Устройство для динамических испытаний

Авторы патента:

Поносова Любовь Валерьевна (RU)

Краюхин Сергей Александрович (RU)

G01M7/08 - испытания на ударные нагрузки

Владельцы патента RU 2702693:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания объектов на воздействие интенсивных механических нагрузок. Устройство содержит металлическое основание, имеющее заходящую в ствол разгонного устройства стенда динамических испытаний цилиндрическую хвостовую часть и надкалиберную часть, выполненную с возможностью установки объекта испытаний (ОИ) и соединенную с опорой скольжения, выполненной в виде башмака, охватывающего рельсовую направляющую. На расстоянии от заднего торца хвостовой части основания выполнены две сходящиеся по направлению движения устройства лыски, симметричные относительно вертикальной продольной плоскости основания, переходящие на его надкалиберную часть и расходящиеся с образованием ребер жесткости в передней части основания. Башмак соединен с основанием с упором в передний торец основания, при этом передняя внутренняя кромка части башмака, охватывающей рельсовую направляющую, выполнена выступающей вперед по направлению движения устройства относительно переднего торца основания. Лыски могут быть выполнены вертикальными или сходящимися вверх. Технический результат заключается в снижении массы устройства для динамических испытаний при жесткостных и прочностных характеристиках его конструкции. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к испытательной технике. Область использования - испытание объектов на воздействие интенсивных механических нагрузок.

Известно устройство для размещения и механического нагружения объекта испытаний (ОИ) в процессе разгона под действием давления пороховых газов, описанное в патенте RU №2280849 «Стенд для динамических испытаний» (МПК G01M 7/08 (2006.01), опубл. 27.07.2006 Бюл. №21), выполненное в виде поршня, состоящего из заходной части и выступающей части, представляющей собой платформу для закрепления ОИ. Платформа снабжена захватами для скольжения по направляющим.

Известно устройство для динамических испытаний - контейнер, предназначенный для размещения и механического нагружения ОИ в процессе разгона под действием давления пороховых газов, описанный в патенте RU №2467300 «Стенд динамических испытаний» (МПК G01M 7/08 (2006.01), опубл. 20.11.2012 Бюл. №32), содержащий заходящую в ствол разгонного устройства цилиндрическую металлическую хвостовую часть и надкалиберную часть, соединенную с опорами скольжения, выполненными в виде башмаков, охватывающих рельсовую направляющую. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Повышение пикового ударного ускорения ОИ, воспроизводимого на стенде динамических испытаний, сопряжено с необходимостью снижения массы устройства для динамических испытаний (контейнера) при заданных его продольных и поперечных габаритах. При этом жесткостные и прочностные характеристики конструкции устройства для динамических испытаний должны сохранять его целостность во время и после воздействия интенсивного механического нагружения. Конструкции аналога и прототипа не позволяют обеспечить воспроизведение на стенде динамических испытаний пикового ударного ускорения ОИ более 200000 м/с² с длительностью его действия не менее 1,5 мс.

Таким образом, решаемой технической проблемой является создание устройства для динамических испытаний, обеспечивающего размещение и интенсивное механическое нагружение ОИ на стенде динамических испытаний с параметрами, моделирующими условия его натурного применения.

Технический результат заключается в снижении массы устройства для динамических испытаний при жесткостных и прочностных характеристиках его конструкции, обеспечивающих в процессе разгона устройства для динамических испытаний под действием давления пороховых газов в стволе разгонного устройства стенда динамических испытаний механическое нагружение размещенного на устройстве для динамических испытаний ОИ с воспроизведением пикового ударного ускорения более 200000 м/с² и длительностью его действия не менее 1,5 мс.

Технический результат достигается за счет применения устройства для динамических испытаний, содержащего металлическое основание, имеющее заходящую в ствол разгонного устройства стенда динамических испытаний цилиндрическую хвостовую часть и надкалиберную часть, выполненную с возможностью установки ОИ и соединенную с опорой скольжения, выполненной в виде башмака, охватывающего рельсовую направляющую.

В отличие от прототипа в заявляемом устройстве для динамических испытаний на расстоянии от заднего торца хвостовой части основания выполнены две сходящиеся по направлению движения устройства лыски, симметричные относительно вертикальной продольной плоскости основания, переходящие на его надкалиберную часть и расходящиеся с образованием ребер жесткости в передней части основания, выполненной с возможностью установки ОИ, башмак соединен с основанием с упором в передний торец основания, при этом передняя внутренняя кромка части башмака, охватывающей рельсовую направляющую, выполнена выступающей вперед по направлению движения устройства относительно переднего торца основания.

Лыски могут быть выполнены вертикальными или сходящимися вверх.

Выполнение на расстоянии от заднего торца хвостовой части основания двух лысок, переходящих на его надкалиберную часть, позволяет существенно снизить массу устройства для динамических испытаний, что обеспечивает возможность реализации на стенде механического нагружения ОИ с воспроизведением большей величины пикового ускорения.

Выполнение лысок сходящимися по направлению движения устройства для динамических испытаний позволяет спрофилировать основание из условия равнопрочности по длине хвостовой части.

Выполнение лысок симметричными относительно вертикальной продольной плоскости основания позволяет обеспечить высокую жесткость основания в вертикальной плоскости, в которой при разгоне устройства для динамических испытаний в стволе разгонного устройства стенда появляется изгибающий момент (появление момента обусловлено тем, что башмак крепится в нижней части основания и из-за этого центр масс устройства для динамических испытаний смещается вниз относительно оси приложения нагрузки).

Образование ребер жесткости в передней части основания позволяет организовать площадку для установки ОИ и средств регистрации ударного ускорения (акселерометров и бортовых регистрирующих приборов) на устройстве для динамических испытаний.

Соединение башмака с основанием с упором в передний торец основания, при условии, что передняя внутренняя кромка части башмака, охватывающей рельсовую направляющую, выполнена выступающей вперед по направлению движения устройства для динамических испытаний относительно переднего торца основания, позволяет надежно зафиксировать башмак между основанием и верхней поверхностью головки рельсовой направляющей и, тем самым, сместить нагрузку с крепежных элементов башмака (болтов) и их посадочных мест (отверстий в основании, являющихся концентраторами напряжений) на поверхность упора башмака на передний торец основания. Это позволяет повысить стойкость устройства для динамических испытаний к воздействию интенсивного механического нагружения, воспроизводимого на стенде при проведении динамических испытаний ОИ.

Выполнение лысок вертикальными обеспечивает симметричность конструкции основания относительно горизонтальной плоскости, что позволяет выполнить два посадочных места под башмак. По мере износа одного посадочного места под башмак может быть использовано второе, что в целом, повышает ресурс устройства для динамических испытаний.

Выполнение лысок сходящимися вверх позволяет спрофилировать основание из условия равнопрочности по высоте хвостовой части.

Заявляемое устройство для динамических испытаний поясняется рисунками: фиг. 1 - схема стенда динамических испытаний; фиг. 2 - схема устройства для динамических испытаний (вид справа); фиг. 3 - схема устройства для динамических испытаний (вид сверху); фиг. 4 - схема устройства для динамических испытаний (вид спереди); фиг. 5 - поперечный разрез А-А хвостовой части основания (лыски выполнены вертикальными); фиг. 6 - поперечный разрез А-А хвостовой части основания (лыски выполнены сходящимися вверх).

Стенд (фиг. 1) динамических испытаний, при функционировании которого используется заявляемое устройство 1 для динамических испытаний ОИ 2, состоит из разгонного устройства 3 и рельсовой направляющей 4. Основными элементами разгонного устройства 3 являются ствол 5, источник давления 6 (например, пороховой заряд или заряд взрывчатого вещества) и инициирующее устройство 7 (например, пиропатрон или детонатор).

Устройство (фиг. 2) для динамических испытаний ОИ 2 содержит металлическое основание 8, имеющее заходящую в ствол 5 разгонного устройства 3 стенда динамических испытаний цилиндрическую хвостовую часть 9 и надкалиберную часть 10, выполненную с возможностью установки ОИ 2. Надкалиберная часть 10 основания 8 соединена с опорой скольжения 11, выполненной в виде башмака, охватывающего головку 12 рельсовой направляющей 4. На расстоянии от заднего торца 13 (фиг. 3) хвостовой части 9 основания 8 выполнены две сходящиеся по направлению движения устройства лыски 14, симметричные относительно вертикальной продольной плоскости 15 симметрия основания 8, переходящие на его надкалиберную часть 10 и расходящиеся с образованием ребер жесткости 16 в передней части основания 8.

Башмак 11 (в данном примере исполнения) выполнен (фиг. 2, фиг. 4) состоящим из следующих элементов: скобы 28, охватывающей головку рельсовой направляющей 4, стойки 29, при помощи которой башмак 11 фиксируется крепежными элементами 23 в нижней части основания 8, опорной пяты 30, выполненной в передней по направлению движения части башмака 11. Башмак 11 соединен с основанием 8 с упором пяты 30 в передний торец 17 основания. При этом передняя внутренняя кромка 18 части башмака 11 (передняя внутренняя кромка скобы 28), охватывающей головку 12 рельсовой направляющей 4, выступает вперед по направлению движения устройства относительно переднего торца 17 основания 8.

Лыски 14 могут быть выполнены вертикальными (фиг. 5) или сходящимися вверх (фиг. 6).

Для исключения прорыва пороховых газов или продуктов взрыва заряда ВВ в зазор между цилиндрической поверхностью хвостовой части 9 основания 8 (фиг. 2) и стенкой ствола 5 (фиг. 1) в составе заявляемого устройства 1 для динамических испытаний используется обтюрирующее кольцо 19 (фиг. 2).

Передняя часть основания 8 выполнена с возможностью установки средств 20 регистрации ускорения (акселерометров, бортовых регистрирующих приборов).

Заявляемое устройство для динамических испытаний ОИ, функционирует следующим образом.

После подачи электрического импульса на инициирующее устройство 7 стенда динамических испытаний (фиг. 1) происходит воспламенение порохового заряда 6 или подрыв заряда ВВ и формирование в объеме 21 ствола 5 разгонного устройства 3 высокого давления. Под действием давления осуществляется разгон заявляемого устройства 1 для динамических испытаний, в процессе которого размещенный в (на) нем ОИ 2 нагружается механическим импульсом с воспроизведением требуемых параметров ударного ускорения. После завершения разгона устройство 1 с ОИ 2 при помощи опоры скольжения 11 движется по рельсовой направляющей 4 и тормозится под действием возникающих при этом сил трения и аэродинамического сопротивления.

Выполнение лысок 14 позволяет существенно снизить массу устройства 1 для динамических испытаний, что обеспечивает возможность реализации на стенде механического нагружения ОИ 2 с воспроизведением большей величины пикового ускорения. Выполнение лысок 14 сходящимися позволяет спрофилировать основание 8 из условия равнопрочности по длине хвостовой части 9. А выполнение лысок 14 симметричными относительно вертикальной продольной плоскости 15 основания 8 позволяет обеспечить высокую жесткость основания 8 в вертикальной плоскости, в которой при разгоне устройства 1 в стволе 5 разгонного устройства 3 стенда появляется изгибающий момент. Появление момента обусловлено тем, что башмак 11 крепится в нижней части основания 8 и из-за этого центр масс устройства 1 для динамических испытаний смещается вниз относительно оси 22 приложения нагрузки.

За счет надежной фиксации башмака 11 между основанием 8 и верхней поверхностью головки 12 рельсовой направляющей 4 нагрузка с крепежных элементов башмака (болтов) 23 и их посадочных мест 24 (отверстий в основании 8, являющихся концентраторами напряжений) смещается на поверхность упора 25 башмака 11 на передний торец 17 основания 8.

Выполнение лысок 14 вертикальными (фиг. 5) обеспечивает симметричность конструкции основания относительно горизонтальной плоскости 26 (фиг. 2), что позволяет выполнить два посадочных места 27 под башмак 11. По мере износа одного посадочного места 27 под башмак может быть использовано второе, что в целом, повышает ресурс устройства для динамических испытаний.

Выполнение лысок 14 сходящимися вверх (фиг. 6) позволяет спрофилировать основание 8 из условия равнопрочности по высоте h хвостовой части.

Таким образом, использование заявляемого устройства для динамических испытаний за счет снижения его массы и реализации требуемых жесткостных и прочностных характеристик конструкции позволяет обеспечить на стенде динамических испытаний интенсивное механическое нагружение размещенного на устройстве ОИ с пиковым ускорением более 200000 м/с² и длительностью его действия не менее 1,5 мс.

Предлагаемое устройство для динамических испытаний успешно прошло экспериментальную проверку.

1. Устройство для динамических испытаний, содержащее металлическое основание, имеющее заходящую в ствол разгонного устройства стенда динамических испытаний цилиндрическую хвостовую часть и надкалиберную часть, выполненную с возможностью установки объекта испытаний и соединенную с опорой скольжения, выполненной в виде башмака, охватывающего рельсовую направляющую, отличающееся тем, что на расстоянии от заднего торца хвостовой части основания выполнены две сходящиеся по направлению движения устройства лыски, симметричные относительно вертикальной продольной плоскости основания, переходящие на его надкалиберную часть и расходящиеся с образованием ребер жесткости в передней части основания, башмак соединен с основанием с упором в передний торец основания, при этом передняя внутренняя кромка части башмака, охватывающей рельсовую направляющую, выполнена выступающей вперед по направлению движения устройства относительно переднего торца основания.

2. Устройство для динамических испытаний по п. 1, отличающееся тем, что лыски выполнены вертикальными.

3. Устройство для динамических испытаний по п. 1, отличающееся тем, что лыски выполнены сходящимися вверх.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при испытании элементов или конструкций зданий и сооружений для оценки напряженно-деформированного состояния при воздействии сверхнормативных кратковременных динамических нагрузок.

Способ испытания строительной конструкции при сверхнормативном ударном воздействии // 2695590

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при испытании элементов или конструкций зданий и сооружений с численной оценкой напряженно-деформированного состояния конструкции при воздействии сверхнормативных кратковременных динамических нагрузок.

Установка для моделирования ударной механической нагрузки с регулируемыми характеристиками // 2688875

Изобретение относится к испытательной технике. Установка содержит устройство формирования внешнего ударного воздействия и контейнер, снабженный держателем объекта исследования, позволяющим изменять положение объекта исследования для регулирования характеристик ударной нагрузки, при этом держатель жестко скреплен с контейнером и в нем выполнено, по крайней мере, одно посадочное место под размещение объекта исследования, держатель выполнен сменным, с возможностью замены на другой держатель, различающийся углом наклона посадочного места к оси контейнера, причем угол наклона выбирают из условия обеспечения требуемых величин продольной и поперечной нагрузок, моделируемых при ударном воздействии на объект исследования.

Способ и стенд для моделирования двухосевой ударной нагрузки на объект испытаний // 2682979

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для динамических испытаний объектов на воздействие ударных перегрузок в двух направлениях одновременно.

Устройство для нагружения объектов воздушной ударной волной // 2678704

Изобретение относится к области прикладной газовой динамики, а именно к устройствам для регулирования параметров избыточного давления воздушной ударной волны в канале ударной трубы, и предназначено для нагружения объектов воздушной ударной волной с заданным избыточным давлением.

Установка для динамических испытаний // 2676859

Изобретение относится к испытательной технике. Установка содержит пороховое разгонное устройство, включающее камору и ствол с поршнем, контейнер для размещения объекта испытаний, включающий переходник в виде трубы, установленной соосно со стволом.

Нагружающая установка ствольного типа // 2676847

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний объектов на воздействие динамических нагрузок. Нагружающая установка содержит зарядную камеру с затвором.

Метательный снаряд для имитации столкновения с птицей // 2671378

Изобретение относится к устройствам, имитирующим метательные снаряды. Метательный снаряд для имитации столкновения с птицей содержит объемное тело с контуром столбчатой формы, имеющее передний конец и задний конец, отверстие, открытое на переднем конце, и полость, удлиненную от отверстия к заднему концу, при этом объемное тело выполнено из гелеобразного или желеобразного материала, причем отверстие закрыто опорным элементом, выполненным из материала, имеющего более низкую плотность по сравнению с гелеобразным или желеобразным материалом.

Стенд для исследования ударных нагрузок систем виброизоляции // 2665322

Изобретение относится к испытательному оборудованию. Это достигается тем, что в стенде для исследования систем виброизоляции, содержащем основание, на котором расположены дополнительные плиты с закрепленными на них виброизолируемыми аппаратами и регистрирующая аппаратура, на основании установлена аппаратура летательных аппаратов, например два одинаковых бортовых компрессора для получения сжатого воздуха на борту летательного аппарата, при этом один компрессор установлен на штатных резиновых виброизоляторах, а другой компрессор установлен на исследуемой двухмассовой системе виброизоляции, включающей в себя резиновые виброизоляторы и упругодемпфирующую промежуточную плиту с виброизоляторами, например, в виде пластин из полиуретана, которые, так же как и штатные резиновые виброизоляторы компрессора, установлены на жесткой переборке, которая через вибродемпфирующую прокладку установлена на основании, а на жесткой переборке, между компрессорами, закреплен вибродатчик, сигнал с которого поступает на усилитель и регистрирующую аппаратуру, например октавный спектрометр, работающий в полосе частот (Гц): 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000, а затем сравнивают полученные амплитудно-частотные характеристики от работы каждого из компрессоров и делают выводы об эффективности виброизоляции каждой системы, на которой они установлены.

Ударный испытательный стенд // 2664968

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытания изделий на виброударные воздействия. Устройство содержит фундамент, на котором размещено устройство формирования ударного импульса, поддон, закрепленный на копре с возможностью перемещения и соударения с устройством формирования ударного импульса.

Способ механических испытаний // 2702694

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания объектов на комплексное воздействие механических нагрузок. Способ включает размещение ОИ в контейнере, хвостовая часть которого расположена в стволе разгонного устройства, нагружение ОИ механическим импульсом с пиковым ускорением не менее 100000 м/с2 в процессе разгона контейнера под действием высокого давления в стволе разгонного устройства, измерение характеристик ОИ, перемещение контейнера с ОИ в процессе и после разгона, по крайней мере, по одной направляющей, торможение ОИ. В ходе перемещения контейнера осуществляют закрутку ОИ вдоль одной из его осей под действием набегающего потока воздуха, при этом, по крайней мере, на одном участке свободного пробега контейнера с ОИ производят его принудительное торможение с максимальным ускорением, регулируемым в диапазоне от 200 м/с2 до 3000 м/с2, в ходе которого также производят измерение характеристик ОИ. Технический результат заключается в воспроизведении комплекса механических воздействий на ОИ, включающих в себя линейные и угловые ускорения, а также центробежные нагрузки заданного уровня, в процессе действия которых производят тестирование ОИ после нагружения его механическим импульсом, реализуемым в процессе разгона под действием давления. 4 ил.