Способ механических испытаний и стенд для его реализации
Владельцы патента RU 2568178:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний объектов на воздействие перегрузок. Способ заключается в размещении в полости ствола контейнера со столом с установленным на нем ОИ. При воздействии на контейнер продуктов взрыва происходит его ускоренное перемещение в полости ствола. В ходе перемещения контейнера в полости ствола в заданные моменты времени начинают и останавливают вращение стола относительно оси, перпендикулярной продольной оси ствола. Стенд содержит источник газов высокого давления, сообщающийся с камерой высокого давления, соединенной с полостью ствола, установленный в стволе контейнер в виде полого поршня, связанный с контейнером стол, предназначенный для закрепления ОИ, тормозное устройство. В контейнере дополнительно размещено по крайней мере одно устройство вращения и по крайней мере один ограничитель вращения стола. Стол закреплен с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной продольной оси ствола, на кронштейне, жестко закрепленном в контейнере. Предусмотрены различные варианты расположения в контейнере центров масс сборки стола с ОИ и центра масс ОИ. Технический результат - обеспечение возможности оценки стойкости ОИ к динамическим нагрузкам, близким к реализующимся в натурных условиях, и широкий спектр вариантов нагружения, из которых можно выбрать необходимый для обеспечения заданного изменения амплитуды и направления ускорения относительно геометрических осей ОИ. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретения относятся к испытательной технике и могут быть использованы для испытаний объектов на воздействие перегрузок.
Известна установка для динамических испытаний, содержащая камеру высокого давления, соединенную с предпоршневой полостью ствола, установленный в стволе контейнер, стол для закрепления объекта испытаний (ОИ), связанный с контейнером посредством резонатора в виде упругой мембраны, жестко прикрепленной по внешнему контуру к контейнеру, и тормозное устройство. Установка снабжена приспособлением для предварительной деформации резонатора и упором для поршня. Стол связан со стволом разрушаемым элементом в виде резьбовой шпильки с калиброванным ослабленным сечением, один конец которой связан со столом, а другой пропущен через осевое отверстие в задней стенке ствола. Приспособление для предварительной деформации мембраны выполнено в виде расположенной с внешней стороны задней стенки ствола гайки, навинченной на другой конец шпильки (см. а.с. СССР №1567902, МПК5 G01M 7/00, опубл. 30.05.90, бюл. №20). Данная установка выбрана в качестве прототипа для заявляемого стенда.
При работе данной установки реализуется способ механических испытаний, в ходе которого на размещенный в полости ствола контейнер со столом с установленным на нем ОИ воздействуют высоким давлением сжатого газа. При определенном давлении в предпоршневой полости происходит разрушение шпильки по ослабленному сечению. В момент разрушения шпильки возбуждают колебания стола (осуществляют дополнительное воздействие на стол). Одновременно с действием колебаний изделие подвергают действию ударного импульса, параметры которого формируют в процессе ускоренного движения поршня в стволе под действием силы давления газа в предпоршневой полости. Данный способ выбран в качестве прототипа для заявляемого способа.
Недостатками этих способа и установки являются:
- невозможность изменения направления (вращения вектора) ускорения относительно геометрических осей ОИ в процессе нагружения (известное устройство может изменять направление ускорения (плюс-минус) только по одной линии, параллельной оси ствола);
- изменение амплитуды ускорения возможно только лишь параметрами внешнего однонаправленного воздействия, реализующегося в результате совместного действия сжатого воздуха и упругих сил крепления стола с ОИ.
Решаемой технической задачей является создание способа и стенда, обеспечивающих в процессе нагружения заданное изменение амплитуды и направления (вращения вектора) ускорения относительно геометрических осей ОИ.
Ожидаемый технический результат - оценка стойкости ОИ к динамическим нагрузкам, близким к реализующимся в натурных условиях.
Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе механических испытаний, включающем размещение в полости ствола контейнера со столом с установленным на нем ОИ, ускоренное перемещение контейнера в полости ствола под действием газов высокого давления при осуществлении дополнительного воздействия на стол, в отличие от прототипа при ускоренном перемещении контейнера в полости ствола в заданные моменты времени начинают и останавливают вращение стола относительно оси, перпендикулярной продольной оси ствола.
ОИ и стол могут быть закреплены в контейнере таким образом, что центры масс сборки стола с ОИ и ОИ расположены на оси вращения стола.
ОИ и стол могут быть закреплены в контейнере таким образом, что центр масс сборки стола с ОИ расположен не на оси вращения стола, а центр масс ОИ расположен на оси вращения стола.
ОИ и стол могут быть закреплены в контейнере таким образом, что центр масс сборки стола с ОИ расположен на оси вращения стола, а центр масс ОИ расположен не на оси вращения стола.
ОИ и стол могут быть закреплены в контейнере таким образом, что центры масс сборки стола с ОИ и ОИ расположены не на оси вращения стола.
Технический результат достигается также за счет того, что в заявляемом стенде для механических испытаний, содержащем источник газов высокого давления, камеру высокого давления, соединенную с полостью ствола, установленный в стволе контейнер, связанный с контейнером стол, предназначенный для закрепления ОИ, тормозное устройство, в отличие от прототипа контейнер дополнительно снабжен по крайней мере одним устройством вращения и по крайней мере одним ограничителем вращения стола, стол закреплен с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной продольной оси ствола, на кронштейне, связанном с контейнером.
ОИ и стол могут быть установлены в контейнере таким образом, что центры масс сборки стола с ОИ и ОИ расположены на оси вращения стола.
ОИ и стол могут быть установлены в контейнере таким образом, что центр масс сборки стола с ОИ расположен не на оси вращения стола, а центр масс ОИ расположен на оси вращения стола.
ОИ и стол могут быть установлены в контейнере таким образом, что центр масс сборки стола с ОИ расположен на оси вращения стола, а центр масс ОИ расположен не на оси вращения стола.
ОИ и стол могут быть установлены в контейнере таким образом, что центры масс сборки стола с ОИ и ОИ расположены не на оси вращения стола.
Выполнение стенда для механических испытаний содержащим источник газов высокого давления, тормозное устройство, камеру высокого давления, соединенную с полостью ствола, установка в стволе контейнера в виде полого поршня, размещение в контейнере связанного с контейнером стола, предназначенного для закрепления объекта испытаний, тормозное устройство, снабжение контейнера дополнительно по крайней мере одним устройством вращения и по крайней мере одним ограничителем вращения стола, закрепление стола с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной продольной оси ствола, на кронштейне, жестко закрепленном в контейнере, позволяет в ходе перемещения контейнера в полости ствола в заданные моменты времени вращать и останавливать вращение стола относительно оси, перпендикулярной продольной оси ствола, и за счет этого обеспечить в процессе нагружения заданное изменение амплитуды и направления (вращения вектора) ускорения относительно геометрических осей ОИ.
Установка ОИ и стола таким образом, что центр масс сборки стол с ОИ и ОИ расположены на оси вращения стола или центр масс сборки стол с ОИ расположен не на оси вращения стола, а центр масс ОИ расположен на оси вращения стола, или центр масс сборки стол с ОИ расположены на оси вращения стола, а центр масс ОИ расположен не на оси вращения стола, или центр масс сборки стол с ОИ и ОИ расположены не на оси вращения стола позволяет с учетом инерционных сил вращающихся масс обеспечить широкий спектр вариантов нагружения, из которых можно выбрать необходимый для обеспечения заданного изменения амплитуды и направления ускорения относительно геометрических осей ОИ.
Изобретения поясняются фигурами:
- на фиг. 1 изображен общий вид стенда;
- на фигурах 2-9 изображены варианты расположения центров масс сборки стола с ОИ и центра масс ОИ относительно оси вращения и соответствующие вариантам векторные диаграммы ускорения.
Стенд (см. фигуру 1) содержит камеру высокого давления 1 с источником газов высокого давления (ИГВД) 2, например зарядом взрывчатого вещества (ВВ), соединенную с полостью ствола 3, установленный в стволе контейнер 4. В контейнере 4 (см. фигуры 2, 4, 6, 8) размещен стол 5 для закрепления ОИ 6, связанный с контейнером 4 посредством кронштейна 7, жестко закрепленного в контейнере 4.
Стол 5 соединен с кронштейном 7 с возможностью вращения относительно оси 8, перпендикулярной продольной оси ствола 3. В контейнере 4 также размещено по крайней мере одно устройство 9 вращения стола 5 с ОИ 6 (например, пиротолкатель, взаимодействующий со столом 5 так, что направление действия его силы лежит в плоскости вращения стола 5 с ОИ 6 и не пересекается с осью 8).
В контейнере 4 также установлен по крайней мере один ограничитель 10 вращения стола 5.
На выходе из ствола 3 расположено тормозное устройство 11.
Стенд может быть выполнен таким образом, что центры масс сборки стола 5 с ОИ 6 и ОИ 6 расположены на оси 8 вращения стола 5 (см. фиг.2) или центр масс ОИ 6 расположен на оси 8 вращения стола, а центр масс сборки стола 5 с ОИ 6 не расположен на оси 8 вращения стола 5 (см. фиг.4), или центр масс сборки стола 5 с ОИ 6 расположен на оси вращения 8 стола 5, а центр масс ОИ 6 не расположен на оси вращения 8 стола 5 (см. фиг.6), или центры масс сборки стола 5 с ОИ 6 и ОИ 6 не расположены на оси вращения 8 стола 5 (см. фиг.8).
Способ механических испытаний осуществляется при работе стенда следующим образом.
Перед проведением испытаний для заданной зависимости изменения ускорения ОИ по амплитуде и направлению подбирают (в зависимости от инерционно-массовых характеристик сборки стола 5 с ОИ 6, кронштейна 7 и контейнера 4 в целом) одно из положений центров масс сборки стола 5 с ОИ 6 и ОИ 6 относительно оси вращения 8 стола 5 начальное положение центра масс ОИ относительно оси стенда, определяемое углом α (угол между продольной осью ОИ и осью стенда), параметры заряжания ИГВД 2, параметры устройства 9 вращения стола 5 с ОИ 6, положение ограничителя 10 вращения, его демпфирующие характеристики.
Затем запускают ИГВД 2 и (при необходимости с заданной задержкой) устройство 9 вращения стола 5 с ОИ 6.
Под действием давления в продуктах взрыва контейнер 4 с ОИ 6 совершает ускоренно-поступательное движение в стволе 3, в тоже время под действием сил устройства 9 вращения происходит ускоренное вращение стола 5 с ОИ 6 относительно оси 8. Т.е. в процессе нагружения за счет изменения углового положения ОИ и появления составляющих ускорения (радиального и тангенциального) происходит заданное изменение амплитуды и направления (вращение вектора) ускорения относительно геометрических осей ОИ.
Затем останавливают вращение сборки стола 5 с ОИ 6 ограничителем 10 вращения, а контейнер 4 останавливают с заданными перегрузками при помощи тормозного устройства 11.
В случае применения первого варианта закрепления ОИ и стола (центры масс сборки стола 5 с ОИ 6 и ОИ 6 расположены на оси 8 вращения стола 5) в центре масс ОИ 6 реализуется ускорение по направлению и амплитуде, обусловленное направлением действия нагрузки от давления в продуктах взрыва ИГВД 2. Направление ускорения относительно геометрических осей ОИ меняется соответственно углу поворота ОИ 6 относительно оси 8 вращения.
При применении второго варианта закрепления ОИ 6 и стола 5 (центр масс сборки стола 5 с ОИ 6 не расположен на оси 8 вращения, а центр масс ОИ 6 расположен на оси вращения 8 стола 5) к моменту сил устройства 9 вращения добавляется момент от инерционных сил сборки стола 5 с ОИ 6, который может уменьшить (или увеличить) суммарный момент вращения сборки стола с ОИ 6 в зависимости от ее положения. И кроме того, момент от инерционных сил сборки стола 5 с ОИ 6 может погасить скорость ее вращения после окончания работы устройства 9 вращения, что в свою очередь позволит снизить силы, действующие на сборку стола 5 с ОИ 6 от ограничителя 10 вращения.
При применении третьего варианта закрепления ОИ 6 и стола 5 (центр масс сборки стола 5 с ОИ 6 расположен на оси 8 вращения, а центр масс ОИ 6 не расположен на оси вращения 8 стола 5) за счет момента сил устройства 9 вращения в процессе нагружения дополнительно изменяется направление действия ускорения в центре масс ОИ 6 и его амплитуда (см. фиг. 7), а варьируя моментом вращения сил, можно обеспечивать закон изменения амплитуды ускорения, отличный от реализуемых в первом и втором вариантах.
При применении четвертого варианта закрепления ОИ 6 и стола 5 (центры масс сборки стола 5 с ОИ 6 и ОИ 6 не расположены на оси 8 вращения стола 5) в работу добавляется момент инерционной силы сборки стола 5 с ОИ 6, что позволяет в большей степени варьировать как направлением ускорения, так и амплитудой, а также скоростью вращения сборки стола 5 с ОИ 6 после окончания работы устройства 9 вращения.
Таким образом, предложенные способ механических испытаний и стенд для его реализации, по сравнению с прототипами, позволяют обеспечить в процессе нагружения заданное изменение амплитуды и направления ускорения относительно геометрических осей ОИ, что дает возможность проводить оценку стойкости ОИ к динамическим нагрузкам, близким к реализующимся в натурных условиях.
1. Способ механических испытаний, включающий размещение в полости ствола контейнера со столом с установленным на нем объектом испытаний (ОИ), ускоренное перемещение контейнера в полости ствола под действием газов высокого давления при осуществлении дополнительного воздействия на стол, отличающийся тем, что в ходе перемещения контейнера в полости ствола в заданные моменты времени начинают и останавливают вращение стола относительно оси, перпендикулярной продольной оси ствола.
2. Способ механических испытаний по п.1, отличающийся тем, что ОИ и стол закрепляют в контейнере таким образом, что центры масс сборки стола с ОИ и ОИ расположены на оси вращения стола.
3. Способ механических испытаний по п.1, отличающийся тем, что ОИ и стол закрепляют в контейнере таким образом, что центр масс сборки стола с ОИ расположен не на оси вращения стола, а центр масс ОИ расположен на оси вращения стола.
4. Способ механических испытаний по п.1, отличающийся тем, что ОИ и стол закрепляют в контейнере таким образом, что центр масс сборки стола с ОИ расположен на оси вращения стола, а центр масс ОИ расположен не на оси вращения стола.
5. Способ механических испытаний по п.1, отличающийся тем, что ОИ и стол закрепляют в контейнере таким образом, что центры масс сборки стола с ОИ и ОИ расположены не на оси вращения стола.
6. Стенд для механических испытаний, содержащий источник газов высокого давления, камеру высокого давления, соединенную с полостью ствола, установленный в стволе контейнер, связанный с контейнером стол, предназначенный для закрепления объекта испытаний, тормозное устройство, отличающийся тем, что контейнер дополнительно снабжен по крайней мере одним устройством вращения и по крайней мере одним ограничителем вращения стола, стол закреплен с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной продольной оси ствола, на кронштейне, связанном с контейнером.
7. Стенд для механических испытаний по п.6, отличающийся тем, что ОИ и стол установлены таким образом, что центры масс сборки стола с ОИ и ОИ расположены на оси вращения стола.
8. Стенд для механических испытаний по п.6, отличающийся тем, что ОИ и стол установлены таким образом, что центр масс сборки стола с ОИ расположен не на оси вращения стола, а центр масс ОИ расположен на оси вращения стола.
9. Стенд для механических испытаний по п.6, отличающийся тем, что ОИ и стол установлены таким образом, что центр масс сборки стола с ОИ расположен на оси вращения стола, а центр масс ОИ расположен не на оси вращения стола.
10. Стенд для механических испытаний по п.6, отличающийся тем, что ОИ и стол установлены таким образом, что центры масс сборки стола с ОИ и ОИ расположены не на оси вращения стола.
