СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСА ПЕРЕГРУЗКИ ПРИ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЯХ Российский патент 1998 года по МПК G01M7/08 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к испытаниям объектов на воздействие ударных нагрузок.

При испытаниях объектов на воздействие ударных нагрузок объект подвергается воздействию импульса перегрузки с заданными характеристиками - крутизной переднего фронта и амплитудой.

Одной из задач в области испытательной техники является повышение характеристик импульса перегрузки.

Наиболее близким к изобретению является способ формирования импульса перегрузки, используемый в стенде для испытаний изделий на ударные нагрузки прямоугольной формы (авт.св. N 445870 30.03.71, авт. Степанов В.Д., Бюллетень N 37, 1974). Способ заключается в том, что объект испытаний закрепляют на столе, соединенном с платформой ударного стенда посредством размещенного между столом и платформой тормозного устройства (далее по тексту внутреннее тормозное устройство), производят разгон платформы и последующее ее торможение в результате соударения с тормозным устройством (далее по тексту - внешнее тормозное устройство) ударного стенда. При соударении платформы с внешним тормозным устройством на платформу действует возрастающая в процессе активного этапа удара нагрузка, которая передается через конструкцию платформы и внутреннее тормозное устройство на стол с объектом, в результате чего одновременно с торможением платформы начинается торможение стола с объектом испытаний и формирование на нем импульса перегрузки. При этом в начальной стадии удара, пока нагрузка, передающаяся через внутреннее тормозное устройство, не достигла величины, определяющей начало его рабочего хода, стол с объектом испытаний будет испытывать ту же перегрузку, что и платформа. С течением времени нагрузка, передающаяся через внутреннее тормозное устройство, достигает величины, определяющей начало его рабочего хода, и возникает движение стола с объектом испытаний относительно платформы, в результате которого перегрузка, действующая на стол, претерпевает изменения (уменьшается) по сравнению с перегрузкой, действующей на платформу.

При использовании известных способов формирования импульса перегрузки для повышения характеристик импульса понадобилось бы увеличить силу сопротивления как внутреннего, так и внешнего тормозных устройств.

Недостатком способа (см. авт.св. N 445870) является необходимость создания на платформе импульса перегрузки с более высокими, по сравнению с формируемым на столе с объектом испытаний импульсом перегрузки, характеристиками (крутизна переднего фронта и амплитуда перегрузки на платформе должны быть больше соответствующих характеристик формируемого импульса), что требует применения обладающих повышенной прочностью платформ, использование внешних тормозных устройств с большими тормозными усилиями, увеличение нагрузок на тормозное устройство и фундамент ударного стенда. Однако, в ряде случаев, например, при испытаниях объектов больших габаритов и массы, при испытаниях на воздействие перегрузок высокого уровня и с большой крутизной переднего фронта, из-за ограниченных возможностей ударных стендов (ограничения на максимальный вес платформы, на допускаемую нагрузку на фундамент ударного стенда и внешнее тормозное устройство и т.д.) не удается обеспечить достаточную прочность платформы и необходимую величину и крутизну переднего фронта импульса усилия, создаваемого внешним тормозным устройством, что ограничивает возможность известных способов в отношении испытательной нагрузки. Кроме того, при формировании импульса перегрузки с большой крутизной переднего фронта последний оказывается искаженным резонансными колебаниями, возникающими в конструкции платформы под воздействием ее резкого удара о внешнее тормозное устройство и передающимися на стол с объектом испытаний в начальной стадии удара, пока внутреннее тормозное устройство работает как жесткая связь.

Целью изобретения является повышение характеристик импульса перегрузки на объекте испытаний, а именно увеличение амплитуды и крутизны переднего фронта импульса, без увеличения нагрузок на элементы ударного стенда, а также повышение точности воспроизведения переднего фронта импульса перегрузки.

Цель достигается тем, что в известном способе испытаний смещают начало торможения стола с объектом испытаний относительно начала торможения платформы путем установки зазора между столом и внутренним тормозным устройством, причем зазор выбирают из соотношения

где
δ - зазор;
V₀ - скорость разгона платформы;
g - ускорение силы тяжести;
n₂ - перегрузка на объекте испытаний;
n₁ - перегрузка на платформе;
K - коэффициент, определяемый экспериментально, в зависимости от соотношения масс объекта испытаний со столом и массы платформы и от формы импульсов перегрузок на объекте испытаний и платформе, а n₁ ≠ n₂.

При наличии зазора между столом и внутренним тормозным устройством в процессе торможения платформы происходит смещение стола относительно платформы, так как скорость платформы гасится внешним тормозным устройством, а скорость стола, не имеющего жесткой связи с платформой, остается постоянной.

Сместившись относительно платформы на величину зазора и приобретя в процессе смещения определенную скорость относительно платформы, стол ударяется о внутреннее тормозное устройство и тормозится им, в результате чего на столе с объектом испытаний формируется импульс перегрузки.

Принципиальное отличие предлагаемого способа формирования импульса перегрузки от известных способов заключается в том, что торможение объекта начинается не одновременно с началом торможения платформы, а по истечении определенного промежутка времени, в течение которого стол с объектом перемещается в пределах зазора, в результате чего устраняется влияние крутизны переднего фронта и амплитуды действующей на платформу в течение этого промежутка времени перегрузки на характеристику формируемого импульса, величины которых путем соответствующей регулировки величины зазора и силовой характеристики внутреннего тормозного устройства могут быть назначены независимо от величин характеристик импульса перегрузки, действующего на платформу, т. е. могут быть не только меньше, но и больше их. Для повышения характеристик импульса перегрузки достаточно увеличить величину зазора и силу сопротивления внутреннего тормозного устройства, а силу сопротивления внешнего тормозного устройства можно не изменять. Таким образом, появляется возможность повышать характеристики импульса перегрузки на объекте испытаний без повышения характеристик импульса перегрузки, действующего на платформу, и повышения нагрузок на тормозное устройство и фундамент ударного стенда, что расширит эксплуатационные характеристики ударного стенда. Повышение точности воспроизведения переднего фронта импульса обеспечивается тем, что, в результате устранения связи стола с платформой в начальной стадии удара платформы посредством установки зазора, резонансные колебания, возникающие в конструкции платформы под воздействием ее удара о внешнее тормозное устройство, на стол с объектом не передаются, а к моменту установления контакта (начало торможения стола) затухают и не искажают передний фронт формируемого импульса перегрузки.

На чертеже изображена схема устройства, на котором может быть реализован предлагаемый способ.

Испытуемый объект 1 закрепляют на столе 2 платформы 3 ударного стенда 4. Между платформой 3 и столом 2 размещено внутреннее тормозное устройство 5. Стол с помощью жесткой связи 6 соединяется с платформой 3 таким образом, что между столом 2 и внутренним тормозным устройством 5 образуется зазор δ. . Платформа 3 загоняется до заданной скорости и ударяется о внешнее тормозное устройство 7. При соударении жесткая связь 6 разрушается, стол 2 приобретает свободу движения, а платформа 3 тормозится. Стол 2 смещается в сторону платформы 3, ударяется о внутреннее тормозное устройство 5 и подвергается воздействию импульса перегрузки. Крутизна переднего фронта импульса и его амплитуда будут определяться величиной зазора δ между столом 2 и внутренним тормозным устройством 5 и силовой характеристикой внутреннего тормозного устройства 5.

Использование предлагаемого способа формирования импульса перегрузки при ударных испытаниях объектов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: возможность повышения характеристик импульса перегрузки на объекте испытаний без повышения нагрузок на элементы ударного стенда и повышение точности воспроизведения переднего фронта импульса перегрузки, что значительно расширит диапазон характеристик ударных импульсов, создаваемых на существующих ударных стендах. Экспериментальная проверка предлагаемого способа формирования импульса перегрузки, проведенная на модели, подтвердила эффективность способа.

Для формирования импульса перегрузки платформу с подвижно установленным на ней испытуемым объектом разгоняют до соударения с тормозным устройством и тормозят объект вторым тормозным устройством. Последнее устанавливают между объектом и платформой. Способ обеспечивает увеличение амплитуды и крутизны переднего фронта импульса за счет установки объекта относительно второго тормозного устройства с зазором, выбираемым из соотношения где δ - зазор; V₀ - скорость разгона платформы, g - ускорение свободного падения; n₁ - перегрузка на платформе; n₂ - перегрузка на испытуемом объекте; K - эмпирический коэффициент, зависящий от соотношения масс испытуемого объекта и платформы и от форм импульсов перегрузок на испытуемом объекте и платформе. 1 ил.

Способ формирования импульса перегрузки при ударных испытаниях, заключающийся в том, что платформу с испытуемым объектом, который устанавливают с возможностью перемещения относительно платформы при торможении последней, разгоняют до соударения с тормозным устройством и тормозят испытуемый объект вторым тормозным устройством, которое устанавливают между испытуемым объектом и платформой, отличающийся тем, что, с целью увеличения достижимой амплитуды и крутизны переднего фронта импульса, испытуемый объект устанавливают относительно второго тормозного устройства с зазором, который выбирают из соотношения

где δ - зазор;
V₀ - скорость разгона платформы;
g - ускорение свободного падения;
n₁ - перегрузка на платформе;
n₂ - перегрузка на испытуемом объекте;
К - эмпирический коэффициент, зависящий от соотношения масс испытуемого объекта и платформы и от форм импульсов перегрузок на испытуемом объекте и платформе.