Установка для испытаний фрагментов и узлов листовых и стержневых конструкций на усталость

 

Изобретение относится к установке для испытания на усталость, которая содержит инерционные вибраторы для нагружения испытуемого изделия усилиями растяжения-сжатия по любым нескольким осям и установленный на изделии инерционный вибратор для создания в изделии поперечных колебаний. На кольцевой опорной раме по осям нагружения попарно симметрично установлены упругие кольцевые элементы, с которыми посредством тяг соединены захваты испытуемого изделия. Вибраторы установлены попарно по каждой оси нагружения с внешних сторон кольцевых элементов. Установка позволяет приблизить условия испытания к реальным условиям нагружения листовых и стержневых конструкций. 7 ил.

Изобретение относится к испытаниям фрагментов и узлов листовых и стержневых конструкций на усталость при действии продольных колебаний и при поперечном изгибе, при статическом нагружении, повторно-статическом нагружении как с полой нагрузкой, так и с частичной, на ползучесть, на релаксацию напряжений, а также на различные комбинации указанных видов действия нагрузок.

Известна установка для высокочастотных испытаний на усталость при растяжении-сжатии образцов из листовых материалов (см. авт. св. СССР N 705300, кл. G 01 N 3/32, G 01 N 3/38, опублик. БИ N 47, 1979), содержащая возбудитель колебаний, упругий элемент в виде скобы, захваты для испытуемого образца, один из которых связан с упругим элементом, установленным на возбудителе колебаний, а другой захват связан с упругим элементом.

Недостатком данной установки является испытание образца лишь при одноосном растяжении-сжатии, что не отражает поведение материала в большинстве конструкций, работающего в условиях плоского напряженного состояния.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является установка для испытаний листовых материалов на усталость при плоском напряженном состоянии (см. авт. св. СССР N 1132195, кл. G 01 N 3/34, опублик, БИ N 48, 1984), содержащая основание, на котором размещены нагружающее устройство в виде двух электромагнитных силовозбудителей, установленных во взаимно перпендикулярных направлениях, две пары захватов и крестообразного образца листового материала и упругий кольцевой элемент, выполненный в виде трех соосно расположенных колец, крайние из которых связаны между собой и соединены с внутренней стороной с одной парой захватов, а среднее кольцо соединено с внутренней стороны с другой парой захватов.

Недостатком данной установки является проведение испытаний образцов только путем приложения нагрузки по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

Задачей изобретения является приближение условий испытаний к условиям работы листовых и стержневых конструкций.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения независимого приложения пульсирующей нагрузки по более, чем двум осям с возможностью создания плоского напряженного состояния.

Этот технический результат достигается тем, что известная установка для испытаний на усталость фрагментов и узлов листовых и стержневых конструкций, содержащая вибраторы для нагружения испытуемого изделия усилиями растяжения-сжатия по различным осям, взаимодействующие с ними упругие кольцевые элементы и соединенные с последними посредством тяг захвата испытуемые изделия, дополнительно снабжена инерционным вибратором, установленным на испытуемом изделии с возможностью создания в нем поперечных колебаний, упругие кольцевые элементы установлены попарно симметрично на опорной кольцевой раме по любым осям нагружения, а вибраторы для нагружения испытуемого изделия усилиями растяжения-сжатия выполнены инерционными и установлены попарно по каждой оси нагружения с внешних сторон упругих кольцевых элементов.

Такая конструкция позволит проводить испытания конструкций как на статическое, повторно-статическое нагружение, так и на ползучесть, релаксацию напряжения и усталость при действии продольных колебаний, поперечном изгибе и их различных комбинациях.

Сущность устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид установки в плане, на фиг. 2 - разрез А-А; на фиг. 3 - конструктивная схема колеса; на фиг. 4 - расчетная схема колеса; на фиг. 5 - фрагмент корпуса листовой конструкции с вварным патрубком; на фиг. 6 - фрагмент в плане; на фиг. 7 - график результатов испытаний при повторных статических нагружениях по одной оси нагружения.

Установка для испытаний фрагментов листовых и стержневых конструкций на усталость состоит из основания 1, на котором размещена опорная кольцевая рама 2, на наружную поверхность которой установлены динамометры, выполненные в виде упругих колец 3, к которым, в свою очередь, крепятся инерционные вибраторы 4. Фрагмент конструкции испытуемого изделия 5 посредством захватов 6, тяг 7 и натяжных гаек 8 крепится к упругим кольцам 3.

Инерционные вибраторы 4, асинхронные двигатели с фазным ротором которых электрически связаны проводами 9 по схеме "электрический вал", при одновременном включении пусковым устройством 10 двигателей, расположенных по всем осям, создают продольные колебания.

В случае создания поперечных колебаний в изделии инерционные вибраторы 4 устанавливают непосредственно на испытуемое изделие 5 (см. фиг. 5 и 6).

Упругие кольца 3 позволяют имитировать граничные условия закрепления фрагмента конструкции - испытываемого изделия, соответствующие граничным условиям его закрепления в реальной исследуемой конструкции.

Кроме того, упругие кольца 3 позволяют обеспечить соответствие запаса упругой энергии, воздействующей на испытуемое изделие 5, запасу энергии, действующей на него в реальной конструкции. При этом количество упругих колец 3 составляет 2·n, где n = 1, 2, 3 и т.д.

Установка работает следующим образом. Испытуемое изделие 5 предварительно нагружают внешними силами растяжения посредством захватов 6, тяг 7, упругих колец 3 и натяжных гаек 8. Затем посредством пускового устройства 10 одновременно включают асинхронные двигатели инерционных вибраторов 4 с фазными роторами, соединенных по схеме "электрический вал", расположенных попарно на всех осях, что создает синхронное и синфазное вращение роторов всех двигателей, а следовательно, и синхронное и синфазное вибрационное (растяжение-сжатие) силовое воздействие по всем осям нагружения, создавая продольные колебания на испытываемое изделие 5. Максимальную нагрузку цикла регулируют подбором числа оборотов двигателя, величиной инерционных масс, а также радиусом их размещения относительно оси вращения, т.е. перемещением подвижной инерционной массы вибратора.

Контроль текущего усилия, действующего на испытуемое изделие 5, а также число циклов нагружения по каждой из осей осуществляют с помощью, например, датчиков, установленных на упругих кольцах 3 динамометров.

Выбор количества осей нагружения и геометрических параметров упругих колец определяют возможностью приближения к условиям работы исследуемой реальной конструкции.

В случае необходимости уровень начальной предварительной статической нагрузки можно восстановить до начального с помощью натяжных гаек 8.

Продолжительность испытаний устанавливают в зависимости от цели испытаний в соответствии с реальными условиям работы исследуемой конструкции.

В упругих элементах 3 возбуждают резонансные колебания и посредством тяг 7 и захватов 6 передают испытываемое изделие 5 (фиг. 1 и 2).

Резонансные свойства колебательной системы: упругое кольцо 3 - испытываемое изделие 5 в основном определяют жесткостью упругих колец 3, поэтому при развитии микроповреждений в испытываемом изделии 5 в процессе испытаний резонансная частота системы практически не меняется.

Резонансную частоту системы варьировали путем изменения геометрических размеров и плотности материала упругих колец 3.

Испытанию подвергали: 1. Фрагмент корпуса листовой конструкции, например резервуара, трубы и др. , (см. фиг. 1 и 2), при этом он может быть без концентраторов напряжений (т.е. сплошной, гладкий без каких-либо повреждений) или с концентратором напряжений (например, начальная трещина, круглое или овальное отверстие, сварной шов и др.).

2. Колесо, при вращении которого на его ступицу посредством спиц действуют радиально направлению растягивающие силы предварительного напряжения, а также пульсирующая сила по оси привода, направленная перпендикулярно плоскости колеса (см. фиг. 3).

На фиг. 4 приведена схема нагружения ступицы указанными силами. Такая схема испытания легко реализуется на предлагаемой установке.

3. Фрагмент корпуса листовой конструкции с вварным патрубком (см. фиг. 5 и 6). Пульсирующая нагрузка действует как в плоскости листа, так и в поперечном направлении. Эти действия продольной и поперечной нагрузок возможны как раздельные, так и одновременные, причем поперечная нагрузка действует центрально или с эксцентриситетом относительно оси патрубка, что технически легко осуществимо на предлагаемой установке.

Во всех указанных случаях испытаний фрагментов и узлов конструкций возможно сочетать испытания на усталость со статическими испытаниями на ползучесть, релаксацию напряжений, а также создавать повторно-статические нагружения (см. фиг. 7), что по сравнению с прототипом позволит приблизить испытания конструкций к реальным условиям (с высокой степенью воспроизведения реальных нагрузок) и расширить функциональные возможности установки.

Формула изобретения

Установка для испытания на усталость фрагментов и узлов листовых и стержневых конструкций, содержащая вибраторы для нагружения испытуемого изделия усилиями растяжения-сжатия по различным осям, взаимодействующие с ними упругие кольцевые элементы и соединенные с последними посредством тяг захваты испытуемого изделия, отличающаяся тем, что она снабжена инерционным вибратором, установленным на испытуемом изделии с возможностью создания в нем поперечных колебаний, упругие кольцевые элементы установлены попарно симметрично на опорной кольцевой раме по любым осям нагружения, а вибраторы для нагружения испытуемого изделия усилиями растяжения-сжатия выполнены инерционными и установлены попарно на каждой оси нагружения с внешних сторон упругих кольцевых элементов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7