Способ и стенд для моделирования ударной нагрузки на объект испытаний



Способ и стенд для моделирования ударной нагрузки на объект испытаний
Способ и стенд для моделирования ударной нагрузки на объект испытаний
Способ и стенд для моделирования ударной нагрузки на объект испытаний

 


Владельцы патента RU 2611695:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для динамических испытаний объектов на воздействие ударных перегрузок. Стенд содержит узел формирования внешнего ударного воздействия, контейнер в виде полого поршня и стол, предназначенный для закрепления объекта испытаний, размещенный в контейнере с возможностью перемещения вдоль его продольной оси и связанный с контейнером посредством упругой связи. Упругая связь выполнена в виде набора упругих колец, расположенных последовательно и соосно с продольной осью контейнера, с возможностью деформации в радиальном направлении и контактирующих друг с другом по плоской поверхности, и вставки в виде жесткого кольца, вложенного в крайнее кольцо набора упругих колец. Технический результат заключается в обеспечении моделирования требуемых параметров ударного импульса (например, снижение параметров ударного импульса), преобразовании колебаний ударного импульса в знакоположительное одиночное ударное воздействие и уменьшении габаритов устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для динамических испытаний объектов на воздействие ударных перегрузок.

Известен стенд для динамических испытаний изделий на ударные нагрузки, содержащий узел формирования внешнего ударного воздействия, состоящий из ствола, камеры высокого давления, приспособления для предварительной деформации мембранного резонаторного устройства и упора, установленный в стволе контейнер в виде полого поршня, стол, связанный с поршнем посредством мембранного упругого устройства, служащий для закрепления изделия, разрушаемый элемент. Мембранное резонаторное устройство выполнено в виде нескольких последовательно расположенных мембран, имеющих разные собственные частоты и скрепленных с наружным контуром мембран масс в виде колец (а.с. №1663468, кл. G01M 7/00, опубл. 15.07.91, бюл. №26).

Такой стенд для динамических испытаний изделий на ударные нагрузки не позволяет проводить динамические испытания с моногармонической частотой вынужденных колебаний, так как резонансное устройство формирует полигармонические колебания изделия.

Наиболее близким по техническому существу к изобретению является ударный стенд для динамических испытаний, содержащий узел формирования внешнего ударного воздействия, состоящий из камеры высокого давления, соединенной с полостью ствола, установленный в стволе контейнер в виде полого поршня, стол, размещенный в контейнере и предназначенный для закрепления объекта испытаний, связанный с контейнером посредством упругого устройства, выполненного в виде упругой мембраны, жестко прикрепленной по внешнему контуру к поверхности контейнера, тормозное устройство. Упругое устройство снабжено дополнительной упругой мембраной, размещенной между столом и мембраной, и упругой связью, соединяющей мембраны и расположенной вдоль продольной оси ствола, при этом дополнительная мембрана по внешнему контуру жестко соединена со столом и выполнена с возможностью перемещения вдоль продольной оси ствола (патент №2438110, МПК 5G01M 7/08, опубл. 27.12.2011, бюл. №36).

Это изобретение имеет следующие недостатки:

- на объекте испытаний реализуется ударное ускорение с амплитудой, в два раза превышающей внешний ударный импульс за счет наложения квазистатической внешней нагрузки и колебательной составляющей ударного ускорения, реализуемой в процессе работы упругого устройства;

- при интенсивных нагрузках на объекте испытаний (200-300 т), характеризующихся колебательной зависимостью ударного импульса от времени, возникает сигнал помехи, амплитуда которого может превышать уровень полезного сигнала. В данном случае необходимо снизить уровень ударного импульса на объекте испытаний (снижение до 50%);

- кроме того, увеличивается материалоемкость стенда, так как передача таких усилий требует значительных габаритов мембраны, контейнера и ствола, соответственно, их массы.

Известен способ нагружения объекта испытаний двумя последовательными импульсами сжатия, заключающийся в моделировании ударного воздействия на объект испытаний за счет взаимодействия его с ударником, содержащим две пластины, расположенные по оси его действия. При этом ударник выполняют из двух вложенных один в другой стаканов, ориентированных в направлении испытываемого объекта испытаний доньями, выполняющими функцию нагружающих пластин, метание ударника производят из ствольной баллистической установки, после чего выполняют перемещение внутреннего стакана относительно наружного под действием набегающего потока воздуха и осуществляют с заданным временным интервалом нагружение объекта испытаний доньями стаканов (патент №2470276, МПК 5G01M 7/08, опубл. 20.12.2012, бюл. №35).

К недостатку данного способа следует отнести невозможность реализации преобразования колебаний нагружающего ударного импульса в знакоположительное одиночное ударное воздействие на объекте испытаний и непосредственное ударное нагружение объекта испытаний ударником.

Задача заявляемого изобретения: расширение эксплуатационных возможностей объекта за счет моделирования требуемого уровня основной нагрузки на нем (например, снижение амплитуды ударного ускорения основной нагрузки) и, как следствие, снижение уровня максимально допустимых нагрузок на объекте, а также уменьшение материалоемкости средств испытаний объекта.

Технический результат: обеспечение требуемого уровня параметров (амплитуда и длительность ударного ускорения) ударного импульса (например, снижение амплитуды ударного ускорения), преобразование колебаний ударного импульса в знакоположительное одиночное ударное воздействие и уменьшение габаритов стенда.

Технический результат достигается тем, что в стенде для моделирования ударной нагрузки на объект испытаний, содержащий узел формирования внешнего ударного воздействия, контейнер в виде полого поршня и стол, предназначенный для закрепления объекта испытаний, размещенный в контейнере с возможностью перемещения вдоль его продольной оси и связанный с контейнером посредством упругой связи, упругая связь выполнена в виде набора упругих колец, расположенных последовательно и соосно с продольной осью контейнера, с возможностью деформации в радиальном направлении и контактирующих друг с другом по плоской поверхности, и вставки в виде жесткого кольца, вложенного в крайнее кольцо набора упругих колец.

Технический результат достигается также за счет применения способа моделирования ударной нагрузки на объект испытаний, характеризующийся тем, что выбирают жесткостные характеристики упругих колец, располагают упругие кольца в контейнере последовательно и соосно с продольной осью контейнера с возможностью деформации в радиальном направлении и с обеспечением их контакта друг с другом по плоской поверхности, вкладывают вставку в виде жесткого кольца в крайнее кольцо набора упругих колец, стол с закрепленным на нем объектом испытаний устанавливают соосно на упругую связь, состоящую из набора упругих колец и вставки, на контейнер осуществляют внешнее ударное воздействие, объект испытаний и стол перемещают с меньшей скоростью, чем контейнер до полной деформации каждого последующего упругого кольца.

Преобразование внешнего ударного воздействия за счет упругой связи позволяет обеспечивать требуемые уровни ударного импульса, реализуемые на объекте испытаний, не меняя конструкцию узла формирования внешнего ударного воздействия. Снижение амплитуды ударного ускорения на объекте испытаний с применением упругой связи дает возможность уменьшить габариты и массу стола для закрепления объекта испытаний.

Реализация способа моделирования ударной нагрузки на объект испытаний осуществляется в стенде моделирования ударной нагрузки на объект испытаний.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен стенд моделирования ударной нагрузки на объект испытаний, который содержит узел формирования внешнего ударного воздействия 1, контейнер 2 в виде полого поршня, размещенный внутри него стол 3 для закрепления объекта испытаний 4, связанный с контейнером 2 посредством упругой связи 5. Упругая связь 5 выполнена в виде набора упругих колец, расположенных последовательно и соосно с продольной осью контейнера 2, с возможностью деформации в радиальном направлении, и контактирующих друг с другом по плоской поверхности, и вставки 6 в виде жесткого кольца, вложенного в крайнее кольцо набора упругих колец. Стол 3 с объектом испытаний 4 имеет возможность перемещения в осевом направлении;

на фиг. 2 показаны типовые зависимости от времени ударного импульса внешнего воздействия и реализуемые в местах крепления объекта испытаний в относительных координатах;

на фиг. 3 изображены элементы упругой связи в виде набора колец 5 массой МУС, имеющих площадь поперечного сечения SК, выполненных из материала с пределом прочности на растяжение (сжатие) [σТ] и расположенных последовательно и соосно с продольной осью контейнера, с возможностью деформации в радиальном направлении и контактирующих друг с другом по плоской поверхности, и вставки 6 в виде жесткого кольца, вложенного в крайнее кольцо набора упругих колец.

Изобретение осуществляются следующим образом.

Перед проведением испытаний для заданных массы MO объекта испытаний 3 и требуемых параметров ударного ускорения (амплитуда Аmах и длительность действия каждого импульса τ) объекта испытаний 4 выбираются параметры узла формирования внешнего ударного воздействия и упругих колец (жесткостные характеристики). В результате работы узла формирования внешнего ударного воздействия 1, например, в виде камеры высокого давления с источником газов высокого давления, стенда моделирования ударной нагрузки на объект испытаний 4, контейнер 2 как жесткое тело получает колебательное ударное ускорение с заданными параметрами. Параметры упругой связи 5, выполненной в виде набора колец и вставки 6, выбираются такими, что на объект испытаний 4 и стол 3 действуют меньшие перегрузки, чем на контейнер 2, в результате чего объект испытаний 4 и стол 3 двигаются с меньшей скоростью, чем контейнер 2 до полной деформации каждого последующего кольца набора упругих колец. Далее относительная (относительно контейнера) скорость объекта испытаний 4 и стола 3 гасится последовательно за счет деформации каждого последующего кольца набора колец вследствие взаимодействия со вставкой 6. При этом ударное ускорение объекта испытаний 4 и стола 3 уменьшается до величины, в n раз меньшей, чем ударное ускорение контейнера 2. Причем эта величина регулируется параметрами упругих колец 5 (жесткостными характеристиками), вставки 6 и глубиной вложения вставки 6 в крайнее кольцо набора упругих колец 5. Длительность действия одиночного ударного воздействия определяется количеством и жесткостью упругих колец 5.

За счет последовательного упругопластического деформирования упругой связи 5 обеспечивается преобразование колебательного ударного внешнего импульса в знакоположительное одиночное ударное воздействие на объект испытаний 4.

Параметры знакоположительного одиночного ударного воздействия определяются жесткостью набора упругих колец, вставки 6 и глубиной вложения вставки 6 в крайнее кольцо набора упругих колец 5 и силовой характеристикой упругой связи, подбирая которую можно регулировать начальную относительную (относительно контейнера) скорость объекта испытаний со столом и, соответственно, регулировать величину начальной деформации колец.

Например, для снижения ударной нагрузки (множественный удар, многоимпульсное воздействие), характеризующейся колебательной зависимостью ускорения от времени с амплитудой Аmах и длительностью действия каждого импульса τ, как показано на фиг. 2, на объекте испытаний массой МO, закрепленном внутри контейнера массой МК в виде полого поршня, на столе массой МС, размещенном в контейнере с возможность перемещения вдоль его продольной оси и предназначенном для закрепления объекта испытаний, связанного с контейнером посредством упругой связи, выполненной в виде набора упругих колец, имеющих массу МУС, площадь поперечного сечения SК (см. фиг. 3) и выполненных из материала с пределом прочности на растяжение (сжатие) [σТ], расположенных последовательно и соосно с продольной осью контейнера, с возможностью деформации в радиальном направлении и контактирующих друг с другом по плоской поверхности, и вставки в виде жесткого кольца массой МВ, вложенного в крайнее кольцо набора упругих колец, параметры силовой характеристики упругой связи определяются соотношением:

Число упругих колец N в составе упругой связи прямо пропорционально количеству ударных импульсов внешнего воздействия, амплитуду которых необходимо снизить на объекте испытаний.

Параметры основной нагрузки Аmах и τ определяются уровнем ударного ускорения, реализуемым в местах крепления упругой связи к объекту испытаний, которое может воспроизводиться с достаточно высокой точностью (5%).

Одним из возможных вариантов конструктивного исполнения упругой связи, выполненной в виде набора упругих колец и вставки, является исполнение всех колец в форме полых усеченных конусов (см. фиг. 3), расположенных последовательно и соосно с продольной осью контейнера, с возможностью деформации в радиальном направлении и контактирующих друг с другом по плоской поверхности, и вставки в виде жесткого кольца, вложенного в крайнее кольцо набора упругих колец. Коническая форма боковой поверхности упругих колец, деформирующихся в радиальном направлении, и вставки проста и технологична в изготовлении, а также обеспечивает плотный контакт колец и вставки при их взаимодействии. Упругая связь в виде набора полых усеченных конусов, контактирующих друг с другом по плоской поверхности, позволяет реализовать последовательное деформирование упругих колец при взаимодействии со вставкой и плавное безударное воздействие на стол с объектом испытаний при передаче внешнего нагружающего импульса от контейнера к столу.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет обеспечить моделирование требуемых параметров ударного импульса (амплитуда и длительность ударного ускорения) на объекте испытаний, преобразование колебаний ударного импульса в знакоположительное одиночное ударное воздействие, т.е. позволяет расширить эксплуатационные возможности объекта, что достигается в результате снижения уровня реализуемой на нем нагрузки (амплитуды ударного ускорения), кроме того, позволяет уменьшить материалоемкость стенда за счет применения уменьшенной массы стола для закрепления объекта испытаний.

1. Стенд для моделирования ударной нагрузки на объект испытаний, содержащий узел формирования внешнего ударного воздействия, контейнер в виде полого поршня и стол, предназначенный для закрепления объекта испытаний, размещенный в контейнере с возможностью перемещения вдоль его продольной оси и связанный с контейнером посредством упругой связи, отличающийся тем, что упругая связь выполнена в виде набора упругих колец, расположенных последовательно и соосно с продольной осью контейнера, с возможностью деформации в радиальном направлении, и контактирующих друг с другом по плоской поверхности, и вставки в виде жесткого кольца, вложенного в крайнее кольцо набора упругих колец.

2. Стенд для моделирования ударной нагрузки на объект испытаний по п. 1, отличающийся тем, что все кольца выполнены в виде усеченного конуса.

3. Способ моделирования ударной нагрузки на объект испытаний, характеризующийся тем, что выбирают жесткостные характеристики упругих колец, располагают упругие кольца в контейнере последовательно и соосно с продольной осью контейнера с возможностью деформации в радиальном направлении и с обеспечением их контакта друг с другом по плоской поверхности, вкладывают вставку в виде жесткого кольца в крайнее кольцо набора упругих колец, стол с закрепленным на нем объектом испытаний устанавливают соосно на упругую связь, состоящую из набора упругих колец и вставки, на контейнер осуществляют внешнее ударное воздействие, объект испытаний и стол перемещают с меньшей скоростью, чем контейнер, до полной деформации каждого последующего упругого кольца.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к методам испытаний пролетных строений, и может быть использовано при испытании автодорожных и городских мостов.

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано для виброакустических испытаний различных систем, имеющих упругие связи с корпусными деталями объекта.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности оборудованию для испытаний приборов на вибрационные и ударные воздействия. Стенд содержит основание, на котором закреплена жесткая переборка с датчиком уровня вибрации, на которую устанавливают два одинаковых исследуемых объекта на различных системах их виброизоляции, и проводят измерения их амплитудно-частотных характеристик.

Вибровозбудитель колебаний механических конструкций состоит из корпуса, силового привода, упругих шарниров, штока, соединенного с упругой тягой. При этом шток силового привода соединен упругой тягой с подвижной платформой со сменным грузом, которая установлена на упругом шарнире, состоящем из двух пересекающихся под углом 90° упругих пластин, соединяющих подвижную платформу с корпусом.

Заявленные изобретения относятся к контрольно-измерительной технике, а именно к автоматическим средствам непрерывного мониторинга состояния конструкции стартового сооружения в процессе его эксплуатации.

Заявленное изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при экспериментальной обработке изделий в лабораторных условиях. Сущность способа заключается в воспроизведении виброударных процессов на электрически управляемых вибростендах, характеризующихся формированием управляющего сигнала в виде временного отрезка импульсной переходной функции, получаемого путем управления начальной фазой и длительностью, причем указанное управление по сути представляет стробирование указанного управляющего сигнала, кроме того формирование указанного управляющего сигнала осуществляют с регулировкой уровня постоянной составляющей задаваемого сигнала.

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для прогнозирования параметров качества обрабатываемой поверхности. Способ включает формирование полигармонического возбуждающего воздействия на входе металлообрабатывающего станка путем взаимодействия инструмента станка в виде шлифовального круга или дисковой фрезы с поверхностью заготовки в виде пластины с пазами прямоугольного профиля в процессе ее обработки с заданными параметрами.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям объектов путем воздействия на них внешним гидростатическим давлением. Способ включает размещение объекта испытаний (ОИ) на опоре, герметичное закрепление на ОИ камеры в виде трубы, заполнение камеры рабочей жидкостью большой вязкости, создание испытательной нагрузки на поверхность ОИ при помощи груза, падающего на плунжер, размещенный в камере над рабочей жидкостью.

Изобретение относится к области испытательного оборудования, предназначенного для испытаний на работоспособность СИ и ВУ при задействовании их импульсами тока различной формы и амплитуды в момент действия ударных нагрузок.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при испытании конструкций и отдельных элементов зданий и сооружений, работающих на изгиб с кручением при статическом и кратковременном динамическом воздействии с определением точной деформационной модели конструкции, например балок или плит.

Изобретение относится к метрологии, в частности, к методам контроля пошипников ГТД. Способ предполагает использование спектроанализатора для контроля сигнала с выхода микрофона. Определение технического состояния подшипниковых опор производят путем анализа полученного спектра частот в интервале от 4 до 30 кГц, диагностику работающего двигателя производят в течение отрезка времени не менее 1 минуты, дополнительно определяют значения частот, соответствующих аппаратному шуму, связанному с процессами измерения и нелинейными колебательными процессами, происходящими на корпусе двигателя, и выявляют наличие диагностических частот, отклоняющихся не менее чем на 5% от частот, соответствующих аппаратному шуму. При этом выявляют диагностические частоты с одинаковыми интервалами между ними. При наличии не менее 10 диагностических частот останавливают эксплуатацию двигателя для последующего ремонта. Технический результат – повышение точности диагностики отказов подшиников. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу определения эффективности взрывозащиты. Способ заключается в том, что используют систему мониторинга с обработкой полученной информации об опасной зоне в испытательном боксе, где устанавливают макет взрывоопасного объекта. По внутреннему и внешнему периметрам макета устанавливают видеокамеры для видеонаблюдения за процессом развития чрезвычайной ситуации. Регистрируют посредством системы анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта, а в потолочной части макета выполняют проем. Между взрывным осколочным элементом и проемом устанавливают трехкоординатный датчик давления во взрывозащитном исполнении. По обе стороны от датчика давления располагают датчики температуры и влажности. Внутренние и внешние поверхности ограждений макета обклеивают тензодатчиками. Формируют информационную базу данных о развитии чрезвычайной ситуации и составляют математическую модель, прогнозирующую предотвращение чрезвычайной ситуации при аварии. Достигается повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания разрывных элементов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх