Нагрузочное устройство



Нагрузочное устройство
Нагрузочное устройство
Нагрузочное устройство
Нагрузочное устройство

 


Владельцы патента RU 2453823:

Миронова Любовь Ивановна (RU)

Изобретение относится к механическим нагрузочным устройствам и может быть использовано для нагружения поверхностей образцов чистым изгибом и определения полей деформаций и напряжений в экспериментальных исследованиях лабораторных макетов и натурных объектов. Нагрузочное устройство содержит плиту опорную для установки упругого элемента, две стойки с направляющими, соединенными муфтами стяжными для установки планки с платформой нагружения в виде втулки, толкателя груза, воспроизводящего силовое воздействие в точке нагружения сферической пятой под действием мерного груза, пружины сжатия, осуществляющей балансировку вертикального положения толкателя груза при отсутствии груза, его плавное перемещение с мерным грузом при нагружении и возврат в исходное положение после снятия груза, с индикатором на стойке индикаторной. Нагрузочное устройство имеет в толкателе груза грузовой платформы свободно перемещающийся вниз измерительный щуп в соприкосновении с наконечником индикатора, фиксирующего прогиб в точке нагружения. Технический результат - возможность нагружения модели ступенчатой нагрузкой необходимой величины без искажения воспроизводимой нагрузки натурной конструкции, получения достоверных измерительных данных в модельном эксперименте или статических испытаниях. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к механическим нагрузочным устройствам и может быть использовано для нагружения поверхностей образцов чистым изгибом и определения полей деформаций и напряжений в экспериментальных исследованиях лабораторных макетов и натурных объектов.

Цель изобретения - нагружение образца чистым изгибом с одновременным измерением перемещений при деформации его поверхности в точке нагружения в виде прогиба.

Область применения нагрузочного устройства - прикладные научно-исследовательские работы в исследовании напряженно-деформированного (термонапряженного) состояния изделий различного назначения, железобетонных строительных конструкций в модельных экспериментах, а также при статических испытаниях в машиностроении, металлургическом производстве, атомной технике, строительстве и пр.

Развитие современного машиностроения, строительства различных объектов тесно связано с решением задач прочности и надежности. Важнейшим этапом в решении этих задач при проектировании является определение деформаций, напряжений и перемещений в элементах конструкций, воспринимающих нагрузки.

Определение уровня напряжений в подобных системах требует применения экспериментальных и численных методов с использованием критериев подобия и математических аналогий. Высокая эффективность современных численных методов теории упругости и пластичности, использующих ЭВМ, не устраняет необходимость применять экспериментальные методы как при решении отдельных задач, так и для получения исходных данных, некоторых зависимостей с целью обоснования и проверки методов расчета на прочность и жесткость деталей и конструкций [1]. К таким методам относится моделирование полей деформаций и напряжений. Требованием такого эксперимента является соблюдение условий подобия натуры и модели при деформациях в пределах пропорциональности. К основным признакам этих условий относятся: геометрическое подобие, физическое подобие, силовое подобие, условия подобия контакта деталей. Для выполнения силового подобия исследуемую модель нагружают эквивалентными механическими нагрузками с помощью нагрузочных устройств.

Нагрузочные устройства применяют для нагружения моделей с целью исследования возникающих при нагружении полей деформаций и напряжений. Нагрузочные устройства для моделей бывают универсальными или специализированными.

Измерение деформаций, перемещений или их оценка осуществляется в зависимости от выбранного метода исследования. К этим методам относятся: тензометрический, поляризационно-оптический, спекл-интерферометрия, метод муаровых полос и сеток. Перечисленные методы исследования характеризуются разными способами определения деформаций, перемещений и напряжений.

В любом из этих способов нагрузочные устройства выполняют только функцию нагружения. Измерения и оценка деформаций, перемещений и напряжений осуществляется на моделях либо с помощью тензометрических датчиков, либо оценкой сравнения растровых (муаровых) картин, картин полос интерференции до и после нагружения моделей.

Во многих случаях модельного эксперимента при нагружении моделей чистым изгибом необходимо осуществлять одновременное нагружение и измерение прогиба поверхности моделей, возникающего при силовом воздействии. Данное условие является обязательным, так как оно соответствует выполнению действия закона Гука [2], когда в пределах пропорциональности нагрузки, приложенные на упругий элемент, прямо пропорциональны возникающим деформациям. При снятии нагрузок все деформации исчезают, и упругий элемент принимает первоначальные размеры и форму.

Известные нагрузочные устройства поверхностей тензометрических моделей не имеют механизмов одновременного нагружения и измерения деформаций. В тензометрических моделях и образцах измерение деформаций осуществляется тензометрическими датчиками (тензорезисторами), наклеенными на поверхность, за счет функции преобразования зависимости выходного сигнала тензорезистора от деформации при фиксированных значениях влияющих величин. Прогиб упругого элемента таким способом измерить нельзя.

Известны конструкции нагрузочных устройств, такие как приспособления для приложения растягивающей силы, нагрузочные рамы [1]. В них имеются: 1) элементы, с помощью которых прилагаются нагрузки (захваты, подкладки, упоры, устройства для приложения сплошной нагрузки); 2) нагружающие элементы (гири, пружины, тяги, винтовые домкраты, пневматические и гидравлические устройства); силовые передачи; 3) станины; 4) узлы измерения силовых нагрузок. Механизмы измерения деформаций и перемещений в них отсутствуют.

Известно приспособление для измерения прогиба бруса, описанное в литературе [3], состоящее из флаксиметра, зажимного винта, индикатора, опоры, штыря индикатора. Измерение прогиба осуществляется при перемещении приспособления по поверхности образца в направлении его продольной оси. Данное приспособление не может быть использовано в процессе нагружения чистым изгибом по следующим причинам:

1) данное приспособление не имеет возможности осуществлять нагружение модели, так как штырь индикатора является измерительным щупом и не осуществляет передачу силового воздействия в точке измерения прогиба,

2) данное приспособление не может быть использовано для измерения прогиба при нагружении модели сосредоточенной силой, так как используемый флаксиметр имеет контактную площадку по длине l, следовательно, все приложенные нагрузки в зоне контактной площадки считаются распределенными.

Указанные недостатки устранены в заявленном нагрузочном устройстве тем, что в механизме нагружения устройства имеется узел измерения прогиба при силовом воздействии. Конструкция устройства и принцип работы поясняются эскизами фиг.1÷4.

Нагрузочное устройство (фиг.1) содержит плиту опорную 1, стойку 2 (2 шт.), направляющую 3 (2 шт.), муфту стяжную 4 (2 шт.), планку 5, платформу нагружения 6, индикатор 7, стойку индикаторную 8, щуп измерительный 9. Плита 1 является опорной плитой, на нее устанавливают испытываемый объект (чаще всего - пластину). В плите имеются резьбовые отверстия, в которые вставлены стойки 2. Они соединены с направляющими 3 посредством стяжной муфты 4. На направляющие 3 монтируется планка 5 с платформой нагружения 6 таким образом, чтобы толкатель 11 груза (фиг.2) грузовой платформы соприкасался в точке нагружения поверхности испытываемого объекта. Это достигается регулировкой положения стяжной муфты посредством ее вращения, позволяющей либо стягивать стойку и направляющую, либо удалять их друг от друга. Для обеспечения точной регулировки на стойке, направляющей и в муфте нарезана резьба с мелким шагом. В планке 5 имеется гнездо, в которое установлена стойка индикаторная 8 с индикатором 7. Наконечник индикатора соприкасается с торцевой поверхностью измерительного щупа 9. Индикатор 7 относится к многооборотным индикаторам и может быть применен как с ценой деления 0,001, так и 0,02 мм. Тип индикатора и его характеристики представлены в таблице 1. Измерительный щуп 9 имеет ступенчатую стержневую конструкцию. В его нижней части имеется цилиндр малого внешнего диаметра (ходовая часть) для обеспечения свободного вертикального хода, переходящий в острый конус, называемый наконечником, соприкасающийся с поверхностью исследуемого объекта в точке измерения прогиба. Для обеспечения прочности и жесткости щупа малый внешний диаметр переходит в диаметр большего размера, торцевая поверхность которого является измерительной базой для наконечника индикатора.

Таблица 1.
Индикаторы многооборотные ГОСТ 9696-82
Тип Цена деления, мм Диапазон измерений, мм
1 МИГ 0,001 1,0
1 МИГП
2 МИГ 0,002 2,0
2 МИГП

Отдельно на фиг.2. показана конструкция платформы нагружения 6. Она состоит из втулки 10, толкателя груза 11, пружины сжатия 12, замка транспортировочного 13, винта 14. Втулка 10 представляет собой полый цилиндр, имеющий дно, в котором выполнено отверстие для свободного хода толкателя груза 11. Втулка имеет «буртик», посредством которого она опирается на верхнюю поверхность планки 5. Во втулке устанавливается толкатель груза 11, подпружиненный пружиной сжатия 12. Пружина удерживает толкатель груза в вертикальном положении и не позволяет ему перемещаться вдоль оси при отсутствии груза, осуществляя балансировку вертикального положения. Она сжимается при установке мерного груза 15 (фиг.2б), дает возможность плавно опускаться толкателю груза вниз и осуществляет возврат толкателя груза в исходное положение при снятии груза. Толкатель груза имеет конструкцию стержня. В нем предусмотрено ступенчатое внутреннее отверстие для свободного хода измерительного щупа 9. На нижнем конце толкателя груза выполнена сферическая пята, которая при силовом воздействии уменьшает площадку контакта на поверхности исследуемого объекта. Таким образом, обеспечивается нагружение объекта сосредоточенной силой. Верхняя торцевая поверхность толкателя груза выполняется большим внешним диаметром и является площадкой для установки груза. Такое увеличение внешнего диаметра верхней части толкателя позволяет получить «уступ», который является опорной поверхностью для пружины 12. Конструкция платформы предусматривает наличие транспортировочного замка 13, который устанавливается на верхней торцевой поверхности втулки посредством винта 14. Замок служит для обеспечения целостности конструкции при съеме и установке платформы, может свободно вращаться вокруг оси крепежного винта и не снимается в процессе нагружения объекта. Следует отметить некоторые особенности предложенной конструкции платформы.

1. Зазор между внешним диаметром ходовой части толкателя груза и диаметром отверстия дна втулки должен быть минимальным, но при этом обеспечивать посадку скольжения, что достигается выполнением предельных отклонений размеров внешнего диаметра ходовой части толкателя с квалитетом точности - 6, полем допуска - 6f, отверстия - 7Н. Таким образом, перекос толкателя груза во время перемещения исключен.

2. Зазор между внешним диаметром ходовой части измерительного щупа и диаметром отверстия в толкателе груза должен быть также минимальным и обеспечивать посадку скольжения, что достигается выполнением предельных отклонений размеров внешнего диаметра ходовой части щупа с квалитетом точности - 6, полем допуска - 6f, отверстия - 7Н. Таким образом, перекос измерительного щупа во время измерения прогиба исключен.

3. Пружина сжатия должна быть установлена с минимальной величиной поджатия и при этом не должна сминаться при приложении максимальной нагрузки, что достигается расчетной длиной пружины и выбором ее диаметра в свободном состоянии Нпруж (фиг.3) при H1 чуть больше или равным Н0.

где Н0, L, Sk, t, d, n - конструктивные размеры пружины. Конструкция пружины соответствует ГОСТу 18793-80.

Нагрузочное устройство имеет модельный ряд конструкции платформы нагружения, который позволяет проводить нагружение упругого элемента сосредоточенной силой различной величины в зависимости от размеров конструкции мерного стального груза, устанавливаемого на платформу.

Конструкция мерного груза приведена на фиг.3, а его исполнительные размеры - в таблице 2, и представляет собой стальное плоское кольцо, разрезанное вдоль оси симметрии на две части для удобной его установки на грузовую платформу. Для получения мерного груза массой в пределах 1÷5 г достаточно изменять высоту пластины груза первой модификации с 1 до 5 мм соответственно.

Таблица 2.
Исполнительные размеры модификаций мерного груза
Модификация мерного груза Внешний диаметр D, мм Внутренний диаметр d, мм Площадь поперечного сечения Sпоп, см2
Sпоп=0,785(D-d)2
Расчетный вес Ррас, г Ррас=7,8Sпоп*
Вес, г**
1 10 14 4 1,8 11,02
2 25 22 4 3,6738 28,65
3 60 32,5 4 8,165 63,7
4 100 41,2 4 13,199 102,9
5 150 50 4 19,499 152,09
* Расчетная формула веса груза Ррас=7,8Sпоп справедлива для грузовой пластины толщиной равной, 10 мм. Увеличивая высоту пластины в k раз, можно получить увеличенную массу груза в k раз соответственно.
** Указанный вес мерного груза достигается путем подшлифовки торцевых поверхностей пластины и сравнения его с мерой.

Исполнительные размеры конструкции модельного ряда платформы нагружения представлены на фиг.4 и приведены в таблице 3.

Таблица 3.
Исполнительные размеры модельного ряда грузовой платформы
Размеры в мм № пружины по ГОСТ 18793-80 кг
h d d1 d2 d3 D S D1 H H1 Макс. нагрузка
1 8 16 18 11 1086-0784 0,06
2 62 34 36 17 44 75 50 1086-0787 0,36
3 12 52 54 4 20 4 62 1086-0804 0,9
4 82 1,2

В таблице 3 приведен модельный ряд грузовой платформы с максимальной нагрузочной способностью устройства до 1,2 кг. Меняя исполнительные размеры грузовой платформы, можно добиться нагружения более высокими нагрузочными величинами.

Принцип работы устройства заключаются в следующем. Испытываемую пластину (упругий элемент) устанавливают на опорную плиту 1. На направляющие 3 вставляют планку 5 с грузовой платформой 6. Далее вращением стяжных муфт регулируется установочная высота Н, таким образом, чтобы поверхность сферической пяты толкателя соприкасалась с поверхностью испытываемого объекта в точке нагружения. Фиксируется величина отклонения стрелки Δ на градуированной шкале индикатора 7. При нагружении платформы мерным грузом необходимой величины измерительный щуп вместе с наконечником индикатора перемещается вниз в точке нагружения. Стрелка индикатора начинает изменять свое угловое положение. После того как стрелка примет окончательное положение (период успокоения), снимаются показания со шкалы индикатора. Прогиб пластины определяют по формуле

где w - измеренный прогиб; ni - число целых делений, отсчитанное по шкале отсчетного устройства; mi - доля деления шкалы с наименьшей ценой деления, отсчитанная на глаз; ki - цена деления этой шкалы; Δ - величина отклонения по измерительной базе; ΔΣ - суммарная погрешность измерения.

Технический результат заключается в одновременном нагружении испытуемого объекта сосредоточенной силой и измерении прогиба в точке нагружения, в корректности совмещения процессов измерения деформаций, перемещений и действия закона Гука в пределах пропорциональности, в устранении необходимости наклеивания тензорезисторов на исследуемую поверхность, в возможности нагружения модели ступенчатой нагрузкой необходимой величины без искажения воспроизводимой нагрузки натурной конструкции, получении достоверных измерительных данных в модельном эксперименте или статических испытаниях. Конструкция устройства нагружения проста в исполнении и эксплуатации, не требует сложной специальной и измерительной техники.

Заявленное нагрузочное устройство предназначено для одного вида нагружения - чистого изгиба.

Литература

1. Пригоровский Н.И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений. Справочник. - М.: Машиностроение, 1983, 248 с.

2. Беляев Н.М. «Сопротивление материалов». - М.: Наука, 1976, 607 с.

3. Серьезнов А.Н., Шашурин А.К. Методы и средства в прочностном эксперименте. - М.: МАИ, 1990, 197 с.

1. Нагрузочное устройство, содержащее плиту опорную для установки упругого элемента, две стойки с направляющими, соединенными муфтами стяжными для установки планки с платформой нагружения в виде втулки, толкателя груза, воспроизводящего силовое воздействие в точке нагружения сферической пятой под действием мерного груза, пружины сжатия, осуществляющей балансировку вертикального положения толкателя груза при отсутствии груза, его плавное перемещение с мерным грузом при нагружении и возврат в исходное положение после снятия груза, с индикатором на стойке индикаторной, отличающееся тем, что, с целью нагружения упругого элемента сосредоточенной силой и измерения перемещений при деформации его поверхности, имеет в толкателе груза грузовой платформы свободно перемещающийся вниз измерительный щуп в соприкосновении с наконечником индикатора, фиксирующего прогиб в точке нагружения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что платформа нагружения имеет модельный ряд с конструкцией, позволяющей осуществлять нагружение мерным грузом различной величины.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на платформу нагружения можно установить стальной мерный груз в виде плоского кольца, разрезанного вдоль оси симметрии на две части, для удобной его установки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу определения механических характеристик материалов, в частности к способам определения модуля упругости, предельной прочности, предельной деформации стержней из полимерных композиционных материалов, и устройству для его реализации.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность и может быть использовано для испытаний элементов конструкций шахтной крепи, трубопроводов, несущих элементов зданий и сооружений.

Изобретение относится к машинам для испытания на усталость и может быть использовано для получения механических характеристик материалов. .

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. .

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. .

Изобретение относится к области строительства и предназначено для определения оптимального числа нагелей в двухслойных деревянных конструкциях балочного типа. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров анизотропных стержней, таких как изгибная жесткость и естественная кривизна.

Изобретение относится к лабораторной испытательной технике для определения прочностных свойств теплозащитных покрытий (ТЗП), применяемых в нагруженных деталях машин, преимущественно в авиакосмической технике.

Изобретение относится к области экспериментальных методов механики деформируемого твердого тела и может быть использовано при оценке выносливости и долговечности канатов в зависимости от угла охвата блоков канатом.

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к технике испытаний конструкций на динамические воздействия

Изобретение относится к области определения механических свойств материалов путем приложения заданных нагрузок

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании на релаксацию напряжения металлических образцов при изгибе

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании на релаксацию напряжения облученных металлических образцов при четырехточечном изгибе

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в стандартных испытательных машинах для испытания металлических образцов на сжатие без потери устойчивости

Изобретение относится к механическим испытаниям газотермических покрытий, а более точно касается определения остаточных напряжений в покрытии и энергии, необходимой для их высвобождения. Сущность: осуществляют нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по 4-точечной схеме. Нагружение образца осуществляют плавно до величины нагрузки, не превышающей предел упругости материала покрытия, последовательно разгружают до значения деформации растяжения, равной нулю, при этом измеряют остаточное усилие, продолжают разгружение до получения значения усилия, равного нулю, и измеряют остаточную деформацию сжатия. По полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные напряжения в покрытии и его энергетические характеристики, включающие: энергию высвобождения внутренних напряжений (Дж); энергию, необходимую для полной релаксации остаточных напряжений (Дж); плотность энергии, необходимой для полной релаксации остаточных напряжений (Дж/м3). Технический результат: получение комплекса механических характеристик газотермического покрытия, которые позволяют контролировать его качество и создавать совершенный технологический процесс его получения. 3 ил.

Изобретение относится к технике измерений параметров кабелей и может быть использовано для измерения жесткости оптических кабелей с высокой прочностью на разрыв при низких температурах. Сущность: один конец образца оптического кабеля закрепляют на платформе с помощью первого зажима, а второй конец образца оптического кабеля отгибают от его оси на угол θ>45° и закрепляют на платформе с помощью второго зажима, после чего платформу с закрепленным на ней образцом кабеля помещают в климатическую камеру, устанавливают в ней заданную температуру, при которой измеряют радиус изгиба оптического кабеля на выходе из первого зажима. Предварительно, для одних и тех же значений угла θ и расстояния 1, при нормальной температуре выполняют измерения относительных радиусов изгиба на выходе из первого зажима R0 и R1 для двух образцов оптического кабеля, для которых значения жесткости при нормальной температуре В0 и В1 известны и отличаются друг от друга, после чего для тех же значений угла θ и расстояния 1 выполняют измерения относительного радиуса изгиба на выходе из первого зажима испытуемого образца оптического кабеля Rx при заданной низкой температуре. Относительный радиус изгиба определяют как отношение радиуса изгиба оптического кабеля на выходе из зажима к радиусу оптического кабеля, а жесткость испытуемого образца оптического кабеля при заданной низкой температуре Вx определяют по зависимости. Технический результат: расширение области применения и снижение затрат. 3 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд для испытания образцов материалов при многоточечном изгибе содержит раму, опорный элемент в виде трубы, направляющие, установленные на внутренней поверхности трубы, разъемные фиксаторы направляющих на трубе, нагружатели в виде гидроцилиндра с плунжером, установленные на каждой направляющей, и захваты, размещенные по длине образца и связанные с соответствующими нагружателями. Стенд снабжен дополнительными нагружателями в виде гидроцилиндра с плунжерами. Нагружатели попарно расположены на направляющих. На плунжерах нагружателей вдоль их оси закреплены зубчатые рейки. Захваты выполнены в виде зубчатых колес, расположены между рейками пар нагружателей и кинематически связаны с ними. Технический результат − обеспечение испытаний при многоточечном изгибе в разных плоскостях, а также при многоточечном кручении и совместно при многоточечном кручении и изгибе с независимым изменением направлений изгиба и кручения участков образца в ходе испытаний. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд содержит основание, опорный элемент в виде трубы, нагружатели, установленные на внутренней поверхности трубы, разъемные фиксаторы нагружателей на трубе и захваты, размещенные по длине образца и связанные с соответствующими нагружателями. Стенд дополнительно снабжен ударным механизмом, выполненным в виде электромагнитной катушки, якоря, взаимодействующего с катушкой, упругого элемента для возврата катушки в исходное положение, толкателя, соединенного с якорем, и ударника, закрепленного на толкателе с возможностью взаимодействия с поверхностью трубы. На трубе установлены торцевые заглушки, а труба заполнена наполнителем. Технический результат: приближение условий испытаний к реальным условиям работы длинномерных изделий путем обеспечения испытаний при нагружении длинномерного образца не только многоточечным статическим изгибом в разных направлениях, но и ударными радиальными или линейными волнами в одном или во встречных направлениях с изменением ориентации волн относительно радиальных направлений образца при распространении волн через реальную среду наполнителя. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх