Способ нагружения оболочечной конструкции при испытании на прочность

 

Изобретение относится к испытанию на прочность. Цель изобретения - повышение точности при испытании за счет исключения силового взаимодействия камеры с оболочечной конструкцией. Способ нагружения оболочечной конструкции при испытании на прочность заключается в том, что испытуемую оболочечную конструкцию в камере, нагружают внешним давлением и изгибающим моментом вместе с камерой, измеряют усилие сопротивления камеры изгибу и перемещению, действующее в плоскости изгибающего момента перпендикулярно оси оболочки в местах контактирования камеры и испытуемой оболочечной конструкции и поэтапно прикладывают к камере и к испытательной конструкции дополнительные усилия, равные по величине и противоположные по направлению измеренным. В конце каждого этапа обеспечивают заданную величину момента и равенство дополнительных усилий усилиям сопротивления, одновременно с приложением к камере дополнительных усилий определяют перемещение камеры относительно испытуемой оболочечной конструкции в месте их контакта, а дополнительные усилия увеличивают до образования зазора в месте контакта. Камеру дополнительно перемещают относительно испытуемой оболочечной конструкции в точках, расположенных в плоскости изгибающего момента и диаметрально противоположных месту контакта, а величину дополнительных усилий увеличивают до обеспечения контакта в этих точках камеры и оболочечной конструкции.

Изобретение относится к технике испытаний, а именно к способам нагружения оболочечных конструкций при испытаниях их на прочность и устойчивость внешним давлением и изгибающим моментом.

Наиболее близким к предложенному техническому решению по технической сути и достигаемому положительному эффекту является способ нагружения оболочечных конструкций при испытаниях их на прочность. В нем сначала размещают испытуемую оболочечную конструкцию в камере, а затем нагружают испытуемую оболочечную конструкцию внешним давлением и изгибающим моментом вместе с камерой. Приложение изгибающего момента к испытуемой конструкции камере осуществляют поэтапно. На каждом этапе проводят определение усилий сопротивления камеры изгибу и горизонтальному перемещению путем измерения усилий взаимодействия камеры и испытуемой конструкции в местах их контакта во время действия изгибающего момента. После этого к камере прикладывают дополнительные усилия, равные по величине и противоположные по направлению измеренным усилия сопротивления, обеспечивая в конце каждого этапа заданную величину момента и равенство дополнительных усилий усилиям сопротивления.

Недостатком способа является низкая точность при испытании, вызванная тем, что в процессе нагружения контактирование или отсутствие контакта испытуемой конструкции и камеры определяют только косвенным путем через усилие их взаимодействия, не контролируя непосредственно наличие или отсутствие зазора между испытуемой конструкцией и камерой.

Целью изобретения является повышение точности при испытании за счет исключения силового взаимодействия камеры с оболочечной конструкцией.

Способ нагружения оболочечных конструкций при испытании их на прочность осуществляют следующим образом. В испытательной камере устанавливают оболочечную конструкцию. Так как сборку оболочечной конструкции с камерой невозможно осуществить без наличия между ними зазоров, то указанные зазоры герметизируют с помощью уплотнений. После этого нагружают оболочечную конструкцию внешним давлением, создаваемым в камере и изгибающим моментом. При изгибе испытуемой оболочечной конструкции зазор между ней и камерой в процессе нагружения выбирается, и камера изгибается вместе с испытуемой оболочечной конструкцией. При этом в камере возникают усилия сопротивления изгибу и горизонтальному перемещению, которые действуют в плоскости изгибающего момента в местах контакта камеры с испытуемой конструкцией и направлены противоположно усилию, создающему изгибающий момент. Усилия сопротивления измеряют датчиками, после чего создают дополнительные усилия, приложенные к камере. Эти усилия соответствуют измеренным усилиям сопротивления камеры изгибу и противоположны им по направлению. Учитывая то, что определение усилий сопротивления камеры изгибу невозможно без погрешности, в процессе приложения к камере дополнительных усилий регистрируют перемещение камеры относительно оболочечной конструкции в местах их контакта, а дополнительные усилия увеличивают до образования в местах контактах зазора. Таким образом, исключают действие камеры на испытуемую конструкцию.

Нагрузки к испытуемой конструкции прикладывают поэтапно ступенями. С достаточной для практики точностью нагрузки к оболочечной конструкции прикладывают с интервалом по 20% от их эксплуатационных величин, т.е. осуществляют нагружение в пять этапов, которых, как правило, бывает достаточно для получения удовлетворительной для практического использования зависимости деформаций и перемещений от нагрузки.

Усилия сопротивления камеры изгибу определяют на каждом этапе. Соответственно на каждом этапе прикладывают дополнительные усилия к камере, регистрируют перемещение камеры относительно оболочечной конструкции в местах их контакта, а дополнительные усилия увеличивают до образования в местах контакта зазора. Однако образование зазора в местах контакта при приложении дополнительных усилий показывает только то, что на данном этапе исключено действие камеры на испытуемую конструкцию. В принципе, зазор между камерой и испытуемой конструкцией может быть минимальным, а при дальнейшем нагружении испытуемой конструкции на последующем этапе зазор тут же выбирается и снова возникают усилия сопротивления камеры изгибу, т.е. испытуемая конструкция почти сразу начинает работать в стесненных условиях, отличных от натурных. Для повышения точности при испытании регистрируют перемещение камеры относительно оболочечной конструкции не только в местах их контакта, но и в точках, диаметрально противоположных местам контакта и расположенных в плоскости изгибающего момента, а дополнительные усилия увеличивают до контакта в этих точках камеры и оболочечной конструкции. Таким образом, в конце каждого этапа дополнительными усилиями "оттягивают" камеру от испытуемой конструкции не только до образования между ними зазора в местах контакта, но до образования максимального зазора. Этот зазор будет максимальным тогда, когда с противоположной стороны осуществится контакт между камерой и оболочечной конструкцией. В этом случае при нагружении оболочечной конструкции нагрузками последующего этапа она работает и деформируется в практически натурных условиях до выборки максимального зазора.

Пример конкретного выполнения способа.

Проводилось нагружение внешним давлением, осевым усилием и изгибающим моментом цилиндрической оболочки, выполненной из сплава АМг6 длиной 3 м, диаметром 1 м, толщиной 1,5 мм. Перед нагружением оболочку устанавливали в испытательную камеру, состоящую из двух цилиндрических секций. Для повышения податливости камеры в поперечном направлении крепление секций между собой осуществлялось через эластичное кольцо. Замеряли перед нагружением зазоры у свободного торца испытываемой оболочки между ней и внутренней поверхностью камеры. Замеры проводили в плоскости действия изгибающего момента в диаметрально противоположных точках. В месте предполагаемого контакта испытываемой оболочки с камерой зазор составлял 2 мм, в диаметрально противоположной точке 3 мм. После этого герметизировали полость камеры уплотнениями, устанавливали между камерой и оболочкой датчики измерения усилий взаимодействия камеры и оболочки при изгибе, устанавливали контактные датчики перемещений оболочки, на торец испытываемой оболочки устанавливали нагружающий диск и присоединяли к нему силовозбудители, создающие осевое и поперечное усилия. Внешнее давление на оболочку создавали путем подачи в полость камеры жидкого рабочего тела. Контактные датчики перемещения устанавливали на торцах камеры и оболочки в плоскости действия изгибающего момента в диаметрально противоположных точках. Нагрузки (внешнее давление, осевую силу и изгибающий момент) прикладывали одновременно этапами по 20% от эксплуатационной нагрузки.

При изгибе оболочки зазор 2 между ней и камерой в процессе нагружения выбирается, и камера изгибается вместе с испытываемой оболочкой. При этом в камере возникают усилия сопротивления изгибу и горизонтальному перемещению, которые действуют в плоскости изгибающего момента в месте контакта камеры с испытываемой оболочкой и направлены противоположно усилию, создающему изгибающий момент. В процессе поэтапного нагружения замеренные усилия сопротивления составляли от нескольких сот килограмм до полутора тонн. В процессе нагружения контактные датчики перемещения фиксировали наличие контакта оболочки и камеры. По достижении нагрузок очередного этапа к камере прикладывали дополнительные усилия, равные замеренным на этапе усилиям сопротивления камеры, т.е. как бы "оттягивали" камеру от испытываемой оболочки. Однако на некоторых этапах контактные датчики перемещений после приложения дополнительных усилий к камере продолжали показывать наличие контакта между оболочкой и камерой, что указывает на погрешность замера усилий сопротивления камеры. После этого дополнительные усилия, прикладываемые к камере и "оттягивающие" ее от оболочки, увеличивали до образования в местах контакта зазора. Образование зазора фиксировали контактные датчики перемещений. Однако при дальнейшем нагружении испытываемой оболочки контактные датчики перемещений фиксировали наличие контакта между камерой и оболочкой почти сразу после начала нагружения. Чтобы избежать этого, дополнительные усилия, прикладываемые к камере и "оттягивающие" ее от оболочки увеличивали не только до образования в местах контакта зазора, но и до контакта камеры и испытываемой оболочки в точках, диаметрально противоположных местам контакта, т. е. выбирали зазор, равный 3 мм. Поэтому перед нагружением очередного этапа камера располагалась от испытуемой оболочки на расстоянии, равном сумме замеренных величин зазоров в диаметрально противоположных точках, т.е. на расстоянии 5 мм. Это позволяло при дальнейшем нагружении свободно деформироваться испытываемой оболочке в поперечном направлении, при этом камера не препятствовала этому деформированию.

Таким образом, вследствие того, что камера не искажает напряженно-деформированное состояние оболочки, повышается точность при испытании.

Формула изобретения

1. СПОСОБ НАГРУЖЕНИЯ ОБОЛОЧЕЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ИСПЫТАНИИ НА ПРОЧНОСТЬ, по которому размещают испытуемую оболочечную конструкцию в камере, нагружают ее внешним давлением и изгибающим моментом вместе с камерой, измеряют усилие сопротивления камеры изгибу и перемещению, действующее в плоскости изгибающего момента перпендикулярно к оси оболочки в местах контактирования камеры и испытуемой оболочечной конструкции, и поэтапно прикладывают к камере и к испытательной конструкции дополнительные усилия, равные по величине и противоположные по направлению измеренным, обеспечивая в конце каждого этапа заданную величину момента и равенство дополнительных усилий усилиям сопротивления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при испытании за счет исключения силового взаимодействия камеры с оболочечной конструкцией, одновременно с приложением к камере дополнительных усилий определяют перемещение камеры относительно испытуемой оболочечной конструкции в месте их контакта, и дополнительные усилия увеличивают до образования зазора в месте контакта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно перемещают камеру относительно испытуемой оболочечной конструкции в точках, расположенных в плоскости изгибающего момента и диаметрально противоположных месту контакта, а величину дополнительных усилий увеличивают до обеспечения контакта в этих точках камеры и оболочечной конструкции.