Способ оценки усталостной поврежденности конструкции в условиях случайного нагружения

СОК)3 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСтИНЕСКИХРЕСПУБЛИК 96983 А 1 п 9) 1)5 ИЗОБРЕ НИЯ ОПИСА У СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОР ию еще можно рев режденность.заявленному являя усталостной по- ором конструкциюквивалентной слуой нагрузкой с по- частотой и по ее характеристике суяется инято рото- ность ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(22) 06.08.90 (46) 23.02,93, Бюл. М 7 (72) З.Г.Алпаидзе, О.И,Казаев и Г.В,Сулаквелидзе (56) Гусев А.С. Сопротивление усталости и живучесть конструкций при случайных нагрузках. - М.: Машиностроение, 1989,с. 166-202, (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ УСТАЛОСТНОЙ ПОВРЕЖДЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ В УСЛОВИЯХ СЛУЧАЙНОГО НАГРУЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к механическим испытаниям, к способам. оценки усталостной поврежденности конструкции в усло. виях случайного нагружения. Цель изобретения - повышение точности при оценке поврежденности конструкции сосудов давления из композиционного материала за счет устранения погрешностей, связанных с Изобретение относится к области механических испытаний, к способам оценки усталостной поврежденности конструкции в условиях случайного нагружения. Известны способы оценки усталостной поврвкдениости, в которых конструкцию или ее модель нагружает эксплуатационной нагрузкой и судят о поврежденности по развитию трещины,Недостатком таких способов является, с одной стороны - их трудоемкость; сложность реализации, связанные с необходимостью воспроизведения случайного спектра нагружения, а с другой - невозможность . определения поврежденности на ранних нелинейным характером накопления повреждений, Конструкцию, нагружаемую в условиях эксплуатации случайной циклической нагрузкой, или ее модель нагружают детерминированной циклической нагрузкой с эквивалентным повреждающим действием.Перед определением остаточной прочности конструкцию нагружают дополнительной циклической нагрузкой, создающей такой же,вид нап ряженно-деформированного состояния, что и.циклическая основная нагрузка, но с симметричными циклами и монотонно возрастающей амплитудой. Увеличение амп: литуды осуществляют до отйосительного уменьшения жесткости оболочки, равного от-. носительному уменьшению жесткости конструкции при эксплуатационной случайной, " нагрузке, Определение остаточной жесткости осуществляют путем нагружения сосуда (у внутренн.им давлением, 2 ил. стадиях,.когда конструкцмонтировать, снижая поНаиболее близким кется способ определени. врежденности, при котили модель нагружают зчайной детерминированнстоянной амплитудой иостаточной прочностной дят о поврежденности конструкции ичайном нагружении.Данное техническое решение янаиболее близким к заявленному и ив качестве прототипа. Недостаткомтипа является его недостаточная топри определении поврежденности сосу- повреждений, поэтому при ином нагружедов давления из композиционных матери- нии необоснованным будет и судить по одиалов, поскольку таким конструкциям наковости изменений жесткостей об свойственно нелинейное накопление уста- одинаковости повреждений. Действительлостныхповреждений,чтозатрудняетапри но, изменить жесткость модели можно и Орное задание эквивалентного случайному иным способом, например, нагрузив ободетерминированногопроцессанагружения, лочку внешним динамическим обжимаюЦелью заявленного способа .является щим давлением, меньшим по уровню повышение точйбсти при оценке повреж- разрушающего. При этом, подобрав параденности сосудов давления из компози-. "0 метры импульса обжимающего давления, ционного матерйала за счет устранения можно добиться такого же относительного погрешностей, связанных с нелинейным ха- снижения жесткости модели, что и у констрактером накопления повреждений. рукции; однако поврежденность моделиНа фиг 1 показан закон нагружения будет носить иной характер, чем поврежциклической основной и дополнительной 15 денность конструкции (сосуда давления), . нагрузками; на фиг. 2. - характерный закон поэтому по характеристике остаточной изменения жесткости. прочности модели нельзя судить об остаУстройство для реализации способа точной прочности сосуда давления, Заявипредставляетсобойиспытательнуюмашину телем были проведены описанные ойыты, для циклическогонагружения сосуда давле подтвердившие исключительное свойство .ния, снабженную средствами контроля ее нагрузки с симметричным циклом (в том чисжесткости и средствами нагружения сосуда ле - с возрастающей амплитудой) сохранять внутренним давлением;: .,- характер усталостной поврежденности, по-.Способ реализуется следующим обра- казателем которой для сосуда давления, эом. Конструкцию в виде сосуда давления 25 принято разрушающее давление, изменяя из композиционного материала нагружают . лишь уровень поврежденности.эксплуатационной случайной нагрузкой, Для обоснования работоспособности контролируя относительное изменение ее способа был проведен следующий эксперижесткости. Модель конструкции нагружают мент. Партия из 15 цилиндрических образ- циклически детерминированной нагрузкой, 30 цов-оболочек диаметром 24 мм из параметры которой определяют известным стеклопластика ППН+ЭДТподвергалась методом так, что повреждающее действие осевому случайному нагружению, при эквидетерминированной нагрузки эквивалейтно валентном уройне напряжения, равном 1,1 повреждающему действию случайной экс- предела выносливости на базе 1 млн.цикплуатационной нагрузки, Перед определе лов, Предварительно на такой же партии нием остаточной прочйости модели, ее былиполученысредниезначенияжесткости нагружают.циклической нагрузкой с сим-. и разрушающего внутреннего давления. Экметричнымициклами(вид нагрузки - круче-: вивалентная частота нагружения составила ние, изгиб ит.птакой же. как и основной 5 Гц, По 5 образцов были разрушены с концйклической, йагрузки), при монотонном 40 тролем жесткости при временах наработки увеличении амплитуды,.до момента, когда 4,5 ч, 4;8.ч и 5 ч, Изменения жесткостей отйосительное изменениежесткости моде- составили величины 6, 90 и 12, соотли (относительноев начальногонеповреж- . ветственно, а изменение разрушающего денного, состояния): станет равным внутреннего давлейия - 4, 6 и 100 ь. Вторая относительному изменениЮ жесткости со партия нагружалась детерминированной суда. Нагружают модель внггренним"давле- нагрузкой частотой 5 Гц и амплитудой пульнием й по:разрушающемудавлению судят о сирующих циклов 1,1 предела выносливоповрежденйостй: конструкцииБ заявлен- сти, измейения разрушающих давлений при ном способе используется обнаруженное такихжевременах наработкисоставили веэкспериментальное свойство циклической 50 личины соответственно 3, 4 и ба. Третья нагруэкиссимметричнымцикломсоздавать партия нагружалась так же, как вторая, но. : дополнительную.поврежденностьа цикли- перед разрушением оболочек внутреннимчески нагружеййойконструкции таким об- давлением их йагружали симметричйыми разом; что сохраняется свойство принятой циклами с возрастающейамплитудой до изхзрактеристики остаточной прочности сосу иенения жеоткосгей на 6,9 и 12 Д соответстда давления служйть: показателем усталост- венно, .РазрушаЮЩие давления образцов ной поврежденности; Обращаем внимание третьей партии были меньше начального . экспертизы.на неочевидй 6 стьданногосвой- разрушающего давления навеличины соот-.ства, поскольку иное нагружение-повреж- . ветственно".4:,5; 6,5, 1.1 ф.Таким образом,из денной конструкций изменяет. характер йриведенного.примера видно, что макси17969835мальная погрешность в определении харак- как у прототипа ма с р.т типа максимальная погрешность(9-6)/9 = 33 ф, т.е. заявленный способ сутеристики поврежден ности составила вели- (9-6)/9 = ф, т.е. зачину порядка (12-11)/12 = 8 в то время, щественно уменьшает погрешность,Формула изо ретенияб ет е н и я грешностей, связанных с нелинейным хаСпособ оценки усталостной поврежден- рактером накопления повреждений, опреение жесткости до началания мо ели с поонструкции в условйях случайногоделяют изменение наг жения, заключающийся в том что кон- нагруЖения; после нагруже дк и - .:" т ами икла и передопструкци к ию нагружают эксплуатационной на- стоянными параме р ц рчной и очностйой грузкои, м одель конструкции нагружаютределением ее остато р ищн и ", ск ю наг зк с симтерминированной нагрузкой с характеристики к модели при д д постоянными параметрами цикла, поврежда- . полйительйую циклическу ру уми иклами и монотонным ющее действие которой эквивалентно по- метричными цик вреждающему действию эксплуатационной . увеличением амплитуды до достижения иэнаг зки конструкции; и определяют оста- . менения жесткости модели по сравнению с точную прочностйую. характеристику моде- ее жесткостью до - ру: ли, по которои судят о иповрежденности чиной. равной соответствующему измене- конструкции,отличающиис ни й с я тем, что, нию жесткости конструкции, а. остаточнуюовышения точности при оценке прочностную характеристику модели опреповрежденностй сосудовдавления иэ ком- деляют путем нагружения еед р рушпозитного материала за счет устранения по- внутрейнимдавлением,6