Способ испытания на прочность оболочки типа тела вращения

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: нагружают оболочку поперечной силой, которую измеряют датчиками силы, расположенными на опоре, на которой установлена оболочка. Нагружение оболочки поперечной силой осуществляют посредством действия четырех сил, векторы которых направлены от оси оболочки и проходят по линиям пересечения плоскости, перпендикулярной оси вращения оболочки, с двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, проходящими через ось вращения оболочки, при этом величину векторов сил определяют по заданным формулам. Фактические направление и величина поперечной силы определяются по заданным формулам по показаниям четырех датчиков силы, установленных на опоре в точках, лежащих на линиях пересечения двух взаимно перпендикулярных плоскостей, в которых расположены векторы сил, с плоскостью, перпендикулярной оси вращения оболочки. Технический результат: увеличение точности и повышение производительности процесса. 1 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования прочности оболочек типа тел вращения.

В технике известны различные способы испытания на прочность конструкций и их элементов (Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. - М.: Машиностроение, 1974, с.193), в которых конструкция подвергается воздействию нагружающей силы, действующей в одном направлении. При смене направления действия силы необходимо прекращать процесс испытаний и производить поворот либо силовозбудителей, либо испытуемой конструкции. Это обстоятельство снижает производительность процесса исследования прочности изделия.

Наиболее близким по технической сущности является способ испытания оболочки, используемый в устройстве для измерения сил и моментов (авторское свидетельство СССР №885833, кл. G 01 L 1 /22, публ. 1981), в котором на оболочку действует поперечная сила, создающая изгибающий момент. Под действием изгибающего момента деформируется опора, на которой установлена оболочка. Деформация регистрируется датчиками силы (тензодатчиками), по показаниям которых определяется величина и направление действия поперечной силы. Однако данный способ не дает возможности менять направление действия силовой нагрузки в процессе испытаний.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение производительности процесса исследования прочности оболочек за счет изменения величины и направления действующей на оболочку поперечной силы во время испытаний, а также воспроизведение реальных силовых воздействий, возникающих при эксплуатации конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе испытания на прочность оболочки типа тела вращения, включающем нагружение оболочки поперечной силой и ее измерение датчиками силы, расположенными на опоре, на которой установлена оболочка, нагружение оболочки поперечной силой осуществляют посредством действия четырех сил, векторы которых направлены от оси оболочки и проходят по линиям пересечения плоскости, перпендикулярной оси вращения оболочки, с двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, проходящими через ось вращения оболочки, при этом величину векторов сил определяют по формулам

где F₁, F₂, F₃, F₄ - величины векторов сил, действующих на оболочку;

α - заданный угол (направление) поперечной силы;

F- заданная величина поперечной силы;

а фактические направление и величина поперечной силы определяются по показаниям четырех датчиков силы, установленных на опоре в точках, лежащих на линиях пересечения двух взаимно перпендикулярных плоскостей, в которых расположены векторы сил, с плоскостью, перпендикулярной оси вращения оболочки, по формулам

где F_факт - фактическая величина поперечной силы;

U₁, U₂, U₃, U₄ - показания датчиков силы;

α_факт - фактический угол (направление) поперечной силы.

В основе предлагаемого способа лежит разложение вектора поперечной силы F, действующей на оболочку, на два взаимно перпендикулярных вектоpa сил F₁ и F₂ лежащих в плоскости, перпендикулярной оси вращения оболочки. В этом случае величина и направление вектора поперечной силы определяются как

,

где α - угол между векторами сил F₁ и F. Следовательно, изменяя лишь величину векторов сил F₁ и F₂, можно задавать величину и направление вектора поперечной силы в пределах 0≤а≤π/2. А для задания величины и направления действия поперечной силы в пределах 0≤α≥2π необходимо воздействие четырех взаимно перпендикулярных векторов сил F₁, F₂, F₃, F₄, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси вращения оболочки.

Описываемый способ поясняется фиг.1. Испытуемая оболочка 1 установлена на опоре 2. Векторы сил 3-6 расположены на линиях пересечения двух взаимно перпендикулярных плоскостей 7-8, проходящих через ось вращения оболочки, с плоскостью 9, перпендикулярной оси вращения оболочки. Четыре датчика силы 10-13 наклеены на опоре 2 в точках, лежащих на линиях пересечения плоскостей 7-8 с плоскостью 14, перпендикулярной оси вращения оболочки.

Предлагаемый способ испытания на прочность оболочки типа тела вращения реализован следующим образом.

Испытуемая оболочка из кварцевой керамики устанавливается на цилиндрической стальной опоре. Четыре силы воздействуют на оболочку изнутри с помощью силовозбудителей, которыми являются мешки с водой. Величина сил определяется создаваемым давлением воды в мешках. За счет постоянной площади соприкосновения мешка с оболочкой сила, действующая на оболочку, пропорциональна давлению в мешке.

Фактические величина и направление вектора поперечной силы определяются путем измерения его взаимно перпендикулярных составляющих. Для этих целей на опоре наклеиваются датчики силы (тензодатчики). Под действием нагружающей силы создается изгибающий момент, деформирующий опору. С помощью тензодатчиков регистрируется деформация, пропорциональная действующей силе. Датчик 10 используется для определения составляющей поперечной силы, действующей в направлении вектора силы F₁, датчик 11 - в направлении F₂, датчик 12 - в направлении F₃, датчик 13 - в направлении F₄. Датчики подключаются к каналам измерения деформации измерительной системы. Измерительные каналы калибруются в единицах силовой нагрузки. Таким образом, показания датчиков силы U₁, U₂, U₃, U₄ являются фактическими величинами векторов сил F₁, F₂, F₃, F₄. А для определения фактических величины и направления поперечной силы используются формулы (2).

Режим испытания:

F=F(t)

α=α(t)

воспроизводится путем непрерывного программного разложения величины и направления вектора поперечной силы на составляющие F₁, F₂, F₃, F₄ по формулам (1) и передачи этих величин в качестве задающих сигналов в систему автоматического регулирования давления в мешках. Одновременно происходит регистрация показаний тензодатчиков и программное определение фактических величины и направления вектора поперечной силы по формулам (2).

Способ, предлагаемый в данном изобретении, может быть использован для создания средств испытаний конструкций типа тел вращения, в частности, при проектировании и производстве керамических обтекателей, а также для создания техники контроля и испытания клеевых и сварных соединений трубопроводов.

Источники информации

1. Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. - М.: Машиностроение, 1974, с.193.

2. Авторское свидетельство СССР № 885833, кл. G 01 L 1/22, публ. 30.11.81 - прототип.

Способ испытания на прочность оболочки типа тела вращения, включающий нагружение оболочки поперечной силой и ее измерение датчиками силы, расположенными на опоре, на которой установлена оболочка, отличающийся тем, что нагружение оболочки поперечной силой осуществляют посредством действия четырех сил, векторы которых направлены от оси оболочки и проходят по линиям пересечения плоскости, перпендикулярной оси вращения оболочки, с двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, проходящими через ось вращения оболочки, при этом величину векторов сил определяют по формулам: F₁=Fcosα, F₂=Fsinα, F₃=0, F₄=0, при 0≤α≤π/2; F₁=0, F₂=Fsinα, F₃=-Fcosα, F₄=0, при π/2≤α≤π; F₁=0, F₂=0, F₃=-Fcosα, F₄=-Fsinα, при π≤α≤3π/2; F₁=Fcosα, F₂=0, F₃=0, F₄=-Fsinα, при 3π/2≤α≤2π, где F₁, F₂, F₃, F₄ - величины векторов сил, действующих на оболочку; α-заданный угол (направление) поперечной силы; F-заданная величина поперечной силы, а фактические направление и величина поперечной силы определяются по показаниям четырех датчиков силы, установленных на опоре в точках, лежащих на линиях пересечения двух взаимно перпендикулярных плоскостей, в которых расположены векторы сил, с плоскостью, перпендикулярной оси вращения оболочки, по формулам:

,

α_факт=arctgU₂/U₁, при 0≤α≤π/2;

,

α_факт=π-arctgU₃/U₂, при π/2≤α≤π;

,

α_факт=π+arctgU₄/U₃, при π≤α≤3π/2;

,

α_факт=2π-arctgU₄/U₁, при 3π/2≤α≤2π;

где F_факт - фактическая величина поперечной силы; U₁, U₂, U_з, U₄ - показания датчиков силы; α_факт - фактический угол(направление) поперечной силы.