Способ испытания керамических оболочек обтекателей
Владельцы патента RU 2620782:
Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" (RU)
Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки и исследования прочности керамических оболочек при наземных испытаниях в составе обтекателей. Сущность: осуществляют приложение статической нагрузки с помощью камеры из эластичного материала, помещенной внутрь испытуемой оболочки, к наиболее напряженной зоне оболочки, определяемой заданными условиями нагружения, и вычисление напряженного объема материала этой зоны расчетными методами. В соответствии с заданными режимами наземных испытаний керамических оболочек в составе обтекателей вычисляют напряженный объем материала оболочки при наземных испытаниях в составе обтекателя с использованием уравнений общей теории оболочек вращения или приближенными численными методами. С учетом вычисленных напряженных объемов определяют величину растягивающих напряжений, эквивалентную растягивающим напряжениям в напряженном объеме материала оболочки при нагружении обтекателя эксплуатационной нагрузкой, и по ней определяют предельно допустимое давление при заданной вероятности неразрушения керамической оболочки. Технический результат: повышение достоверности соответствия результатов испытаний по оценке прочности керамических оболочек при нагружении внутренним давлением на промежуточных операциях изготовления обтекателей результатам наземных испытаний керамических оболочек в составе обтекателей за счет использования обоснованного расчетного метода для установления уровня прикладываемого давления, учитывающего условия нагружения обтекателей эксплуатационными нагрузками и, следовательно, на повышение эффективности результатов испытаний и, таким образом, на повышение точности оценки их несущей способности.
Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки и исследования прочности керамических оболочек при наземных испытаниях в составе обтекателей.
Известен способ испытания оболочечных конструкций, в частности металлических труб, на прочность и герметичность, предусматривающий гидростатическое нагружение их внутренним давлением, причем величина пробного давления определяется в зависимости от диаметра и толщины стенки трубы (ГОСТ 3847-75. Трубы металлические. Методы испытания гидравлическим давлением). Известен способ испытаний цилиндрических оболочек, нагруженных внешним давлением, в котором равномерное распределение нагрузки по всей внешней поверхности испытуемой конструкции достигается тем, что нагружение осуществляют с помощью камеры из эластичного материала, имеющей торовое сечение (Авт.свид. СССР №324538, МКИ G01М 19/00, БИ №2, 1972). Известен способ испытания оболочек, включающий приложение статической нагрузки, равномерно распределенной по поверхности испытуемой оболочки с помощью камеры из эластичного материала, имеющей торовое сечение и соединенной с источником давления. Камеру помещают внутрь испытуемой оболочки и наполняют рабочим веществом до получения требуемой величины статической нагрузки (Патент RU 2242739, МПК G01N 3/12, публикация патента: 20.12.2004, Способ испытания оболочек и устройство для его осуществления).
Однако эти способы не обеспечивают соответствия условий испытания характеру и величине задаваемых нагрузок при оценке прочности оболочек из керамики: хрупкого материала, на прочность которого существенное влияние оказывает масштабный фактор, и, следовательно, вносят определенную ошибку при оценке несущей способности оболочек.
Задачей заявляемого изобретения является повышение достоверности соответствия результатов испытаний по оценке прочности керамических оболочек при нагружении внутренним давлением на промежуточных операциях изготовления обтекателей результатам наземных испытаниях керамических оболочек в составе обтекателей за счет использования обоснованного расчетного метода для установления уровня прикладываемого давления, учитывающего условия нагружения обтекателей эксплуатационными нагрузками и, таким образом, повышение эффективности результатов испытаний.
Поставленная задача достигается тем, что в способе испытания керамических оболочек обтекателей давлением, включающем приложение статической нагрузки с помощью камеры из эластичного материала, помещенной внутрь испытуемой оболочки, к наиболее напряженной зоне оболочки, вычисление напряженного объема материала этой зоны расчетными методами, определяют, в соответствии с заданными режимами наземных испытаний керамических оболочек в составе обтекателей, напряженный объем материала оболочки при наземных испытаний с использованием уравнений общей теории оболочек вращения или приближенными численными методами, определяют величину растягивающих напряжений, эквивалентную растягивающим напряжениям в напряженном объеме материала оболочки при нагружении обтекателя эксплуатационной нагрузкой
где σр - максимальное значение растягивающих напряжений в напряженном объеме материала оболочки при нагружении обтекателя эксплуатационной нагрузкой; Veƒ - напряженный объем материала оболочки; Vэкв - напряженный объем материала оболочки при наземной отработке в составе обтекателя; m - модуль Вейбулла, и определяют предельно допустимое давление при заданной вероятности неразрушения керамической оболочки
где r - радиус нейтрального сечения напряженного объема материала оболочки; h - толщина стенки оболочки в напряженной зоне; Ra - заданная вероятность неразрушения керамической оболочки; Г(.) - гамма-функция.
Сравнение заявляемого способа с прототипом показывает, что способ отличается от известного тем, что:
- при испытаниях керамических оболочек внутренним давлением в напряженном объеме материала оболочки создают растягивающие напряжения σэкв, эквивалентные растягивающим напряжением в напряженном объеме материала оболочки при нагружении эксплуатационной нагрузкой в составе обтекателя при наземных испытаниях, вычисляемые по соответствующему выражению с учетом этих напряженных объемов;
- прикладываемое при испытании керамических оболочек давление определяют по соответствующему выражению с учетом уровня σэкв и заданной вероятности их неразрушения.
При изучении других технических решений в данной области техники установлено, что данные признаки ранее не встречались, таким образом, вся совокупность признаков заявляемого способа является новой, и он соответствует критерию изобретения «новизна».
Именно наличие вышеназванных отличительных признаков обеспечивает достижение указанного технического результата изобретения - повышение достоверности соответствия результатов испытаний по оценке прочности керамических оболочек при нагружении внутренним давлением результатам наземных испытаний керамических оболочек в составе обтекателей и, следовательно, обеспечивает повышение эффективности результатов испытаний, в результате чего повышается точность оценки их несущей способности. Таким образом, заявляемое техническое решение - способ соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ испытания может найти применение в процессе производства и при проведении опытно-конструкторских работ, для оценки, исследования и моделирования прочностной надежности керамических оболочек при приложении к ним нагрузок эквивалентных эксплуатационным нагрузкам при наземных испытаниях в составе обтекателей.
Способ испытания керамических оболочек обтекателей давлением, включающий приложение статической нагрузки с помощью камеры из эластичного материала, помещенной внутрь испытуемой оболочки, к наиболее напряженной зоне оболочки, определяемой заданными условиями нагружения, вычисление напряженного объема материала этой зоны расчетными методами, отличающийся тем, что в соответствии с заданными режимами наземных испытаний керамических оболочек в составе обтекателей вычисляют напряженный объем материала оболочки при наземных испытаниях в составе обтекателя с использованием уравнений общей теории оболочек вращения или приближенными численными методами, определяют величину растягивающих напряжений, эквивалентную растягивающим напряжениям в напряженном объеме материала оболочки при нагружении обтекателя эксплуатационной нагрузкой
где σр - максимальное значение растягивающих напряжений в напряженном объеме материала оболочки при нагружении обтекателя эксплуатационной нагрузкой; 
- напряженный объем материала оболочки; Vэкв - напряженный объем материала оболочки при наземных испытаниях в составе обтекателя; m - модуль Вейбулла, и определяют предельно допустимое давление при заданной вероятности неразрушения керамической оболочки
где r - радиус нейтрального сечения напряженного объема материала оболочки; h - толщина стенки оболочки в напряженной зоне; Ra - заданная вероятность неразрушения керамической оболочки; Г(.) - гамма-функция.
