Способ исследования прочности конструкции при ударе о преграду и стенд для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 7/00, 17/О 5 РЕТ И СПИ У ИДЕТЕЛ ВТОРСКО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(21) 4857765/11(22) 15,08.90 (46) 15.08.92, Бюл. М 30 (75) А,А,Багдасарьян и П,Б.Пилипенко (56) Авторское свидетельство СССР М 305381, кл, 0 01 М 5/00, 1969, (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ПРИ УДАРЕ О ПРЕГРАДУ И СТЕНД ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: при испытаниях на прочность конструкций при ударе о преграду, Сущность изобретения: способ заключается в том, что конструкцию разгоняют до расчетной скорости и деформируют ее на расчетную величину, соударяя с преградой,Изобретение относится к области испытаний и может быть использовано при испытаниях на прочность конструкций при удареих о преграду,На практике актуальной является проблема исследования прочности конструкций при ударе их о преграду с последующим силовым воздействием на конструкцию, например осевым сжатием. Такие случаи нагружения могут возникать при эксплуатации реальных конструкций в различных отраслях техники, например в транспортном машиностроении, строительстве и других отраслях.Приведем несколько конкретных примеров, Рассмотрим движение нескольких расположенных друг за другом транспортных средств (автомобили, железнодорожпри этом в интервале времени 0Ьтт 1 к конструкции прикладывают дополнительное усилие, направленное к преграде, а затем уменьшают дополнительное усилие да величины, обеспечивающей неизменность расчетной величины деформации конструкции. при этом скорость разгона конструкции равна скорости во время ее штатной эксплуатации, Ь определяется как разница между моментом времени приложения дополнительного усилия и моментом времени начала соударения конструкции с преградой, т - время, за которое деформацияконструкции достигает расчетной величины.2 с,п. ф-лы, 4 ил,ны, автомобили с прицепами). В ых ситуациях, например при столкодного транспортного средства с й, зто транспортное средство ист комбинированное нагружение: ударное нагружение от столкновееградой. характеризующееся конусилием и перегрузками, а затем овременно с этим нагружение со движущихся за ним транспортных льные узлы транспортных средств, ) бампер, кабина, капот, при соудаанспортнаго средства с преградой пытывают комбинированное нагруодной стороны они нагружены воздействием, которое от встречи дой характеризуется контактным ные ветоаварийнновениипреградапытываесначалания с пртактнымили однсторонысредств.Отденапримерении тртакже исжение сударнымс преграусилием и перегрузками, а с другой сторо- Иэвестный стенд содержит молот, ста-.ны - одновременно нагружение от наседа- нину, подвеску молота, фиксирующее устющей массы транспортного средства, при ройство, поворотную траверсу, противовес,этом величина деформирования нагружае- подвеску наковальни и наковальню,мой конструкции может быть ограничена, 5 Стенд обладает теми же недостатками,например величина деформации капота ог- что и известный способ.раничена расположенным в нем двигате- Известен способ исследования прочности конструкций при ударе о воду (преТакже на практике возможен случай граду), реализованный в стенде длятранспортйрования негабаритного груза в 10 исследования прочности конструкций притранспортном контейнере, который может ударе о воду, основанный на том, что испывыступать за габаритытранспортного сред- туемую конструкцию крепят к раме и далеества. При наезде транспортного средства на к стреле с установкой заданного угла входапреграду транспортируемый груз испыты- . испытуемой модели (конструкции) в воду.вает нагружение как от взаимодействия с 15 Стрела выводится в рабочее положение,преградой, так и от усилий, возникающих При помощи механизма подъема стрела успри перемещении в процессе деформации танавливается на заданный угол, определягруза транспортного средства, при этом ве- ющий расстояние от модели до поверхностиличина деформирования груза может быть воды (преграды). В таком положении ударограничена реформационной способностью 20 Модели о воду может быть осуществлен какпри свободном падении со стрелой, так иТаким образом, приведенные иэ прак- под действием дополнительной внешнейтики примеры нагружения конструкций, по- силы, величина. которой регулируется набоэволяют установить следующее. ром грузов. Удар моделио воду эаканчиваСуществует проблема эксперименталь ется ее торможением и остановкой.ного исследования прочности конструкций Недостатки этого способа те же, что ина совместное действие ударной нагрузки описанного выше.от встречи с преградой, которая характеры- Известен стенд, содержащий водоемзуется контактным усилием и перегрузкой, (преграду) и устройство для подъема (разгои нагрузки, приложенной от надвигающей на) модели (испытуемой конструкции), прися при деформировании конструкции вэа- этом устройство для разгона выполнено вимодействующей с ней массы. При этом виде стрелы рагулируемой жесткости, укнагрузки могут быть приложены как одно- . репленной но барабане, поворотно смонтивременно, так и со сдвигом по времени, а рованном на неподвижной оси и связаннымвеличина деформации может быть ограни через тормозное устройство с приводом ичерез муфту сцепления с механизмом приНатурные испытания не всегда могут нудительного опускания стрелы, на свобыть приемлемы из-эа ограниченного коли- бодном конце которой при помощичества натурных образцов, выделенных для универсального шарнира укреплена мопроведения испытания, или их высокой сто дель, а механизм принудительного опускаимости, больших габаритов и массы. ния стрелы выполнен в виде трособлочнойсистемы, кинематически связанной с бараИзвестен способ исследования, прочно- баном и несущей груз,сти конструкции при ударном воздействии, Недостатки такого стенда те же, что иоснованный на том, что испытуемый объект 45 описанного выше.устанавливают на наковальне и до удара он Цель изобретения - приближение услоостается неподвижным; в процессе удара вийиспытанийкнатурнымприодновременнаковальня перемещается незначительно; в ном упрощении испытаний,збне контакта молота и наковальни помеща- Указанная цель достигается тем, что вется деформируемыйф мируемый элемент в виде про известном способе исследования прочнокладки или креаера. сти конструкций при ударе о преграду, осноНедостатком известного способа испы- ванном на том, что конструкцию разгоняюттаний является то, что условия испытаний до расчетной скорости и деформируют ееотличаются от натурных условий нагруже- на расчетную величину, соударяя с прегракак в про ессе испытаний создает дой, согласно изобретенйю в интервалеся только часть нагрузки: которая возникает времени 0 .ь Лт р к конструкц рот встречи с прегрс преградой, а другая часть на- дываютдополнительное усилие, направленгрузки,возникающая отперемещениявзаи- ное. к преграде и обеспечивающеемодействующеи сс конструкцией массы не неизменность расчетной величины двфорсоздается.мации конструкции, причем Лт определяется как разница между моментом времениприложения дополнительного усилия и моментом времени начала соударения конструкции с преградой, а г 1 - время, за которое 5деформация конструкции достигает расчетной величины,Поставленная цель достигается тем,что в известном стенде для исследования йрочности конструкций при ударе о преграду, содержащем основание, разгонное. устройство, подвижно установленное относительно основания, крепежную плату, установленную на разгонмом устройстве иснабженную узлами крепления к ней испытываемой конструкции, преграду, установленную на основании, согласноизобретению стенд снабжен, упорной плитой, жестко закрепленной на разгонном устройстве со стороны, противоположной 20узлам крепления конструкции, выполненным деформируемыми и обращенным к преграде, толкателем, установленным междукрепежной платой и упорной плитой, связанными между собой разрушаемым жестким элементом, подключенным к датчикудеформации конструкции, установленномуна переднем торце ограничителя деформаций конструкции, выполненного в виде упора, жестко закрепленного на крепежной 30плате со стороны установки на нее узловкрепления конструкции, и механизмом ограничения обратного хода разгонногоустройства, выполненным с возможностьюсрабатывания при соприкосновении конструкции с преградой, а крепежная плата установлема относительно разгонногоустройства с возможностью перемещения всторону преграды.На фиг;1 изображен общий вид стенда 40до встречи испытуемой конструкции с преградой; на фиг.2 - общий вид стенда в момент встречи испытуемой конструкции.спреградой; на фиг.З - общий вид стенда впроцессе деформирования конструкции; на 45фиг,4 - общий вид стенда в момент взаимодействия упоров с преградой,П р и м е р, Стенд для исследованияпрочности конструкций при ударе о преграду содержит разгомное устройство, выполненное в виде тележки 1 с колеснымипарами 2, которые обеспечивают перемещение тележки относительно основания 3 стенда. В тележке 1 в продольном,ее направлении выполнен паз 4, в котоРом ус тановлена траверса 5, снабженная подшипниками качения 6, Размер траверсы5 в продольном направлении меньше, чем соответствующий размер паза 4 на величину Ь 1, и в силу этого траверса 5 имеет возможность перемещения в пазу 4 в продольном направлении на величину п 1, На траверсе 5 перпендикулярно ей жестко закреплена крепежная плата 9, В верхней стенке 7 паза выполнен вырез 10, позволяющий перемещаться в пазу траверсе 5 совместно с крепежной платой 9 на расстояние не менее, чем п 1, На крепежной плате 9 размещены узлы 11 для крепления испытуемой конструкции 12, Узлы 11 крепления конструкции 12 выполнены деформируемыми и обращены к преграде 13. жестко закрепленной на основании 3 стенда, На тележке 1 разгонного устройства жестко закреплена упорная плита 14, причем закреплена она с противоположной узлам 11 стороны крепежной платы 9. Между крепежной платой 9 и упорной плитой 14 размещены скрепленные с ними толкатель 15 (силовоэбудитель) и разрушаемый жесткий элемент 16. Источник давления, подающий рабочее тело в полость силовозбудителя 15, не показан. Ограничитель деФормации выполнен в виде упора 17, жестко закрепленного на крепежной плате 9 со стороны установки на ней узлов 11 крепления испытуемой конструкции, Для определенности примем, что е качестве испытуемой конструкции 12 взята цилиндрическая оболочка, а в качестве ограничителя деформации - цилиндрическая оболочка 17, установленная соосно с испытуемой оболочкой 12 и охватывающая ее, На преграде 13 закреплена сменная прокладка 18, предназначенная для непосредственного взаимодействия с испытуемой конструкцией.Механизм ограничения обратного хода разгонного устройства выполнен следующим образом.На оси 19, жестко закрепленной на основании 3 стенда, с воэможностью поворота установлен кронштейн 20. Левое плечо кронштейна упирается в основание 3 стенда, на правом плече кронштейна выполнен крючок 21. Кронштейн 20 справа от оси 19 вращения скреплен с пружиной 22, которая другим концом скреплена с основанием 3 стенда, Пружина 22 обеспечивает поджатие . левого плеча кронштейна к основанию 3 стенда. На ограничителе деформации жестко закреплен датчик деформации 23, обращенный своим штырьком к преграде 13.Стенд готовят к испытаниямследующим образом.На преграде 13 закрепляют сменную прокладку 18, выполненную из материала реальной преграды, с которой при эксплуатации конструкции. может произойти соударение, т.е. использование сменнойпрокладки позволяет производить испыта ния с любыми преградами.Далее закрепляют испытываемую конструкцию 12 (цилиндрическую оболочку) с помощью узлов крепления 11 на крепежной плате 9, затем закрепляют упоры 17 (цилиндрическую оболочку), а на ней закрепляют датчик деформации 23, Крепежную плату 9 отводят в крайнее правое положение, обеспечивая между левым торцом траверсы 5 и левой боковой стенкой 8 паза требуемый зазор, в нашем случае зазор равен или больше п 1, при этом траверса 5 своим другим (правым) торцом поджата к правой боковой стенке 8 паза (фиг.1). Датчик деформаций электрически через систему управления (не показана) связан с разрушаемым жестким элементом 16. Торец испытуемой оболочки 12 выступает за торец ограничителя деформации (оболочки 17) на величину Ндеф т,е.на величину расчетной деформации испытываемой оболочки 12,Работает стенд следующим образом.Тележку 1 с установленной нз ней с испытуемой оболочкой 12 помещают на заранее рассчитанном расстоянии Н от преграды 13 (фиг,1). Величина Н выбирается из условия, чтобы используемые для разгона тележки 1 устройства обеспечили тележке требуемую скорость Ч в момент соприкосновения торца оболочки 12 с преградой 13, Для разгона тележки 1 могут быть использованы устройства такие, как, например, электромотор, приводящий в движение колесные пары 2; толкзтели; наклонная плоскость, по которой скатывается тележка 1 и т.д, Приводится в действие разгонное уст. ройство, тележка 1 совместно с испытуемой оболочкой разгоняется до требуемой скорости Ч и с этой скоростью оболочка 12 ударно взаимодействует с преградой 13 (или при наличии со сменной прокладкой 18, закрепленной на преграде 13).В момент соприкосновения оболочки 12 с преградой 13 с ней же взаимодействует и шток датчика деформации 23, замеряющий величину деформации испытываемой оболочки 12, При движении тележки 1 по :основанию 3 стенда упорная плита 14 взаимодействует с крючком 21 кронштейна 20, при этом происходит вращение кронштейна 20 на оси 19, крючок 21 поднимается, а левбе его плечо опускается, при дальнейшем . движении тележки 1 кронштейн 20 поддействием пружины 22 совершает обратное вращение до упора его левого коромысла в основание 3 стенда; при-атом задняя стенка упорной плиты 14 взаимодействует с внутренней поверхностью крючка 21 кронштейна 20 (фиг,2). В этом положении тележка зафиксирована от смещения в направлении, противоположном первоначальному еедвижению, Фиксация тележки 1 осуществляется в момент касания торца оболочки 125 преграды 13, что достигается тем, что заранее выбираются равные размеры Н: размермежду преградой 13 и торцом испытываемой оболочки 12 устанавливается равнымразмеру между наружной поверхностью10 упорной плиты 14 и внутренней поверхностью крючка 21 кронштейна 20 (фиг.1),Примем, что время деформированияконструкции на величину расчетной деформации Ндеф, равно г 1, а начало дефор 15 мирования оболочки 12, т,е, моменткасания штока датчика деформации 23,соответствует моменту времени г= О.Тогда в интервале времени Ьг, определяемом соотношением 0Ьтт 1, разруша 20 ется жесткий элемент 16, и дополнительноеусилие, создаваемого силовозбудителем 15,воздействует нз крепежную плату 9, а черезнее на испытуемую оболочку 12. Воздействие на оболочку 12 дополнительного усилия25 Р возможно по той причине, что тележка 1зафиксирована от смещения от преграды 13тем, что упорная плита 14 взаимодействуетс крючком 21 кронштейна 20, а крепежнаяплата 9 имеет возможность смещаться к30 преграде 13, так как между траверсой 5 ибоковой стенкой 8 имеется зазор не менееп 1Ндорф, (т.е, не менее величины расчетной деформации оболочки 12), Такой же зазор имеется и между крепежной панелью 935 и левой частью верхней стенки 8. Жесткийэлемент 16 может разрушаться, например,по команде, которая выдается от системыуправления, связанной с датчиком деформации 23, От соударения оболочки 12 с40 преградой 13 оболочка 12 нагружается контактным усилием, и в тот же момент на ееэлементы 24, закрепленные в ней, воздействует перегрузка, возникающая иэ-за торможения тележки 1,45При действии этих, силовых факторовиспытуемая оболочка 12 деформируется .(фиг.3). Величина деформации оболочки устанавливается заранее путем соответствую-50 щей установки ограничителя деформации.Деформирование оболочки прекращается в тот момент, когда торец ограничителя деформации соприкасается с преградой 13 (фиг,4),55 Жесткость узлов крепления 11 испытуемой оболочки может изменяться и выбирается иэ условия, чтобы обеспечитьэквивалентность по жесткости наседающей части онструкции.ф ор мул а из о б ретен и я 1, Способ исследования прочности конструкции при ударе о преграду, заключающийся в том, что конструкцию разгоняют до 5расчетной скорости и деформируют ее нэрасчетную величину, соударяя с преградой,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюприближения условий испытания к натурным при одновременном упрощении испытаний, в интервале времени 0Ьт 5 ц кконструкции прикладывают дополнительное усилие, направленное к преграде иобеспечивающее неизменность расчетнойвеличины деформации конструкции, причем 15Лтопределяется как разница между моментом времени приложения дополнительногоусилия и моментом времени, начала соударения конструкции с преградой, а т - время, за которое деформация конструкции 20достигает расчетной величины,2. Стенд для исследования прочностиконструкции при ударе о преграду, содер-жащий основание, разгонное устройство,подвижно установленное относительно основания, крепежную плату. установленнуюна разгонном устройстве и снабженную уз-лами крепления к ней испытываемой конструкции, преграду, установленную на основании стенда, и ограничитель деформации конструкции. установленный на разгон ном устройстве, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью приближения условий испытания к натурным при одновременном упрощении испытаний, он снабжен упорной плитой, жестко закрепленной на разгонном устройстве со стороны, противоположной узлам крепления конструкции, выполненным деформируемыми и обращенным к преграде, толкателем; установленным между крепежной платой и упорной плитой, связанными между собой разрушаемым жестким элементом, подключенным к датчику деформации конструкции, установленному на переднем торце ограничителя деформации конструкции, выполненного в виде упора, жестко закрепленного на крепежной плате со стороны установки на нее узлов крепления конструкции, и механизмом ограничения обратного хода разгонного устройства, выполненным с возможностью срабатывания при соприкосновении конструкции с преградой, а крепежная плата установлена относительно разгонного устройства с возможностью пеоемещения в сторону преграды.1755083 Составитель А. БагдасарьянТехред М,Моргентал Корректор А. Мотыль Редактор Л, Веселовска агаринэ, 101 водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго эз 2884 " Тираж Подписное8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113036, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5