Способ испытания кольцевых образцов при повторных нагрузках

"(54) СПОСОБ ИС ОБРАЗЦОВ НА П НЫХ НАГРУЗКАХ (57) Изобретение ханических испы материалов в усло Цель изобретения сти результатов п делирования и им нагружения коль ных аппаратов. П вают два одина Торцы основных ный ин- нститут относится к способам метаний конструкционных виях, близких к реальным, - повышениедостоверноутем геометрического моитации реальных условий цевых элементов подводредварительно изготавликовых основных кольца. олец склеивают или осу.А.Сазоледоваального облемы 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОУУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21) 4777804/28 (22) 04,01 90 (46) 07.06,92. Бюл, В 21 (71) Николаевский кораблестроител ститут им. адм. С.О.Макарова и проблем прочности АН УССР (72) И,И.Дьячков, В.Е.Марченко и.И нов (53) 620.174 (088.8) (56) Полешко А.П., Солуянов В.Г, Ис ние прочности стекла методом рад сжатия кольцевых образцов. - П прочности, 1979. В 11, с. 78 - 81,ЫТАНИЯ КОЛЬЦЕВЫВ ОЧНОСТЬ ПРИ ПОВТОР1739258 3 10 ществляют между ними контакт через промежуточное кольцо или через два металлических кольца-обрамления, каждое из которых с помощью клея жестко соединяют с торцом соответствующего основного кольца. Свободные. торцы полученного соединения герметизируют при помощи прокладки 8, опорного кольца 9, крышек 10 и 11, Серию изготовленных образцов с узлами соединений испытывают. различным внешним поИзобретение относится к области механических испытаний конструкционных, преимущественно неметзллических материалов в условиях близких к реальным условиям эксплуатации.Известен способ испытания на сжатие образцов из хрупких неметаллических материалов типа неорганического стекла, ситалла или керамики, включающий приложение к торцам цилиндрического образца сжимающей нагрузки и регистрацию параметров испытаний. Тзк как к образцу прикладывают только осевую нагрузку, укаэанный способ не может быть использован для корректного моделирования условий работы материала, используемого в качестве конструкционного для корпусов гидрофизических приборов (элементов плавучести), Описанный способ предназначен для определения предельных значений характеристик прочности исследуемого материала, но не конструктивного элемента подводного аппарата в условиях близких к реальным условиям эксплуатации, в частности не учитывается приложение равномерно распределенного давления по всей наружной поверхности образца, изменение величины давления в процессе нагружения.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ испытания кольцевых образцов на прочность при повторных нагрузках, включающий операции приложения к наружной боковой поверхности образца, изготовленного из хрупкого неметаллического материала, нз грузки, направленной по радиусу к его оси.8 укаэанном способе образец устанавливают между опорами пресса так, что плоско- сти опор оказываются параллельными между собой и касательными к наружйой цилиндрической поверхности образца, Затем нагружают образец сжимающими усилиями до его разрушения. По результатам вторным статическим монотонно изменяющимся гидростатическим давлением с различными в зависимости от толщины и диаметра основных колец скоростями нагружения. По результатам испытаний прочности кольцевых образцов устанавливают оптимальные геометрические параметры узла соединения при заданной скорости повторного нагружения, 4 з.п. ф-лы, 3 ил. регистрации параметров его деформаций судят о прочности исследуемого материала. Конструкции, используемые при освоении Мирового океана, как правило, подвергаются в процессе эксплуатации равномерно распределенному по наружной поверхности монотонно изменяющемуся гидростатическому давлению. Описанный способ не позволяет корректно моделировать процесс нагружения реальной оболочечной конструкции, например узла соединения прочного корпуса подводного аппарата, поскольку образец нагружают усилиями расположенными лишь в одной диаметральной плоскосТи перпендикулярной оси образца,Цель изобретения - повышение достоверности результатов путем геометрического моделирования и имитации реальных условий нагружения кольцевых элементов подводных аппаратов.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу испытания кольцевых об 25 разцов на прочность при повторных нагрузках, включающему операции приложения к наружной боковой поверхности образца, изготовленного из хрупкого неметаллического материала, нагрузки, регистрации па раметров его деформации, кольцевыеобразцы изготавливают из двух частей, соединенных торцами через промежуточный элемент, свободные торцы выполняют в виде конических поверхностей с вершинами 35 на оси колец, герметизируют их крышкамис ответными коническими поверхностями, соосно устанавливают и нагружают в осевом направлении, а нагрузку к наружной боковой поверхности образцов приклады вают повторно статически монотонно изменяющимся гидростатическим давлением с различными скоростями, с учетом которых и судят о прочности кольцевых образцов, При этом промежуточным элементом (элементами) склеивают части кольцевых элементов или осуществляют между ними контакт,С целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметрами и/В 0,05, где й и В - соответственно толщина и радиус элемента, нагруженив осуществляют со скоростью 0,01 ч 0,09 МПа/с.С целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметром 0,1 и/В 0,15, нагружение осуществляют со скоростью 008 ч 0,20 МПа/с.С целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметром ЬIВ0,15, нагружение осуществляют со скоростью 0,16 ч 0,30 МПа/с.На фиг.1 показан схематично корпус гидрофизического прибора; на фиг.2 - конструкция кольцевого образца-модели: а - узел неразъемного клеевого соединения элементов корпуса гидрофизического прибора; б - узел разъема элементов корпуса гидрофизического прибора; на фиг.З - схема установки, реализующей предлагаемый способ.Кольцевой образец (фиг. 2 а) содержит два.одинаковых кольца 1 и 2. изготовленных из хрупкого неметаллического материала - стекла марки 13 в. Между торцами колец 1 и 2 имеется клеевой шов 3, выполненный составом "СпрутМ". Указанный образец является моделью узла неразъемного клеевого соединения элементов корпуса гидрофизического прибора (фиг,1, узел А).При закреплении торцовых зон колец 1 и 2 (фиг, 2 б) в металлических кольцах-обрамлениях 4, описанный образец используют в качестве модели узла разъема элементов корпуса прибора(фи г 1, узел Б),Установка, реализующая предлагаемый способ (фиг.З), содержит камеру 5 высокого. давления, соединенную посредством коммуникаций с механизмом генерации гидро- статического давления и регистрирующими приборами МЭД, КСД.В камере 5 имеется подставка 6, предназначенная для размещения. на ней образца 7. На свободных торцах образца 7 установлены через промежуточные элементы - прокладку 8 и опорное кольцо 9- крышки 10 и 11. При этом сопрягаемые поверхности торцовых зон образца 7, прокладки 8, опорного кольца 9 и крышек 10 и 11 выполнены коническими. Вершины конусов расположены во внутренней полости образца 7, лежит на его оси и направлены внутрь образца 7. Оптимальное значение узла а при вершине конусов составляет135 - 140, В примере а= 1400Установка снабжена устройством 12 регулируемой жесткости - упругим элемен 5 том, предназначенным для размещения вкамере 5 серии образцов 7, состоящей, например, из пяти образцов.Испытанию подвергали серию образцов (фиг. 2 а), содержащих по два одинако 10 вых кольца 1 и 2 с отношением и/В " 0,05,Геометрические размеры образцов серииследующие: наружный диаметр образца 0200 мм, толщина стенки колец 1 и 2 и - 5,0мм, высота колец 1 и 2(6-8)п,7 Ь -36 мм. Для15 образцов серии исходную толщину клеевогошва 3 выбирали различной, при этом дляпервого образца д=0,12 мм.для второго д=0,08 мм, третьего д = 0,05 мм, четвертого д =0,04 мм, пятого д " 0,03 мм.20 Способ реализуется следующим образом,В камере 5 размещают пять образцов 7(фиг.З). Образцы 7 подвергают испытаниюповторными нагрузками, моделируя воз 25 можные реальные условия эксплуатацииподводного аппарата. При этом в камере 5монотонно со скоростью 0,07 МПа/с повышали давление до 30 МПа, а затем с такойже скоростью снижали до атмосферного, В30 процессе испытаний регистрировали количество циклов нагружения, уровень давления при разрушении одного из образцовсерйи. Аналогично проводили испытаниясерий толстостенных и средней толщины35 образцов с соединениями. По результатамиспытаний путем геометрического модели. рования устанавливали оптимальную толщину стенки оболочки Ь и толщину клеевогошва д для указанных. условий нагружения40 (фиг. 2 а),Испытанию подвергали серию кольцевых образцов(фиг. 2 б), содержащих два одинаковых кольца 1 и 2 средней толщины (Ь/В= 0,12) из стекла марки МКР. Торцовые45 зоны колец 1 и 2 закреплены при помощиклея "СпрутМ" в кольцах-обрамлениях 4,изготовленных из титанового сплава ВТ 16 исопряжены между собой опорными плоскими поверхностями, Образцы имели следую 50 щие геометрические размеры (фиг. 2 б):наружный диаметр 0 200 мм, толщинастенки колец 1 и 2 Ь - 12,0 мм, высота колец1 и 2 (7-9)й, 7 Ъ = 84 мм, вйсота колец-обрамлений 4 т 1 -0,7, Ь -8.5 мм. Исходную толщи 55 ну 1 основания кольца-обрамления 4 длякаждого образца серии задавали различную: 1 равно 6 мм для первого, 4 мм длявторого, 3 мм для третьего, 2 мм для четвертого, 1 мм для пятого колец.По результатам испытаний устанавливали при заданной толщине стенки образца и оптимальную толщину оснований колец- обрамлений 4 (фиг, 2 б),По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет повысить достоверность моделирования при испытаниях условий близких к реальным условиям эксплуатации кольцевых элементов подводных аппаратов в условиях высокого давления путем геометрического моделирования за счет испытаний зон оболочечных конструкций, ответственных за разрушение.Формула изобретения 1. Способ испытания кольцевых образцов на.прочность при повторных нагрузках, заключающийся в том, что нагрузку прикладывают к наружной боковой поверхности образца,. регистрируют параметры его деформации, по которым судят о прочности образца, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности путем геометрического моделирования и имитации реальных условий нагружения кольцевых элементов подводных аппаратов, кольцевые образцы изготавливают из двух частей, соединенных торцами через промежуточный элемент, свободные торцы выполняют в виде конических поверхностей с вершинами на оси колец, герметизируют их крышками с ответными коническими поверхностями, соосно устанавливают и нагружают в осевом направлении, а нагрузкук наружной боковой поверхности образцовприкладывают повторно статически монотонно изменяющимся гидростатическим5 давлением с различными скоростями, с учетом которых судят о прочности образцов.2, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что промежуточным элементом склеивают части кольцевых элементов или осуще 10 ствляют между ними контакт.3. Способпопп,1 и 2,отличающийс я тем, что, с целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметром ЮЯ0,05,15 где и и Я-соответственно толщина и радиусэлемента, нагружение осуществляют со скоростью у0,01 ч 0,09 МГа/с.4. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й 20 с я тем, что, с целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметром 0,1 5 и/й015, нагружение осуществляют со скоростью 0,08ч0,20 МПа/с,25 5,.Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметром и/й Й 0,15,нагружение осуществляют со схоро 30 стью 0,16ч О,ЗО МПа/с.1739258 ставитель И.Саэонред М. Моргентал Редактор Е,Папп Тех Корректор ж оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 1998 Тираж Подписное БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5