Центробежная установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии

(5)5 6 01 Й ЕНИ АНИЕ И К ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР О РСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1439454, кл, 6 01 й 3/08, 1987.Авторское свидетельство СССРМ 1486856, кл. 0 01 й 3/08, 1987,Тимошенко С,П. Статические и динамические проблемы теории упругости, Киев,1975, с.184,(54) ЦЕНТРОБЕЖНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ПРИ ПЛОСКОМНАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ(57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано дляиспытания на растяжение образцов материИзобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытаний на растяжение образцов материаловлистовых и стержневых конструкций, применяемых в строительстве, машино-, судО-;самолето- и ракетостроении.Известна центробежная установка для .испытаний. образцов материалов, в которомпроизводительность испытаний повышается засчет сокращения времени на разгон установки.Однако данная установка не позволяетпроизводить многоосное эагружениеа испытания не отражают деформационныесвойства материала,Известна центробежная установка дляиспытания образцов при плоском напряженном состоянии, содержащая основание,1755106 А 1 алов листовых и стержневых конструкций. Целью изобретения является упрощение конструкции установки при испытании листовых и стержневых конструкций. Это достигается тем, что центробежную установку, содержащую основание, установленную на нем платформу с приводом ее вращения, закрепленные на платформе направляющие с расположенными на них с возможностью перемещения инерционными массами и захватами для образца, снабжают закрепленным на платформе кольцом, в котором направляющие установлены по радиусу, а инерционные массы выполняют в виде упругих колец, размещенных на направляющих таким образом, что она проходит через их диаметр, причем упругие кольца меньшего диаметра размещаются внутри колец большего диаметра. 3 з.п,ф-лы, 7 ил. установленную на нем платформу с приводом вращения, закрепленные на платформе радиальные направляющие с размещенными на них гидроцилиндрами двустороннего действия, заполненные средой, и захваты образца, а в каждом гидроцилиндре размещен подпружиненный в направлении оси поршень.Недостатком данной установки является сложность и габаритность конструкции ийерционных масс, что ведет к повышению общих габаритов установки. Другим недостатком конструкции является проведение испытаний образцов только по двум осям, что не отражает поведение материалов испытываемых образцов в большинстве реальных конструкций.Целью изобретения является упрощение конструкции установки при испытании листовых и стержневых конструкций.Указанная цель достигается тем, что центробежная установка, содержащая основание, установленную нэ нем платформу с приводом вращения, закрепленные на платформе направляющие с расположенными на них с возможностью перемещения инерционными массами и захватами для образца, снабжена закрепленным на платформе кольцом, в котором направляющие установлены по радиусу, а инерционные массы выполнены в виде упругих колец. Центробежная установка снабжена также установленным на направляющих и взаимодействующим с упругими кольцами средством для создания преднапряженного состояния испытуемого образца. Упругие кольца - инерционные массы размещают на направляющих либо последовательно таким образом, что направляющие проходят через их диаметр, а кольца взаимодействуют друг с другом посредством жестких опорных элементов, либо кольца меньшего диаметра размещают в кольцах большего диаметра.На фиг.1 изображен общий вид установки; на фиг.2 - разрез А-А йа фиг.1; на фиг,З - схема деформирования упругого кольца в результате действия центробежной силы в процессе работы установки;" на фиг.4 - схема размещения упругих колец на одной оси; а,б - последовательно; в - кольцо в кольце, на фиг.5 - металлическое мембранное покрытие (общий вид); на фиг,6 - схема размещения упругих колец и их деформирования вдоль стержня ОА при вращении относительно центра О (кольца закреплены на стержне ОА в точке А); на фиг.7 - то же, но кольца закреплены в точках А, Ви С,Центробежная установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии содержит опорную кольцевую раму - платформу 1 с приводом вращения 2 и инерционные массы в виде упругих колец 3. Через упругие кольца 3 и опорную раму 1 проходят радиальные тяги 4, которые одним концом крепятся натяжными гайками 5 к наиболее удаленному-от центра установки коль 4 у 3, а другим концом - к испытываемому образцу 6 через захваты 7; Одновременно упругие кольца 3 расположены на радиальных направляющих, вдоль которых за счет шлицевого соединения упругих колец 3 и опорных элементов 9 с радиальными тягами 4 они либо свободно перемещаются по всей длине направляющих 8, либо каждое из колец 3 фиксируется опорным зле ментом 9, закрепленным на тяге 4. Платформа 1 установлена на основании 10, До начала работы центробежной установки возможно нагружение образца с помощью 5 натяжных гаек 5. В этом случае при работецентробежной установки нэ начальное статическое нагружение нэлагаются нагрузки эа счет действия центробежных сил; Г=в а г,г,10 где в - инерционная масса - масса уп ругого кольца;а - угловая скорость;15 г - радиус,Причем усилия от центробежных сил Г начнут повышать начальные усилия Г, только в случае, когда они превысят их, т.е, ГГо.Этот фактор обеспечивает расширение ва риантности эагружения образца. Контрольподаваемого на образец 6 усилия производится с помощью, например, тензодатчиков, наклеенных на кольца 3. которые предварительно протарированы. Выбор 25 количества и размеров колец 3, которые могут быть разного диаметра, порядка их размещения, а также осей нагружения определяют условиями работы листового материала или узла стержневой системы в 30 конструкции, С увеличением числа осей нагружения, что легко позволяет сделать консточкцию платформы в виде кольцевой опорной рамы, повышается и равномерность нагружения образца.35 П р и м е р 1, Определить смещениецентра тяжести упругого кольца, которое происходит при вращении его относительно точки О. Кольцо закреплено на стержне ОА - радиальной тяге - в точке Р (фиг,З), Дефор мацией стержня ОА пренебрегаем, Известно значение центробежной силы при заданной угловой скорости ю; Г=в а В 1 Ь = 0,149Р г 1 Егде г 1 - радиус кольца;55 Е - модуль упругости материала кольца;1- момент инерции сечения кольца.Отсюда путем последовательных приближений можно определить смещение центра тяжести кольца Ог, т.е.1 45Известно также изменение диаметра кольца, сжатого сосредоточенными силами, расположенными диаметрально противоположно.50В 2=В 1+ рЬгде В 1 - первоначальный радиус.Зная В 2, уточняется значение центробежной силы Е и т.д, Это решение является 5приближенным, так как не учитывается неоднородность деформирования кольцавследствие разных радиусов для каждогосечения,П р и м е р 2. Упругие кольца 3 закреплены на вращающемся нерастяжимом стержне ОА в точке А (фиг,б), а на фиг.7закреплены на опорных элементах в точкахА, В и С,За счет действия центробежных сил кольца 15деформируются, причем на наиболее удаленное от центра вращения О кольцо будутдействовать также силы от двух других ко.лец (фиг,б), а кольца на фиг.7 будут деформироваться только от собственных масс. 20При этом очевидно, что;В 1 В 1В 1В 2В 2В 2;ВзВз"Вз,следовательно во втором варианте на фиг.7 25в целом будет развиваться меньшая центробежная сила, что легко рассчитать,Показанные в примерах 1 и 2 вариантызагружения листового образца позволяютотразить реальные условия работыматериала, например, для вращающегося относительно собственной оси цилиндра, При этомцилиндрическая оболочка под действиемцентробежных сил получит удлинение радиуса, которое, в свою очередь, увеличивает 35центробежные силы.Одновременно оболочка, деформируясь, запасает упругую энергию. Практически голная аналогия будет осуществляться,если испытывать листовой образец, 40 П р и м е р 3. На фиг.5 дана схема металлического мембранного покрытия, Эти системы обычно предварительно напрягают. Нэ предлагаемой нами установке 45 предварительное напряжение в мембране можно суммировать загружением образца до начала работы центробежной установки. Вторым этапом нагружения реального покрытия является нагружение ее собствен ным весом покрытия (утеплитель и т.п.). э также снеговой нагрузкой, Это загружение на образце будет обеспечено зэ счет работы центробежной установки. Таким образом, будет обеспечено взаимодействие по заданной программе начального поля нагружения с последующим.П р и м е р 4. В работе (3) приводится теоретическая оценка распределения напряжений вблизи отверстия, расположенного в тонкостенном цилиндре при его вращении, Отмечается резкое неравномерное распределение напряжений. Этот случай Легко может быть проверен экспериментально на предлагаемой уст.1 нов ке.Формула изобретения 1,Центробежная установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии, содержащая основание, установленную на нем платформу с приводом ее вращения, закрепленные на платформе направляющие с расположенными на них с возможностью перемещения инерционными массами и захватами для образца, отл ичэ ю ща яся тем,что, с целью упрощения конструкции установки при испытании листовых и стержневых конструкций, установка снабжена закрепленным на платформе кольцом, в котором направляющие установлены по радиусу, а инерционные массы выполнены в виде упругих колец.2,Установка по п,1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что она снабжена установленными на направляющих и взаимодействующих с упругими кольцами средством для создания преднапряженного состояния испытуемого образца.З.Установка по п.1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что упругие кольца размещены на направляющих последовательно и таким образом, что направляющая проходит через их диаметр, а кольца взаимодействуют друг с другом посредством жестких опорных элементов.4,Установка по пп.1 и 3, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что упругие кольца меньшего диаметра размещены на направляющихвнутри колец большего диаметра.1755106Составитель Г.Урумов Редактор Ю,Середа Техред М,Моргентал Корректор П, Гереши аказ 2885 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина. 101