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

 

Использование1 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, при этом в интервале времени 0 Дг п к конструкции прикладывают дополнительное усилие, направленное к преграде, а затем уменьшают дополнительное усилие до величины, обеспечивающей неизменность расчетной величины деформации конструкции , при этом скорость разгона конструкции равна скорости во время ее штатной эксплуатации , А7 определяется как разница между моментом времени приложения дополнительного усилия и моментом времени начала соударения конструкции с преградой , п - время, за которое деформация конструкции достигает расчетной величины. 2 с.п ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 6 01 M 7/00, 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (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. 6 01 M 5/00, 1969, (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ПРИ УДАРЕ О

ПPЕГРАДУ 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 ударе их 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, железнодорож Ы 1755083 А1 при этом в интервале времени 0 «< Лt < t к конструкции прикладывают дополнительное усилие, направленное к преграде, а затем уменьшают дополнительное усилие до величины, обеспечивающей неизменность расчетной величины деформации конструкции. при этом скорость разгона конструкции равна скорости во время ее штатной эксплуатации, At определяется как разница между моментом времени приложения дополнительного усилия и моментом времени начала соударения конструкции с преградой, t> — время, за которое деформация

° конструкции достигает расчетной величины.

2 с,п. ф-лы, 4 ил, ° вюФ ные вагоны, автомобили с прицепами). В аварийных ситуациях, например при столк- ц» новении одного транспортного средства с у преградой, зто транспортное средство испытывает комбинированное нагружение: сначала ударное нагружение от столкнове- © ния с преградой, характеризующееся кон- тактным усилием и перегрузками, а затем или одновременно с этим нагружение со стороны движущихся за ним транспортных средств.

Отдельные узлы транспортных средств, например бампер, кабина, капот, при соударении транспортного средства с преградой также испытывают комбинированное нагружение: с одной стороны они нагружены ударным воздействием, которое от встречи с преградой характеризуется контактным

1755083 усилием 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 or- 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 для транспортйрования негабаритного груза в 10 исследования прочности конструкций при транспортном контейнере, который может ударе о воду, основанный на том, что испывыступать за габариты транспортного сред- туемую конструкцию крепят к раме и далее ства. При наезде транспортного средства на к стреле с установкой заданного угла входа преграду транспортируемый труэ 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 поверхности личина деформирования груза может быть воды (преграды). В таком положении удар ограничена реформационной способностью 20 модели о воду может быть осуществлен как при свободном падении со стрелой, так и

Таким образом, приведенные иэ прак- под действием дополнительной внешней тики примеры нагружения конструкций, по- силы, величина. которой регулируется набоэволяют установить следующее. ром грузов. Удар модели о воду эаканчиваСуществует проблема эксперименталь- 25 ется ее торможением и остановкой. ного исследования прочности конструкций Недостатки этого способа те же, что и на совместное действие ударной нагрузки описанного выше. от встречи с преградой, которая характери- Известен стенд, содержащий водоем зуется контактным усилием и перегрузкой, (преграду) и устройство для подъема (разгои нагрузки, приложенной от надвигающей- 30 на) модели (испытуемой конструкции), при ся при деформировании конструкции вэа- этом устройство для разгона выполнено в имодействующей с ней массы. При этом виде стрелы рагулируемой жесткости, укнагрузки могут быть приложены как одно- . репленной Но барабане, поворотно смонтивременно, так и со сдвигом tlo времени, а рованном на неподвижной оси и связанным величина деформации может быть ограни- 35 через тормозное устройство с приводом и через муфту сцепления с механизмом приНатурные испытания не всегда могут нудительного опускания стрелы, на свобыть приемлемы из-эа ограниченного коли- бодном конце которой при помощи чества натурных образцов, выделенных для универсального шарнира укреплена мопроведения испытания, или их высокой сто- 40 дель, а механизм принудительного опускаимости, больших габаритов и массы. ния стрелы выполнен в виде трособлочной системы. кинематически связанной с бараИзвестен способ исследования. прочно- баном и несущей груз. сти конструкции при ударном воздействии, Недостатки такого стенда те же, что и основанный 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. зоне контакта молота и наковальни помеща- Указанная цель достигается тем, что в ется деформируемый ф мируемый элемент в виде про- 50 известном способе исследования прочнокладки или крешера. сти конструкций при ударе о преграду, осноНедостатком известного способа испы- ванном на том, что конструкцию разгоняют таний является то, что условия испытаний до расчетной скорости и деформируют ее отличаются от натурных условий нагруже- на расчетную величину, соударяя с прегракак в про ессе испытаний создает- 55 дой, согласно изобретенйю в интервале ся только часть нагрузки. которая возникает времени 0 9 Лт t> к конструкц р от встречи с прегр с преградой, а другая часть на- дываютдополнительное усилие, направленгрузки, возникающая от перемещения взаи- ное к преграде и обеспечивающее модействующеи с с конструкцией массы не неизменность расчетной величины двфор-! создается.

1755083 мации конструкции, причем Ar определяется как разница между моментом времени приложения дополнительного усилия и моментом времени начала соударения конструкции с преградой, а r1 — время, за которое 5 деформация конструкции достигает расчетной величины.

Поставленная цель достигается тем, что в известном стенде для исследования йрочности конструкций при ударе о пре- 10 граду, содержащем основание, разгонное . устройство, подвижно установленное относительно основания, крепежную плату, установленную на разгонмом устройстве и снабженную узлами крепления к ней ис-:15 пытываемой конструкции, преграду, установленную на основании, согласно изобретению стенд снабжен, упорной плитой, жестко закрепленной на разгонном устройстве со стороны, противоположной 20 узлам крепления конструкции, выполненным деформируемыми и обращенным к преграде, толкателем, установленным между крепежной платой и упорной плитой, связанными между собой разрушаемым жест- 25 ким элементом, подключенным к датчику деформации конструкции, установленному на переднем торце ограничителя деформаций конструкции, выполненного в виде упора, жестко закрепленного на крепежной 30 плате со стороны установки на нее узлов крепления конструкции, и механизмом ограничения обратного хода разгонного устройства, выполненным с возможностью срабатывания при соприкосновении конст- 35 рукции с преградой, а крепежная плата установлема относительно разгонного устройства с возможностью перемещения в сторону преграды.

На фиг.-1 изображен общий вид стенда 40 до встречи испытуемой конструкции с преградой; на фиг.2 — общий вид стенда в момент встречи испытуемой конструкции .с преградой; на фиг.3 — общий вид стенда в процессе деформирования конструкции; на 45 фиг,4 — общий вид стенда в момент взаимодействия упоров с преградой.

Пример. Стенд для исследования прочности конструкций при ударе о преграду содержит разгонное устройство, вы- 50 полненное в виде тележки 1 с колесными парами 2, которые обеспечивают перемещение тележки относительно основания 3 стенда. 8 тележке I в продольном,ее направлении выполнен паз 4, в котором ус- 55 тановлена траверса 5, снабженная подшипниками качения 6. Размер траверсы

5 в продольном направлении меньше, чем соответствующий размер паза 4 на величину hi, и в силу этого траверса 5 имеет возможность перемещения в пазу 4 в продольном направлении на величину h1, 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 h>, 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 испытаниям следующим образом.

На преграде 13 закрепляют сменную прокладку 18, выполненную из материала реальной преграды, с.которой при эксплуатации конструкции. может произойти соударение, т.е. использование сменной

1755083 прокладки 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 h>, 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 Нд,ф., т.е. на величину расчетной деформации испытываемой оболочки 12.

Работает стенд следующим образом.

Тележку 1 с установленной на 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 исполь.зованы устройства такие, как, например, электромотор, приводящий в движение колесные пары 2; толкатели; наклонная плоскость, по которой скатывается тележка 1 и т.д, Приводится в действие разгонное устройство, 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 левое em плечо опускается, при дальнейшем . движении тележки 1 кронштейн 20 под действием 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 ее движению, Фиксация тележки 1 осуществ-. ляется в момент касания торца оболочки 12

5 преграды 13, что достигается тем, что заранее выбираются равные размеры Н: размер между преградой 13 и торцом испытываемой оболочки 12 устанавливается равным размеру между наружной поверхностью

10 упорной nhHTbl 14 и внутренней поверхностью крючка 21 кронштейна 20 (фиг.1).

Примем, что время деформирования конструкции на величину расчетной деформации Ндеф. равно г, а начало дефор15 мирования оболочки 12, т,е, момент касания штока датчика деформации 23, соответствует моменту времени г= О.

Тогда в интервале времени Л г, определяемом соотношением 0 K Лт < t>, разруша20 ется жесткий элемент 16, и дополнительное усилие, создаваемого силовозбудителем 15, воздействует на крепежную плату 9, а через нее на испытуемую оболочку 12. Воздействие на оболочку 12 дополнительного усилия

25 Р возможно по той причине, что тележка 1 зафиксирована от смещения от преграды 13 тем, что упорная плита 14 взаимодействует с крючком 21 кронштейна 20, а крепежная плата 9 имеет возможность смещаться к

30 преграде 13, так как между траверсой 5 и боковой стенкой 8 имеется зазор не менее

h> h Ндеф. (т.е. не менее величины расчетной деформации оболочки 12), Такой же зазор имеется и между крепежной панелью 9

35 и левой частью верхней стенки 8. Жесткий элемент 16 может разрушаться, например, по команде, которая выдается от системы управления, связанной с датчиком деформации 23. От соударения оболочки 12 с

40 преградой 13 оболочка 12 нагружается контактным усилием, и в тот же момент на ее элементы 24, закрепленные в ней, воздействует перегрузка, возникающая иэ-за торможения тележки 1.

При действии этих, силовых факторов испытуемая оболочка f2 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 обеспечить эквивалентность по жесткости наседающей части «онструкции.

1755083

Я

7. б

Формула и зо б ретен и я

1, Способ исследования прочности конструкции при ударе о преграду, заключающийся в том, что конструкцию разгоняют до 5 расчетной скорости и деформируют ее нэ расчетную величину, соударяя с преградой, отличающийся тем, что. с целью приближения условий испытания к натурным при одновременном упрощении испы- 10 таний, в интервале времени 0:-h,t St1 к конструкции прикладывают дополнительное усилие, направленное к преграде и обеспечивающее неизменность расчетной величины деформации конструкции, причем 15

Лтопределяется как разница между моментом времени приложения дополнительного усилия и моментом времени, начала соударения конструкции с преградой, à r1 — время, за которое деформация конструкции 20 достигает расчетной величины.

2. Стенд для исследования прочности конструкции при ударе о преграду, содержащий основание, разгонное устройство, подвижно установленное относительно ос- 25 нования, крепежную плату. установленную на разгонном устройстве и снабженную уз- лами крепления к ней испытываемой конструкции, преграду, установленную на основании стенда, и ограничитель деформации конструкции. установленный на разгонном устройстве, отличающийся 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

Фиг Я

Составитель А. Багдасарьян . Редактор Л, Веселовская Техред М,Моргентал Корректор А. Мотыль

Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1Î1