Способ испытаний конструкций на прочность

(19) 01 М 5 ЗОБРЕТЕНИЯ В ИДЕТЕЛ ЬСТ 2ния на испытуемом обьекте параметров реальной нагруженности конструкции. Вычленяют элемент (агрегат, узел и т.п.) и посредством силонагружающих устройств на нем воспооиэводят действие усилий со стороны оставшейся части конструкции и усилий со стороны наложенных связей и внешних воздействий, Силовые создействия, воспроизводящие внутренние усилия и конструкции, осуществляют посредством силонагружающих устройств, имеющих податливости, равные податливости конструкции в целом, а силовые воздействия, воспроизводящие внешние воздействия и наложенные связи, осуществляют посредством силойагрукающих устройств, имеющих податливости, равные податливости внешнего нагрукения, 4 ил.(56) Баранов А.Н. и др. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов.М.: Машиностроение, 1974, с. 193-195.(54) СПОСОБ ИСПЬТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙНА ПРОЧНОСТЬ(57) Изобретение относится к испытаниямконструкций на прочность, а именно к способам воспроизведения условий силовогонагружения, адекватных нагруженностиконструкции в реальной эксплуатации. Цельизобретения - повышение точности определения характеристик конструкционнойпрочности материала за счет воспроизведеподатливости (жесткости - обратная величина) и способности аккумулировать и расходовать энергию упругой деформации элементов устройств и рабочих тел.Способ заключается в том, что посредством силонагрукающих устройств воспроизводят действие внешних сил на конструкцию в целом либо на отчлененный от нее элемент (агрегат, узел, образец материала), а также действие сил (оеакций) со сторочы наложенных связей и отделяемой части конструкции. Определяют при этом разрушающие нагрузки, время до разрушения, либо число циклов до раэрушейия.Недостатком известногоспособа является то, что податлйвость, присущаяэлементам системы объект-испытательная машина и накопленная в мистеме энергия упругой деформации не рассматриваются как фактоИзобретение относится к испытаниямконструкций на прочность, а именно к сйОсобам воспроизведения условий силовогонагружения, адекватных нагруженностиконструкций в реальной эксплуатации. Койкретнымй объектами техники являются:оборудование транспортного, энергетического и тяжелого машиностроения (сосудыдавления, трубопроводы, подъемно-транс-портные устройства и т.д,). изделия и составляющие их агрегаты и узлы всудостроении, авиастроении, строительныеконструкции и др,Известен способ механических испытаний, основанный на применении различныхтипов силонагружающих устройств (механических рычажных, винтовых, гидравличе=ских, пневматических и др,),характеризующихся большим диапазоном ОО Дь ОО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРры, определяющие поведение системы под нагрузкой и, следовательно, сопротивление деформированию и разрушению испытываемого объекта,Цель изобретения - повышение точности определения характеристик конструкцйонной прочности материалов за счет повышейия точности воспроизведения параметров нагруженности конкретной конструкции.Это достигается тем, что в способе испытаний конструкций на прочность, заключающемся о том, что из конструкции вычленяют элемент (агрегат, узел, образец) и посредством силонагружающих устройств на нем воспроизводят действие внутренних усилий со стороны оставшейся части конструкции и усилий со стороны наложенных связей и внешних воздействий, силовые воздействия воспроизводящие внутренние усилия в койструкции, осуществляют посредством силонагружающих устройств, имеющих податливости, равные податливости конструкции о целом, а силовые воздействия; воспроизводящие внешнее нагружение и наложенные связи, осуществляют посредством силонагружающих устройств, имеющих податливости, равные податливости внешнего нагружения.На фиг. 1 представлена зависимость погрешности определения долговечности конструкции, оцененной как результат испытаний выделенного элемента, от величины, характеризующей отношение податливостей системы элемент конструкции - испытательная машина и конструкции в целом с учетом наложенных связей и внешних силооых воздействий; на фиг. 2 - зависимость потери долговечности элемента конструкции при увеличении податливости силонагружающих устройств; на фиг, 3 - схема нагружения крыла самолета, имитирующая действие распределенных аэродинамических и инерционных сил; на фиг. 4 - схема. испытаний образцаматериала; имитирующая действие тангенциальных усилий о стенке сосуда высокого давления, обуслбвленных внутренним давлением,Способ осуществляют следующим образом;Предварительным расчетом или экспериментальным путем определяют податливости конструкции и наложенных на нее связей и внешних силовых воздействий. К элементу конструкции прикладывают нагрузки; имитирующие действие на него сил со стороны остальной части конструкции, наложенных связейи силовых воздействий, и доводят элемент до разрушения. Силонагружающие устройства при этом выбираютПрименительно к испытанию крыла самолета возможное решение представлено на фиг. 3. На крыло самолета действуют в полете распределенные аэродинамиче ские - Р и инерционные - Р нагрузки(фиг, За),При испытании по способу - прототипуимеет значение только величина и направление действия распределенных нагрузок.Силонагружающими устройствами служат,как правило, гидроцил:,1 ндры. Особенностью такого нагружения являются малая по-, датливость и малый запас накопленной энергии в силонагружающем устройстве вследствие несжимаемости и высокой скорости декомпрессии рабочих жидкостей.По предложенному техническому решению силонагружающие устройства должны обеспечить высокие податливость и энергоемкость нагружения, характерные для действия аэродинамических и инерционных сил, Это возможно осуществить, используя податливые устройства, которые одновременно являются аккумуляторами энергии.Например, пружины (аккумуляторы энергии упругой деформации), пневмоцилиндры (накопители энергии сжатых газов) и др.На фиг. Зб схематично представлен возможный вариант устройства для приложения к крылу сосредоточенных усилий,5 10152030 такими, чтобы их податливости были соответственно равны податливостям конструкции, наложенных связей и силовых воздействий, По результатам испытаний(по величине разрушающих усилий, числу циклов до разрушения и т.п.) судят о работоспособности конструкции. О точности определения характеристик прочности судят с использованием зависимости на фиг.1.Известно, что для оценки прочности крупногабаритных устройств, когда не представляется возможным испытание натурных конструкций, испытывают геометрически подобные модели. При этом условиянагружения натурной конструкции и модели должны одинаковы в части соотношения характеристик податливости конструкции, наложенных связей и силовых воздействий.Например. о случае испытаний модели сосуда высокого давления рабочее тело, создающее силовое воздействие-внутреннее давление, следует выбирать таким, чтобы характеристики сжимаемости были близкйаналогичным характеристикам рабочей среды натурной конструкции, Например, еслирабочей средой сосуда высокого давления служат сжать;й газ либо пар высоких параметров и т.пто неприемлемо о испытанияхиспользовать гидравлическое нагружение5 10 15 20 25 ЗО 35 40 451 имитирующих действие аэродинамических нагрузок. Устройство состоит из гидроцилиндра 1 и податливого элемента 2 - пружины растяжения, жесткость которой выбирается с учетом особенностей аэродинамического нагружения.При таком нагружении начавшийся процесс разрушения сечения крыла 3, сопровождающийся изменением жесткости крыла, не вызовет резкого падения нагрузок и накопления в системе энергия обеспечит при этом работу сил, В результате будут получены менее оптимистичные оценки работоспособности крыла, но при этом оценки будут точнее соответствовать эксплуатационным условиям.На фиг. 4 представлены эпюры напряжений в стенке сосуда под внутренним давлением (а) и типичная схема испытаний образца для оценки характеристик сопротивления разрушению материала сосуда (б). Чтобы результаты испытаний образца адекватно отображали конструкционную прочность сосуда давления в схему нагружения включен упругий элемент 2, податливость которого выбирают с учетом податливости сосуда и создающей давление рабочей среды и их способности аккумулировать энергию деформации и совершать работу. Рассмотренные выше технические решения позволяют адекватно воспроизвести параметры реальной нагруженности конструкций при определении характеристик конструкционной прочности материалов и за счет этого улучшить согласование данных лабораторных испытаний с опытом промышленной эксплуатации и тем самым повысить достоверность прогнозов работоспособности конструкций. График,представленный на Фиг. 2, указывает нато,что в зависимости от уровня податливости при испытании элемента конструкции получаемые результаты могут значительно отличаться от реальной прочности конструкции.Испытания по известному способу вследствие неучета Фактора податливости и накопленной энергии в системе "объект испытаний силонагружающие устройства" дают оценки прочности и долговечности более оптимистичные, чем это имеет место в эксплуатации, При этом завышение коэффициентов запасов прочности не позволяет надежно прогнозировать работоспособность машин и сооружений, вследствие чего снижается их эксплуатационная надежность, а в ряде случаев це обеспечивается безопасность.Например, в авиастроении известно, что 80 ф 6 разрушений авиаконструкции в эксплуатации не выявляются в процессе лабораторных ресурсных испытаний,Таким образом, технико-экономические преимущества испытаний по предложецно му техническому решению в сравнении с прототипом состоят в том, что обеспечиваются;повышение точности оценки прочности и долговечности машин и сооружений по результатам их лабораторных испытаний; повышениеточности оценки прочности и долговечности агрегатов, узлов и элемен тов конструкций, составляющих машины и сооружения, при их лабораторных испытаниях отдельно от натурного изделия,Формула изобретения Способ испытаний конструкций на прочность, заключающийся в том, что из конструкции вычленяют элемент и посредством силонагружающих устройств воспроизводят на нем действие усилий со стороны Оставшейся части конструкции, со стороны наложенных связей и внешних силовых воздействий, о т л и ч а. ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения характеристик конструкциоццой прочности материала за счет воспроизведения на испытуемом обьекте параметров реальной нагружснцости конструкции, характеристики податливости силонагружающих устройств, воспроизводящих на йспьпуемом элементе усилия со стоооны конструкции, реакции наложенных связей и усилия внешних воздействий выбирают соответствующими характеристикам податливости отделенной части кснструкции, наложенных на конструкцию связей и внешних силовых воздействий.1184848 убченко едакт Заказ 4359 Тираж : . ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., 4 й КНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 оставитель В, Кур ехред М.Моргентал 1ректорС. Лисина