, чем это имеет место в эксплуатации, При этом завышение коэффициентов запасов прочности не позволяет надежно прогнозировать работоспособность машин и сооружений, вследствие чего снижается их эксплуатационная надежность, а в ряде случаев не обеспечивается безопасность.

Например, в авиастроении известно, что 80,(разрушений авиаконструкции в эксплуатации «е выявляются в процессе лабораторных ресурсных испытаний, Таким образом, технико-экономические преимущества испытаний по предложенному техническому решению в сравнении с прототипом состоят в том, что обеспечиваются: повышение точности оценки прочности и долговечности машин и сооружений по результатам их лабораторных испытаний; повышение точности оценки прочности и долговечности агрегатов, узлов и элементов конструкций, составляющих машины и сооружения, при их лабораторных испытаниях отдельно от натурного изделия, Формула изобретения

Способ испытаний конструкций на прочность, заключающийся в том, что из конструкции вычленяют элемент и посредсТВОМ силонагружающих устройств воспроизводят на нем действие усилий со стороны

Оставшейся части конструкции, со стороны наложенных связей и внешних силовых воздействий, о т л и ч а Io шийся TOM, что, с целью повышения точности определения характеристик конструкционной прочности материала за счет воспроизведения на испытуемом обьекте параметров реальной нагружснности конструкции, характеристики податливости силонагружающих устройств, воспроизводящих на йспьпуемом элементе усилия со стороны конструкции, реакции наложенных связей и усилия внешних воздействий выбирают cоoTветсTвующими характеристикам податливости отделенной части кснструкции, наложенных на конструкцию связей и внешних силовых воздействий.

1784848

1(84848 редактор В. Трубченко

Заказ 4359 Тираж : . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель В. Куранов Техред M.Mîðãåíòàë

Корректор С. Лисина