Способ испытания оболочечных конструкций на прочность

 

Изобретение относится к области испытаний оболочечных конструкций на прочность и устойчивость внешним давлением и изгибающим моментом. Цель - упрощение и повышение точности при испытании за счет исключения силового взаимодействия камеры с оболочечной конструкцией. Способ основан на том, что сначала определяют поперечное перемещение камеры при приложении к ней поперечного усилия, к оболочечной конструкции без камеры прикладывают в направлении действия изгибающего момента поперечное усилие, равное по величине усилию, обеспечивающему поперечное перемещение. При воздействии на оболочечную конструкцию внешнего давления и изгибающего момента приложенное к камере поперечное усилие увеличивают. При этом соотношение между поперечными усилиями, приложенными в камере и оболочечной конструкции, поддерживают равным отношению поперечных усилий, приложенных к ним перед размещением оболочки в камере. 1 ил.

Изобретение относится к технике испытаний, а именно, к способам испытания оболочечных конструкций 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 проч- ность. В нем до помещения оболочечной конструкции в испытательную камеру определяют усилия, при которых начинаются линейные и угловые перемещения испытательной камеры, а затем одновременно с испытательным давлением и осевой силой к оболочке по ее торцам в плоскости нагружения прикладывают усилия, при которых начинаются линейные и угловые перемещения испытательной камеры до помещения в нее испытываемой оболочки, а направление усилий, приложенных к камере, выбирают из условия совпадения перемещений камеры с перемещениями оболочки при ее нагружении.

Недостатками способа являются сложность испытаний и низкая их точность, так как при проведении испытаний необходима длительная подготовка к испытаниям, заключающаяся в поочередном приложении отдельно к камере усилий для замера этих усилий в момент начала движения в угловом и горизонтальном направлении. Кроме того не исключается полностью взаимодействие камеры с испытываемой оболочкой.

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

На чертеже изображен общий вид стенда для осуществления предложенного способа.

Стенд содержит силовую раму 1, испытательную камеру 2, закрепленную по нижнему торцу посредством болтов 3 на силовой раме 1. Внутри испытательной камеры 2 размещается с зазором испытываемая оболочечная конструкция 4, закрепленная по нижнему торцу посредством болтов 5 на силовой раме. К верхнему торцу оболочки 4 прикреплена плита 6, служащая для герметизации внутренней полости оболочки. К верхнему торцу оболочки 4 через плиту 6 прикреплен силовой переходник 7. К силовому переходнику 7 прикреплена силовая балка 8. Между силовой балкой 8 и силовой рамой 1 по оси оболочки установлен силовозбудитель 9, шарнирно скрепленный по своим концам с силовой рамой 1 и с силовой балкой 8. Силовозбудитель 9 предназначен для нагружения оболочки 4 осевой сжимающей нагрузкой Р.

Между силовым переходником 7 и силовой рамой 1 перпендикулярно оси оболочки 4 установлен силовозбудитель 10, шарнирно скрепленный по своим концам с силовой рамой 1 и силовым переходником 7, при этом расстояние между осью силовозбудителя 10 и нижним торцом оболочки равно l_о. Силовозбудитель 10 предназначен для нагружения оболочки 3 поперечной нагрузкой Q, вызывающей изгиб оболочки.

Испытательная камера 2 охватывает испытываемую оболочку 4 по ее боковой поверхности на участке нагружения оболочки давлением. Испытательная камера 2 посредством дополнительного силовозбудителя 11, ось которого перпендикулярна оси оболочки, шарнирно соединена с силовой рамой 1, при этом дополнительный силовозбудитель 11 установлен в плоскости расположения нагружающего силовозбудителя 10. Расстояние от оси силовозбудителя 11 до нижнего торца камеры (оболочки) равно l_к.

Способ испытания оболочечных конструкций на прочность осуществляет следующим образом.

Сначала на основании 1 устанавливают стенд, исключая оболочку 4, плиту 6, переходник 7, балку 8 и силовозбудитель 9. И создают в силовозбудителе 11 предварительное дополнительное усилие N^о и замеряют перемещение δ_к верхнего торца камеры в направлении действия усилия N в точке К, контактирующей с верхним торцом оболочки. Как показывает практика испытаний, величина предварительного усилия N^o обычно не превышает 20-25% от максимального дополнительного усилия N. Затем устанавливают стенд, исключая камеру 2 и силовозбудитель 11. Посредством силовозбудителя 10 прикладывают к оболочке 3 предварительное перерезывающее усилие Q^o и замеряют перемещение верхнего торца оболочки в точке К по направлению усилия Q, при этом усилие Q^о увеличивают до тех пор, пока точка К не переместится на величину δ_o, равную ранее замеренной величине δ_к, величина Q^о составляет ≈ 20-25% от максимального испытательного усилия Q.

Далее собирают стенд в соответствии с фигурой и нагружают оболочку внешним давлением путем подачи давления в полость камеры (источник давления и трубопровод не показан); также нагружают осевым сжимающим усилием Р путем подачи давления в силовозбудитель 9 (источник давления и трубопровод не показан) и испытательной перерезывающей нагрузкой Q от силовозбудителя 10. Одновременно с этими нагрузками к камере 2 от силовозбудителя 11 прикладывают дополнительное усилие N в направлении испытательного усилия Q (в плоскости изгиба оболочки), при этом на протяжении процесса испытания производят увеличение усилий Р, Q и N и поддерживают неизменным соотношение между усилиями Q и N и равным отношению поперечных усилий Q^o/N^o, приложенных к ним перед испытаниями.

Прогиб камеры δ_к, , определенный заранее при приложении к ней усилия N^o, и прогиб оболочки δ_o, определенный также заранее при приложении к ней усилия Q^o, можно записать в виде выражений δ_k= , (1) δ_o= (2) (См. книгу В.И.Феодосьева "Сопротивление материалов" М., 1964, с. 146).

Где соответственно для оболочки и камеры: l_o, l_к - длины; Е_о, Е_к - модули упругости материала; J_o, J_к - моменты инерции поперечного сечения.

Для того, чтобы исключить взаимодействие испытательной камеры 2 и испытываемой оболочки 4, необходимо в процессе испытания обеспечить равенство их перемещений δ_o'= δ_к' в процессе испытаний.

Соответственно по приведенным выше формулам (1) и (2) из условия δ_o= δ_к имеем = (3) = (4) Так как длины камеры и оболочки примерно равны (l_o = 1,01 + 1,05)l_к, будем иметь следующее соотношение = . (5) Соответственно в процессе испытаний перемещения оболочки и камеры можно записать в виде выражений
= , (6)
= . (7)
Из условия равенства δ_o'= δ_к' получим соотношение
= . (8)
Из выражений (5) и (8) следует, что равенство перемещений, камеры и оболочки при испытании (δ_o'= δ_к') обеспечивается таким же соотношением между усилиями Q и N, как и при подготовке к нему между усилиями Q^о и N^о
= = = const = a
В дальнейшем при испытании оболочки при приложении к испытываемой оболочке 4 усилия Q, к испытательной камере 2 надо приложить дополнительное усилие N =
Таким образом, упрощаются испытания, а за счет исключения силового взаимодействия камеры с оболочечной конструкцией не искажается напряженно-деформированное состояние оболочки, то есть повышается точность при испытании.

Формула изобретения

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ОБОЛОЧЕЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ПРОЧНОСТЬ, по которому испытуемую оболочечную конструкцию размещают в камере, подвергают воздействию внешнего давления и изгибающего момента и одновременно в направлении действия изгибающего момента к камере прикладывают поперечное усилие, равное по величине усилию, соответствующему началу линейных и угловых перемещений камеры без оболочечной конструкции, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения точности при испытании за счет исключения силового взаимодействия камеры с оболочечной конструкцией, при приложении к камере поперечного усилия определяют ее поперечное перемещение, к оболочечной конструкции без камеры прикладывают в направлении действия изгибающего момента поперечное усилие, равное по величине усилию, обеспечивающему поперечное перемещение, при воздействии на оболочечную конструкцию внешнего давления и изгибающего момента приложенное к камере поперечное усилие увеличивают, при этом соотношение между поперечными усилиями, приложенными к камере, и оболочечной конструкции поддерживают равным отношению поперечных усилий, приложенных к ним перед размещением оболочки в камере.

РИСУНКИ

Рисунок 1