Способ определения усталостной прочности

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Саве Ссввтвиив

Сосиелистичесиив

Рвслтблие

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 25.XI I.1962 (№ 810096/25-8) 1 л. 42k, 45/03 с присоединением заявки №

МПК С 01п

Приоритет

Опубликовано 19.III.1964. Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 1.1Х.1967

Комитет ао делам иеобретеиий и отирытиб при Сосатв Министров

СССР

УД1

Авторы изобретения

В, М. Панферов, И. С. Богатырев, Л. М. Ильин, l0. А. Ширенин, Л. П. Грунин, Е. Г. Беловол и А. Н, Рубштейн

С" г

Заявитель

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ

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 3 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 ду|е 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 позволяет повысить точность при измерениях, а также увеличить срок службы изделия при вибрационных нагрузках.

На фиг. 1 схематически изображены два вида колебаний, амплитуды которых 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 системы.

При различных опорных моментах (в начале и конце опыта) кривизна в среднем сечении первой балки меньше, чем у второй, и, 10 следовательно, напряженные состояния их различны.

Пусть длинная балка с достаточно жестким поперечным сечением подвержена зпакопеременному изгибу, вызываемому силой с часто15 1ой, близкой к собственной частоте балки, и статическому растяжению нлп сжатию, так что кручением можно пренебречь. Тогда для поддержания заданного уровня деформированного состояния изгиба в процессе колсба20 нпя на определенном участке, где деформации достигают максимального значения, достаточно поддерживать заданный уровень кривизны. Пусть на этом достаточно малом участкс, по .сравнению с длиной балки, фиксируется

25 амплитуда колебаний прогиба W на необходимой плоской линии в трех точках. Прогиб

W, отсчитываемый от оси Х, согласно фиг. 2, на этой линии балки есть функция координаты Х и времени t:

30 W = f(x1f).

161563

Обозначим, согласно фиг. 2, амплитуду в точке О

f(x — Л/) = fo: амплитуду в точке 1

/(х /) =f; амплитуду в точке 2

f(x1 + б ) = f2.

Определим кривизну в данный момент времени на выбранном необходимого размера (малом) участке. Для этого разло>ким функцию

W в ряд Х для фиксированного момента 1:

fo = f(x — ) = fi — f (-х) + ---Г(х) -—

2 f- (xi 0h)Ao;

f (xy + о) =/ - - f (xy) 6 + — f (х ) б -+ г

+ /" (х -, - 06) Р.

Предполагаем, что участок такого размера и формы собственных функций таковы, что остаточными членами, по сравнению с членами, содержащими кривизну, можно пренебречь с заданной точностью.

Тогда кривизна х = — f"(x>) равна — Г(i ) (— >) = (fo — f ) + —. (f.- — У.

Удобнее выбирать три точки в зоне максимальной кривизны при условии Л= б. Тогда кривизна х равна хЛ- = (fz — fo) + (fz — fo) (2) Если кривизна на данном участке такова, что кривая прогиба сов»ада т с соприкасающейся окружностью В точке Х, тогда кривизна х ==

1 —, где R — радиус соприкасающеися окR ружности будет определяться лишь разностью двух точек, что следует из формулы (2), но может быть показано независимо.

Согласно фиг. 3, если известна разность,;"о радиус окружности определяется формулой — 1 — (1 — Я ((fI — - i ... I (3)

) т. е. при достаточной большой базе Л, по сравнению с разностью амплитуд f — f, кривиз и 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 поддер>кания уровня деформ»рова»»ого 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, соглас»о уравнению (3). Поддержание уровня дефор5

20 )5

З0

65 мированного состояния на определенном участке балки путем поддержания соответствующих разностей осуществляют с помощью следящей системы с тремя или двумя датчиками перемещения — фотоэлементами, с автоматическойй записью — контролем кривизны.

Описываемый способ поддержания стационарного деформированного состояния был применен и проверен на стенде для испытаний образцов лонжерона вертолетов.

Образец лонжерона 1 растягивается осевой силой посредством тросов 2, перекинутых через блоки 8 и 4. Натяжение тросов создается винтом 5. Нагрузка контролируется динамометром 6. Система образца и тросов подвеше»а на стойках 7 и 8. Образец приводится в колебание механическим вибратором направлен»ого действия 9, шестерни которого приводятся во вращение двигателем постоянного тока 10.

Шторки 11 перекрывают лучи света от осветителя 12 к датчикам 1> .

Принцип работы состоит в следующем. Два фотоэлектрических датчика, содер>кащие в своей схеме осветитель и фотоумножитель, уста»овленные»а заданном расстоянии по длн»е образца, при его колебании, выдают сигна. лы, одинаковые по фазе и пропорциональные амплитудам колебап»й базовых точек образца. На специальном электронном устройстве сигналы усиливаются и вычитаются один из другого. Далее сиг»ал разности проходит выпрямлепие и интегрирование. Полученная э, д. с. подается на мост электронного автоматического поте»циометра, который посредством исполнительного механизма поддерживает заданную тензометрированием разность амплитуд колебаний образца.

В целом следящая система (фиг. 5) состоиг из фотоэлектрических датчиков, блока усиления, сравнения и интегрирования разности сигнала, электрон»ого потенциометра ЗПБ, имеющего регистрирующее устройство, и исполнительного механизма.

Как сказано выше, фотоэлектрический дагчик состоит из осветителя и фотоумно>кителя, которые ра.положены с двух сторон образца.

Поток: света от осветителя попадает на полупрозрач»ую»ластинку, располо>кенную на торцовой части тубуса — бленды фотоумножителя. Шторка из тонкого алюминия, приклеенная к образцу, при его колебании»ерекрывает поток света, вызывая на фотокатоде заряды, г ропорц»о»альные освещенности.

Осветитель состоит из матовой лампочки, освещающей полупрозрачные стекла двух датчиков. Далее свет через объектив попадает

»а катод фотоумножителя.

Фотоум»ожители собраны в укрепленных

»а стойках металлических корпусах, которые защищают их от посторо»него света и от воздействия в»еш»их магнитных полей.

Блок vãèëåíèÿ схемы собран на лампе

6Н2П. Сигналы от фотоум»ожитслей, одинаковые по фазе, подаются на сетки каждого три161563 б 6 5 айаг,4

Составитель H. М. Линд

Редактор В. П. Липатов Техред T. П. Курилко Корректоры: Е. Ф. Полиоиова и Н. И, Быстрова

За <аз 2901/6 Тираж 535 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по дслаги изобретений и открытий прп Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Гппографпя, пр. Сапунова, д. 2