Устройство для испытания пространственных коробчатых конструкций



Устройство для испытания пространственных коробчатых конструкций
Устройство для испытания пространственных коробчатых конструкций
Устройство для испытания пространственных коробчатых конструкций

 


Владельцы патента RU 2580337:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" (RU)

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к установкам для испытаний образцов и фрагментов пространственных коробчатых (сварных, клеесварных, клепанных или клееклепанных) конструкций. Устройство содержит корпус с размещенным в нем приводом и жестко закрепленную на нем металлическую раму с основанием, захватами для испытуемого образца и тензодатчиками. Один из захватов жестко закреплен на раме, а второй установлен на основании посредством двух пневмоцилиндров с возможностью обеспечения приложения вертикальной нагрузки и крутящего момента на испытуемый образец. Тензодатчики размещены на подвижном захвате и испытуемом образце. Технический результат: обеспечение испытания пространственных коробчатых конструкций, изготовленных с использованием сварки, клеесварки, клепки или клееклепки, позволяющие проводить оценку прочностных характеристик конструкции в различных зонах. 2 ил.

 

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к установкам для испытаний образцов и фрагментов пространственных коробчатых (сварных, клеесварных, клепанных или клееклепанных) конструкций.

При производстве и ремонте машин широко используются сварные, клеесварные, клепанные и клееклепанные соединения, которые представляют собой пространственные коробчатые конструкции. Но стандартные испытания металлических образцов на сжатие (ГОСТ 25.503-97), растяжение (ГОСТ 1497-84) и изгиб (ГОСТ 14019-80) не позволяют объективно судить о прочностных характеристиках этих соединений. Стандартные испытания проводятся на плоских или цилиндрических образцах и позволяют определить только прочность сварной точки или заклепки. В литературе же показано, что для получения объективной информации о прочностных характеристиках сварных, клеесварных, клепанных или клееклепанных соединений необходимо проводить испытания на пространственных коробчатых конструкциях и контролировать прочностные свойства не только в зоне сварной точки или заклепки, но и между сварными точками или заклепками (Жуковец И.И. Механические испытания металлов. М., 1986. С. 19-75).

Но в настоящее время устройств для испытания пространственных коробчатых конструкций на сжатие, растяжение и изгиб не существует.

Известны универсальные разрывные гидравлические машины типа «РГМ», выпускаемые в соответствии с ГОСТ 28840-90 «Машины для испытаний материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования», предназначенные для создания нормированного значения меры силы, при проведении механических испытаний образцов высокой прочности на значительных нагрузках, в режиме растяжения, сжатия и изгиба. Также, известны машины испытательные универсальные с увеличенным ходом активного захвата и управлением с ПК модели РГМ-У, предназначенные для испытания на растяжение различных заготовок и готовых изделий, имеющих металлическую или неметаллическую природу, на растяжение, сжатие или изгиб. Машины испытательные универсальные с увеличенным ходом активного захвата применяются на литейных заводах, металлообрабатывающих предприятиях, лабораториях научно-исследовательских институтов, строительных организациях, машиностроительных заводах и образовательных учреждениях и др. Машины РГМ-У позволяют производить испытания по ГОСТ 10006-80, 10180-90, 12004-90, 12801-98, 14019-2003, 1497-84, 24409-80; ISO15579-2000, ISO679, ISO7438-1985, ISO6892, EN100021-1-2001, ASTM Е8М, ISO75000-1, ISO4012, ISO10065 и др. Благодаря применению гидравлического цилиндра двунаправленного действия зона растяжения и зона испытания не разделяются. Рабочий ход гидравлического поршня увеличен по сравнению с другими моделями машин РГМ. (Универсальные разрывные машины РГМ. Сайт фирмы «Метротест» http://метротест.рф/, http://машина-разрывная.рф/index.html, Универсальные сервогидравлические машины Instron. Сайт фирмы Instron: www.instron.com., Статические сервогидравлические испытательные машины. Сайт фирмы MELYTEC: www.melytec.ru).

Основным недостатком универсальных испытательных машин является сложность конструкции и высокая масса. Кроме того, данные машины не позволяют проводить испытания пространственных коробчатых конструкций. Все испытания проводятся только на плоских или цилиндрических образцах.

Известна гидравлическая машина для механических испытаний материалов (см. Патент №48066, МПК G01N 3/02, опубл. 2005 г. ), в которой создание нагрузки растяжения или сжатия обеспечивается за счет изменения давления рабочей жидкости, поступающей в рабочую полость силового гидроцилиндра от насоса высокого рабочего давления, управляемого асинхронным двигателем, который в свою очередь управляется частотным регулятором, охваченным отрицательной обратной связью по нагрузке.

Также недостатком известного устройства является отсутствие универсальности, т.е. такая машина может обеспечить проведение испытаний образцов материалов только на растяжение или только на сжатие.

Известен стенд для испытания конструкций при осевом и внецентренном приложении знакопеременных нагрузок (см. Патент РФ №2523074, МПК G01N 3/08, опубл. 2014 г.).

Устройство предназначено для определения физико-механических свойств изделий, и может быть использовано для исследования прочностных свойств твердых материалов. Особенностью данного изобретения является то, что при его реализации осуществляют ступенчатое нагружение конструкции нагрузкой одностороннего действия сжатия или растяжения путем приложения нагрузки на образец с измерением величины нагрузок, деформаций материала образца конструкции. Испытание образца конструкции на сжатие и растяжение проводят без перестановки образца на испытательном стенде, для чего изменяют направление действия нагрузки на обратное и создают знакопеременное нагружение. Изменение направления нагрузок создают реверсным устройством, а величину и скорость нагружения - приводом одностороннего действия. Стенд содержит основание, подвижную платформу, привод. Стенд дополнительно снабжен, по меньшей мере, двумя подвижными силовыми платформами, а привод выполнен в виде устройства одностороннего действия, причем на стенде выполнено реверсное устройство, силовое устройство и регулировочный механизм.

Особенностью данного изобретения является то, что при пропорциональном увеличении нагрузки достигается равенство продольных деформаций на четырех гранях образца в пределах одного деления индикаторов - при центральном нагружении и текущие их значения при внецентренном нагружении; причем нагружение возможно производить с любым значением эксцентриситета в пределах сечения образца.

Основным недостатком известного устройства является возможность испытывать только плоские или цилиндрические образцы, по результатам испытаний которых невозможно получить объективную картину распределения напряжений в сварном, клеесварном, клепанном или клееклепанном шве.

Кроме того, для этого устройства характерна сложность конструкции и большая трудоемкость подготовительных работ по его монтажу.

Наиболее близких аналогов из уровня техники не выявлено.

Техническим результатом, обеспечиваемым разработанной конструкцией, является обеспечение испытания пространственных коробчатых конструкций, изготовленных с использованием сварки, клеесварки, клепки или клееклепки, позволяющие проводить оценку прочностных характеристик конструкции в различных зонах (зона сварной точки или заклепки, зона между сварными точками или заклепками).

Указанный результат достигается тем, что в устройстве для испытания пространственных коробчатых конструкций, содержащем корпус с размещенным в нем приводом и жестко закрепленную на нем металлическую раму с основанием, захватами для испытуемого образца и тензодатчиками, один из захватов жестко закреплен на раме, а второй установлен на основании посредством двух пневмоцилиндров с возможностью приложения вертикальной нагрузки и крутящего момента на испытуемый образец. Тензодатчики размещены на подвижном захвате и испытуемом образце.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 - приведена схема устройства для испытания пространственных коробчатых конструкций, вид сбоку;

на фиг. 2 - схема устройства для испытания пространственных коробчатых конструкций, вид спереди.

Устройство для испытания пространственных коробчатых конструкций содержит корпус 1 с размещенным в нем приводом 2 и жестко закрепленную металлическую раму 3 с основанием 4, закрепленными на нем пневмоцилиндрами 5, захватами 6, 7 для закрепления испытуемого образца 8 и тензодатчиками 9, 10. Привод включает ресивер 11, фильтр-масловлаговыделитель 12, редуктор 13, лубрикатор 14, центральный пневмораспределитель 15, два пневмодросселя 16, два регулятора потоков 17 и два рычага переключения передач 18, 19. Пневмоцилиндры соединены с приводом с помощью полиуретановых трубок 20 (d 9×12).

Тензодатчики для измерения прикладываемой нагрузки 10 закрепляются на подвижном захвате 6. Используется два тензодатчика для измерения прикладываемой нагрузки. Тензодатчики для измерения напряжений 9 в испытываемом образце закрепляются на испытуемом образце 8 в тех зонах образца, с которых необходимо проводить измерения (как правило, это зона сварки или заклепки, и зона между сварными точками или заклепками). Количество тензодатчиков для измерения напряжений в испытуемом образце выбирается индивидуально, в зависимости от требуемого количества контрольных зон (может использоваться от 2 до 20 тензодатчиков).

Таким образом, предлагаемое устройство просто в изготовлении и требует минимальной трудоемкости работ при испытании пространственных коробчатых конструкций на изгиб и кручение.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

В захваты 6, 7 (один из которых жестко закреплен на раме путем сварного шва, а другой является подвижным), закрепляется испытуемый образец 8, который выполнен в виде пространственной коробчатой конструкции.

При включении напряжения 220 В сжатый воздух нагнетается в ресивер 11. Воздух из ресивера под давлением 10 атм поступает в фильтр-масловлагоотделитель 12. Затем воздух поступает в редуктор 13. Из редуктора воздух поступает в лубрикатор 14 (в нем воздух насыщается маслом) и затем поступает в центральный пневмораспредилитель 15, в котором сжатый воздух через пневмодроссель 16 распределяется на два регулятора потоков 17 и затем поступает в рабочие полости пневмоцилидров 5, которые обеспечивают перемещение подвижного захвата 6. Пневмодроссель 16 служит для регулирования давления в каждом пневмоцилиндре 5, это вызвано тем, что пневмоцилидры имеют разные площади рабочих поверхностей и для уравнивания усилия при кручении необходимо применение пневмодросселей 16. Пневмоцилиндры 5 служат для обеспечения движения захвата 6. Они могут работать синхронно (вверх, вниз), обеспечивая вертикальное движение захвата (испытания на изгиб) или по Х-образной схеме, обеспечивая нагрузку на испытуемый образец в виде крутящего момента (испытания на кручение).

При перемещении подвижного захвата 6 на испытуемый образец 8 прикладывается нагрузка (вертикальная или в виде крутящего момента), которая оценивается при помощи тензодатчиков 9, 10.

Вертикальная нагрузка создается при синхронной работе пневмоцилиндров 5 (давление рабочей полости пневмоцилиндров подается параллельно). Изменение направления движения пневмоцилиндров с вертикального движения на вращательное осуществляется через регуляторы потоков 17. Применение регуляторов потоков необходимо для изменения направления движения пневмоцилиндров. Для создания крутящей нагрузки (крутящего момента) воздух под давлением из регуляторов потоков 17 подается в пневмоцилидры 5 по Х-образной схеме (то есть когда один пневмоцилиндр движется вверх, другой пневмоцилиндр движется вниз и наоборот).

В движение система приводится посредством центрального пневмораспредителя 15. В дальнейшем возможна установка пневмораспредилителя с электронным управлением.

Управление распределением движения осуществляется вручную, путем переключения регуляторов потоков 17 посредством рычагов 18 и 19. В дальнейшем возможна установка электронного управления посредством применения регулятора потоков с электронным управлением.

При включении установки к испытуемому образцу с одной стороны прикладывается вертикальная (испытания на изгиб) или крутящая (испытания на кручение) нагрузка.

Измерение нагрузки осуществляется при помощи тензодатчиков 9, 10, которые наклеиваются на клей в зоне измерений. Тензодатчики фиксируют деформационно-прочностные характеристики пространственных коробчатых конструкций. В данном устройстве использовались проволочные тензодатчики 2ПКБ-10-100ХВ (2-количество слоев, П - проволочный, Б - бумажный, первые цифры обозначают длину базы в мм, вторые цифры - величину номинального сопротивления в Ом, последние буквы указывают на тип клея, который может быть использован для крепления данного датчика, X - холодного отверждения, А - класс качества тензорезистора).

Выполнение испытуемого образца 8 в виде пространственной коробчатой конструкции позволяет оценивать напряжения непосредственно в зоне точечной сварки или заклепки, а также в зоне между сварными точками или заклепками.

Таким образом, предлагаемое устройство с небольшой трудоемкостью монтажа и простотой реализации предлагаемой конструкции позволит простыми средствами проводить испытания пространственных коробчатых конструкций, изготовленных с использованием сварки, клеесварки, клепки или клееклепки.

Данная машина для испытаний пространственных коробчатых конструкций может изготавливаться в промышленных масштабах и найдет применение в испытательных лабораториях.

Устройство для испытания пространственных коробчатых конструкций, содержащее корпус с размещенным в нем приводом и жестко закрепленную на нем металлическую раму с основанием, захватами для испытуемого образца и тензодатчиками, при этом один из захватов жестко закреплен на раме, а второй установлен на основании посредством двух пневмоцилиндров с возможностью обеспечения приложения вертикальной нагрузки и крутящего момента на испытуемый образец, а тензодатчики размещены на подвижном захвате и испытуемом образце.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для исследования свойств материалов путем приложения к ним механических усилий при корреляции параметров затухающего колебательного процесса, возбуждаемого в исследуемом материале с подвижностью определяемых структурно-кинетических элементов, приводящих к локальным изменениям упругих характеристик и, в целом, к изменению прочностных свойств в широком температурно-частотном интервале.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» четырехлопастного жесткого штампа рабочего наконечника для испытания материальной среды в скважине или массиве методом вращательного среза.

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

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения свойств клеевых слоев в многослойных листовых материалах. .

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к области определения физико-механических свойств материалов. .

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания материалов на усталостную прочность при циклическом изгибе и кручении образца.

Изобретение относится к устройствам для определения свойств листовых материалов. .

Изобретение относится к области исследования прочностных характеристик материалов, а именно сопротивления материалов растяжению с кручением. .

Изобретение относится к технологии напыления теплозащитных керамических покрытий, а более точно касается определения времени теплового воздействия, необходимого для релаксации остаточных напряжений в покрытии, а также энергии, требующейся для релаксации.

Изобретение относится к области эксплуатации нефтедобывающего оборудования, а именно, к способу и устройству, применяемым для контроля состояния насосных штанг нефтедобывающих скважин.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для экспериментальных исследований прочностных свойств и процессов накопления усталостных повреждений в поверхностных слоях образцов из конструкционных материалов в зависимости от закона изменения на поверхности образца напряжения и его градиента.

Изобретение относится к определению механических характеристик труб, а именно к моделям, предназначенным для испытаний материалов труб малого диаметра на трещиностойкость, и может быть использовано при производстве и эксплуатации труб.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, используемой при испытаниях на усталость. Зажимное устройство содержит стягиваемые с помощью винтов опорные детали, между которыми размещен испытуемый образец и переходные детали, расположенные по обе стороны концевой части испытуемого образца и имеющие участок, выступающий за зону их контакта с опорными деталями в сторону рабочей части образца.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания образцов строительных материалов на совместное действие усилий растяжения, среза и изгиба, и позволяет испытывать образцы материалов при различных комбинациях нагружения их усилиями растяжения, среза и изгиба в совокупности с разрывной машиной.

Изобретение относится к области машиностроения и авиационно-космической отрасли промышленности и может быть использовано при проведении наземных испытаний оболочек типа тел вращения.

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к устройствам для определения упругих характеристик материалов при изгибе, и может быть использовано для определения зависимости модуля упругости конструкционных материалов как от температуры, так и от величины изгибающих напряжений.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для контроля жесткости балок, изготовленных из материала, обладающего физически нелинейными свойствами (в частности, железобетонных балок), и нагруженных равномерно распределенной нагрузкой.

Изобретение относится к технике испытаний протяженных объектов с переменной по длине жесткостью. Сущность: объект консольно закрепляют на силовой колонне и с помощью механического кривизномера измеряют кривизну отдельных его участков, средние сечения которых располагаются в заданных расчетных сечениях, при изгибе объекта под действием заданной нагрузки, приложенной к свободному его концу.

Изобретение относится к системе и способу измерения усталости для механических деталей летательного аппарата, например самолета, а также к способу технического обслуживания летательного аппарата.
Наверх