Способ определения ресурса конструкции при случайном циклическом нагружении

 

Предлагаемое изобретение относится к усталостным испытаниям, к способам определения ресурса конструкции при случайных нагружениях. Цель предлагаемого изобретения - повышение точности при определении ресурса конструкции из композиционного материала за счет исключения погрешностей, связанных с его саморазогревом , и упрощение реализации способа за счет исключения необходимости изменения частоты нагружения. Конструкцию нагружают детерминированной циклической нагрузкой , период и уровень которой соответствуют средним периоду цикла и уровню случайной нагрузки, а среднее напряжение периодически изменяют с периодом , равным среднему периоду между двумя максимальными максимумами, и амплитудой, равной среднему квадратичному отношению среднего напряжения. По ресурсу конструкции при стационарном нагружении судят о ресурсе при случайном нагружении. 2 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 Й 3/32

ГОСУДАPСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4854570/28 (22) 27.07.90 (46) 30.08.92. Бюл. М 32 (72) Г.В.Сулаквелидзе (56) Клюев В.В. Испытательная техника.Кн.

1. M.: Машиностроение, 1982, с. 282 — 291. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА

КОНСТРУКЦИИ ПРИ СЛУЧАЙНОМ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ (57) Предлагаемое изобретение относится к усталостным испытаниям, к способам определения ресурса конструкции при случайных нагружениях. Цель предлагаемого изобретения — повышение точности при определении ресурса конструкции из композиционного материала за счет исключения

Изобретение относится к области усталостных испытаний, к способам определения ресурса конструкции при случайных нагружениях. Известны способы ресурсных испытаний при случайных нагружениях, при которых определяют спектр случайного нагружения и нагружают модель или образец из наиболее нагруженного места конструкции нагрузкой, спектр которой совпадает со спектром случайной нагрузки,и судят о ресурсе конструкции по ресурсу модели или образца, Недостатком таких испытаний является сложность оборудования для реализации способа, поскольку реализация нагрузки со сложным спектром требует привлечения сложных средств управления и весьма сложных средств силонагружения, Наиболее близким к заявленному является способ нагружения детерминированной переменной нагрузкой, повреждающее действие которой эквивалентно повреждающему дейст„„5Q „,, 1758492 А1 погрешностей, связанных с его саморазогревом, и упрощение реализации способа за счет исключения необходимости изменения частоты нагружения. Конструкцию нагружают детерминированной циклической нагрузкой, период и уровень которой соответствуют средним периоду цикла и уровню случайной нагрузки, а среднее напряжение периодически изменяют с периодом, равным среднему периоду между двумя "максимальными максимумами", и амплитудой, равной среднему квадратичному отношению среднего напряжения. По ресурсу конструкции при стационарном нагружении судят о ресурсе при случайном нагружении. 2 ил, вию случайного нагружения (метод испытания качающейся частотой нагружения), и судят о ресурсе конструкции при случайном нагружении по ресурсу при нагружении детерминированной нагрузкой.

Недостатками прототипа являются следующие: сложность средств плавного изменения частоты; снижение. точности нагружения, связанное с разогревом материала (особенно полимерного) при увеличении частоты, поскольку пульсации температуры дополнительно изменяют кинетику усталостного повреждения конструкции.

Применение прототипа для определения усталостного ресурса конструкции из полимерных композиционных материалов, не имеющих резонансных частот в области изменения частоты, требует значительного изменения частоты, поскольку повреждаемость таких конструкций слабо зависит от изменения частоты.

1758492

Целью изобретения является повышение точности при определении ресурса констпукции из полимерного материала за счет ис:;лючения погрешностей, связанных с его саморазагревом, и упрощения реализации способа за счет йсключения необходимости изменения частоты нагружения.

Цель достигается тем, что среднее напр жение цикла периодически изменяют с периодом, равным среднему значению ин- .::." на между соседними локальными максиглумами зависимости максимальной ,т ::. и в цикле от времени, и с амплитудой,;:.:ь;гой среднему квадратичному отклонению среднего значения в цикле случайн-,>й нагрузки.

На фиг.1 показана случайная зависимость напряжения от времени при случайн:эм нагружении; на фиг.2 — при стационарном с периодическим изменением среднего напряжения.

Устройство для реализации способа представляет собой испытательную машину, позволяющую нагружать конструкцию при периодическом изменении средней нагрузки в цикле.

Способ реализуется следующим образом.

Определяют параметры случайного нэгружения: средний период цикла нагружения, средний уровень нагрузки, среднюю длительность интервала между соседними л0кэf1ыIûìè MàксиMóMàми зависимости максимальной нагрузки от времени, среднее значение средней нагрузки в цикле и среднеквадратичное отклонение среднего значения нагрузки в цикле. Нагружают конструкцию циклической нагрузкой, пери.;д которои pBBpk среднему периоду цикла случайной нагрузки, а уровень соответствует среднему уровню случайной нагрузки.

Среднее напряжение цикла периодически изменяется периодом, равным средней дли--.: ëbHîcT ë интервала между соседними

"максимальными максимумами", и амплитудой,равной среднему квадратичному отклонению средней нагрузки в цикле. По ресурсу конструкции судят о ресурсе конструкции при слу .айном нагружении.

Пример. Определялся ресурс стеклопластиковых труб диаметром 240 мм при действии осевой пульсирующей растягивающей нагрузки, Случайная нагрузка имела следующие параметры: средний уровень соответствовал 1.1 предела выносливости на базе 1 млн. циклов, среднее квадратичное

55 составила величину порядка 5%, что имеет порядок доверительного интервала в каждой серии (при случайном нагружении доверительный интервал составил 8%, при стационарном — 4%).

В то же время при моделировании случайного процесса "качением" частоты необходимость увеличения частоты с 5 Гц до 12 приводит к на реву образца на 60 К, что уменьшает при модельных испытаниях ресурс примерно íà 30%.

Таким образом, способ не только может быть реализован более простыми средствами, чем прототип, но и повышает точность результата — в приведенном примере погрешность уменьшается с 30% до 5%.

Формула изобретения

Способ определения ресурса конструкции при случайном циклическом нагружении, заключающийся в том, что конструкцию нагружают циклической нагрузкой, средний уровень которой равен среднему уровню случайной нагрузки, а период — средней длительности цикла случайного нагружения, и определяют ресурс конструкции. по которому судят об ее ресурсе при случайном нагружении. о т л и ч а юшийся тем, что. с целью повышения точности при испытании конструкций из компоэитного материала за счет исключения погрешностей, связанных с его саморазогревом, и упрощения реализации способа за счет исключения необходимости изменения частоты нагружения, нагружение осуществляют с амплитудой, циклически изменяющейся от указанного уровня нагрузки на величину, равную среднеквадратичному отклонению среднего значения случайной нагрузки, с периодом, равным среднему значению интервала между двумя соседними максимумами нагрузки при случайном нагружении, отношение равно 0,1 предела выносливости, средняя частота (по среднему периоду) циклического нагружения 5 Гц, среднее время между "максимальными максимумами"—

2,8 с. Были нагружены 15 оболочек при случайном нагружении на специальном стенде, включающем в систему управления нагрузкой программное средством с задатчиком случайной величины нагрузки.

10 . Другая партия из 15 оболочек была нагружена согласно заявленному способу, Среднее значение ресурса оболочек при нагружении согласно заявленному способу составило 4,95 часа, Погрешность способа

1758492 бага

Составитель Г.Сулуквелидзе

Техред М.Моргентап Корректор И.Шмакова

Редактор О.Спесивых

Заказ 2993 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, 101