Способ определения усталостной прочности

Ссаа Сааатскиа Социалистичаскиа РвслтблиаЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 25 гХ 11.1962 ( 810096/25-8) Кл. 421 с, 45/ с присоединением заявкиМПК 6 01 орите Комитат оо аааааиаобратаиий и открыт ДК Опубликовано 19.111.1964, Бюллетеньпри Сосата Министра СССРата опубликования описания 1.1 Х.1967 Авто рь изобр.т анферов, И. С. Богатырев, Л. М. Ильин, Ю. А. Ш Л. П, Грунин, Е, Г. Беловол и А, Н, Рубштейнин,аявител СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТАЛОСТНОЙ ПР СТИ позволяетх, а такжеи вибрацио изображ которых Известен способ автоматического поддержания деформированного состояния образца на усталостную прочность при испытании на вибрационных стендах,Описываемый способ отличается от известного тем, что твердое тело (изделие) вводят в режим знакопеременного изгиба со статическими нагрузками или без них, близкий к резонансному, и поддерживают заданный уровень суммы двух разностей амплитуд прогибов в трех базовых точках тремя датчиками перемещения, а для твердых тел (изделий) с колебанием базового участка, близким к дуе окружности, поддерживают заданный уровень разности амплитуд в двух точках двумя датчиками перемещения, Сигналы, датчиков перемещения, пропорциональные амплитудам колебания базовых точек, попарно вычитают и складывают (для трех точек), их сумму (разность для двух точек) интегрируют за период колебания и усиливают, после чего в виде сигнала подаюг на привод вибратора следящей системы с записью величины деформации на самописце.Описываемый способ повысить точность при измерения увеличить срок службы изделия пр нных нагрузках,На фиг. 1 схематически ены два вида колебаний, амплитуды одинаковы в одной точке; на фиг, 2 и 3 - амплитуды колебаний в различных точках; на фиг. 4 - схема стенда для испытания образцов лонжеронов на выносливость при знакопеременном изгибе; на фиг. 5 - блок-схема следящей сп.стем ы.При различных опорных моментах (в начале и конце опыта) кривизна в среднем сечении первой балки меньше, чем у второй, и, 0 следовательно, напряженные состояния ихразличны.Пусть длинная балка с достаточно жесткимпоперечным сечением подвержена зпакопеременному изгибу, вызываемому силой с часто 1 ой, близкой к собственной частоте балки, истатическому растяжению нлн сжатию, так что кручением можно пренебречь. Тогда для поддержания заданного уровня деформированного состояния изгиба в процессе колеба- О нпя на определенном участке, где деформациидостигают максимального значения, достаточ.но поддерживать заданный уровень кривизны. Пусть на этом достаточно малом участкс, по сравнению с длиной балки, фиксируется 5 амплитуда колебаний прогиба й." на необходимой плоской линии в трех точках. Прогиб Ю, отсчитываемый от оси Х, согласно фиг. 2, на этой линии балки есть функция координаты Х и времени 1:0 В = 1(х,).(хд + й) = 2,Определим кривизну в данный момент времени на выбранном необходимого размера (малом) участке. Для этого разложим функциюК в ряд Х для фиксированного момента 1:Й = 1(хд - д) = Ь - (хд)Л+ Г(хд)д- -2-- Г(х, - ОД) Л:;6+ "(хд + 06) Р.6Предполагаем, что участок такого размераи формы собственных функций таковы, что ос.таточными членами, по сравнению с членами,содержащими кривизну, можно пренебречь сзаданной точностью.Тогда кривизна х= - " (х,) равна- " (хднф)Ь(Л - б) = (Уо - Рд) + - . (Й - Уд)Удобнее выбирать три точки в зоне максимальной кривизны при условии Л=б. Тогдакривизна х равнахЛ-= й - Ро) + Ь - Ь). (2) Если кривизна на данном участке такова, чтокривая прогиба совпада т с соприкасающейсяокружностью В точке Х, тогда кривизна х ==н- , где Р - радиус соприкасающеися окЯружности будет определяться лишь разностьюдвух точек, что следует из формулы (2), номожет быть показано независимо.Согласно фиг. 3, если известна разность, торадиус окружности определяется формулой д - Л)1 д - 1 д ,(3)(т. е. при достаточной большой базе Л, по сравнению с разностью амплитуд д - 1, кривизна прямо пропорциональна разности амплитуд.Заметим, что в этом случае у балки не может быть угловых перемещений, как у твердого тела. Если опа совершает такие колебания, то при изменении разности амплитуд в двух точках разность перемещений в результате углового перемещения балки, как твердого тела, должна быть учтена или исключена тем или иным способом, Таким образом, для поддержания уровня деформированного состояния балки на определенном ее участке, где достигаются максимальные деформации, по сравнению с деформациями в других ее участках, надо поддерживать заданный уровень суммы двух разностей по трем точкам, согласно уравнению (2), или поддерживать уровень разности в двух точках, согласно уравнению (3). Поддержание уровня дефор 5 10 15 20 ф)5 Зо 35 40 45 50 55 60 65 мированного состояния на определенном участке балки путем поддержания соответствующих разностей осуществляют с помощью следящей системы с тремя или двумя датчикамиперемещения - фотоэлементами, с автоматической записью - контролем кривизны.Описываемый способ поддержания стационарного деформированного состояния былприменен и проверен на стенде для испытанийобразцов лонжерона вертолетов,Образец лонжерона 1 растягивается осевойсилой посредством тросов 2, перекинутых через блоки 3 и 4. Натяжение тросов создаетсявинтом 5. Нагрузка контролируется динамомером 6. Система ооразца и тросов подвешена на стойках 7 и 8. Образец приводится в колебание механическим вибратором направленного действия 9, шестерни которого приводятся во вращение двигателем постоянного тока 10.Шторки 11 перекрывают лучи света от осветителя 12 к датчикам 1 д,Принцип работы состоит в следующем. Двафотоэлектрических датчика, содержащие всвоей схеме осветитель и фотоумножитель, установленные па заданном расстоянии по длине образца, при его колебании, выдают сигналы, одинаковые по фазе и пропорциональныеамплитудам колебаний базовых точек образца. 1-1 а специальном электронном устройствесигналы усиливаются ивычитаются один издругого. Далее снгпал разности проходит выпрямлепие и интегрирование. Полученнаяэ, д. с, подается на мост электронного автоматического потспциометра, который посредством исполнительного механизма поддерживает заданную тензометрированием разностьамплитуд колебаний образца.В целом следящая система (фиг. 5) состоигиз фотоэлектрических датчиков, блока усиления, сравнения и интегрирования разностисигнала, электронного потенциометра ЗПБ,имеющего регистрирующее устройство, и исполнительного механизма.Как сказано выше, фотоэлектрический дагчик состоит из осветителя и фотоумножителя,которые ра положены с двух сторон образца.Поток: света от осветителя попадает на полупрозрачную пластинку, располокенную наторцовой части тубуса - бленды фотоумножителя, Шторка из тонкого алюминия, приклеенная к образцу, при его колебании перекрывает поток света, вызывая на фотокатоде заряды, пропорциональные освещенности.Осветитель состоит из матовой лампочки,освещающей полупрозрачные стекла двух датчиков. Далее свет через объектив попадаетпа катод фотоумножителя.Фотоумножители собраны в укрепленныхпа стойках металлических корпусах, которыезащищают их от постороннего света и от воздействия вц магнитных полей.Блок усиления схемы собран на лампе6 Н 2 П. Сигналы от фотоумножитслей, одинаковые по фазе, подаются на сетки каждого триода лампы. Анодные нагрузки лампы создаются двумя одинаковыми обмотками транформатора, которые включены навстречу друг к другу. Вследствие этого переменные составляющие в анодных цепях лампы, пропорциональные сигналам фотоумножителей, оказываются сдвинутыми по фазе на 180. Так как сигналы по своим амплитудам различны, то во вторичной обмотке трансформатора возникает переменная э. д, с., пропорциональная разности двух сигналов; аналогично - с тремя сигналами: попарно вычитаются и складываются.Выпрямленный дюхполупериодной схемой сигнал интегрируется и фильтруется. Полоса пропускаемыдстот фильтра соответств ет основной частоте колебаний образца (40 в . - :50 ги).В результате на выходе из блока получается постоянная э. д. с величина которой пропорциональна сумме разности амплитуд колебаний трех базовых точек образца или разности амплитуд колебаний двух базовых точек.Блоком регистрации служит широко распрострапеш 1 ый электронный автоматический потенциометр типа ПСР, имеющий лппейну 1 о шкалу, отградупровгн в милливольтах, и двухкоптактное трехпозиционное регулирующее устройство. Кривизна прогибов лонжерона непрерывно записывается па бумажной ленте прибора, а отклонение этой величины за допустимые пределы приводит в действие иполнительный механизм, восстанавливающий заданные параметры испытаний лонжерона.Для увеличения точности работы следящей системы схема автоматического потснцпометра используется лишь в небольшом диапазоне рабочей амплитуды колебаний образца, Для использования потенциометра па всем диапазоне амплитуд в схему его моста вводится дополнительная э. д. с. подпора, по знаку противоположная э, д. с. разности. Геометрическая сумма этих э, д. с. подбирается таким образом, чтобы опа укладывалась в диапазон работы автоматического потенциометрд ПСР.Программа выхода балки на режим осуществляется вручную по показаниям тензодат чиков сопротивления, наклеенных на испытуемый обьект.Пр едм ет изобретения1. Способ определе п 1 я усталостной прочно сти, основанный на автоматическом поддержании деформации твердого тела 1 например, лопасти винта вертолета), от.1 амаюи 1 ийся те 11, что, с цель 1 о повышенпя точности п увеличения срока службы изделия на вибрационных 20 нагрузках, твердое тело (изделие) вводят врежим зпакопеременного изгиба со статическими нагрузками плп оез ппх, олпзкпй к резонансному, и поддержпва 1 от заданный уровень суммы двух разностей амплитуд прогп бов в трех базовых точках тремя датчикамиперемещения, а для твердых тел (изделий) с колебанием базового участка, близким к дуге окрухкностп, поддерживают заданный уровень разности амплитуд в двух точках двумя 30 датчиками перемещения.2, Способ по и. 1, от.гичшощийся тем, чтосигналы датчиков перемсщепя, пропорциональные амплитудам колебан;1 я базовых точек, попарно вычпта 1 от и складывают (для 35 трех то 1 ск), пх л мм 1 рдзпость для двух точск) пптегрпруот за период колебания и усп - лпвдют, после чего в ьпдс спгпдлг подают па грпвод впбратора следящей системы с заппс 1 но ве,п 1 чпны деформации па самописце.161563 Заказ 2901/6 Тираж 535 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по дслаги изобретений и открытий прп Совете Министров СССР Москва, Центр, пр, Серова, д. 4 пографпя, пр. Сапунова, д. 2 Составитель Н. М. Линддактор В. П, Липатов Техред Т. П, Курилко Корректоры: ф. Полиоиова . И, Быстрова