Устройство для статических испытаний конструкции на прочность Советский патент 1991 года по МПК G01N3/10 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для статических испытаний на прочность натурных конструкций.

Цель изобретения - повышение точности за счет проведения измерений напряжений непосредственно после затухания переходных процессов.

На фиг.1 показана блок-схема устройства для статических испытаний конструкций на прочность; на фиг.2 - блок-схема анализатора сигналов датчиков напряжений в

элементах испытуемой конструкции и рассогласований в каналах нагружения.

Устройство.содержит каналы нагружения испытуемой конструкции с замкнутыми контурами управления, каждый из которых включает в себя силовозбудитель 1 (например. силовой гидроцилиндр); исполнительный орган 2 (например, электрогидравлический преобразователь); задатчик 3 усилий, датчик 4 усилий (например, тензодинамометрический). осуществляющий обратную связь в контуре управления: схему 5 сравнения сигналов

N ел

датчика 4 и задатчика 3 усилий, выходной сигнал которой (сигнал рассогласования) пропорционален отклонению фактического значения нагрузки от заданной; усилительно-преобразовательный блок 6, формирующий из сигнала рассогласования управляющий сигнал (например, по пропор- ционально-интегрально-дифференциэльно- му закону), направляемый к входу исполнительного органа 2 (схема 5 сравнения сигналов и усилительно-преобразовательный блок б представляют собой регулятор нагрузок). Кроме того, устройство содержит общие для всех каналов нагружения датчики 7 напряжений в элементах испытуемой конструкции 8 (например, тензорезисторные). число которых в общем случае не зависит от количества каналов нагружения; измерительную систему 9, к входу которой подключены датчики напряжений 7 и усилий 4; программный блок 10, управляющий работой задатчиков 3 усилий каналов нагружения; блок 11 аварийной защиты; анализатор 12 сигналов датчиков 7 напряжений и рассогласований в каналах нагружения для определения момента окончания переходных процессов в испытуемой конструкции 8 и системе нагружения, входами связанный с выходами датчиков 7 напряжений и схем 5 сравнения, а выходами - с командными входами программного блока 10, измерительной системы 9 и блока 11 аварийной защиты (в общем случае к анализатору могут быть подключены не все датчики 7 напряжений, а только некоторые из них, позволяющие с необходимой достоверностью контролировать переходные процессы в испытуемой конструкции).i

Анализатор 12 с датчиками 7 напряжений, схемами 5 сравнения и измерительной системой 9 образует замкнутый контур управления процессом определения статических прочностных характеристик испытуемой конструкции 8 (система управления с путевым контролем).

В качестве программного блока 10 используется многоцепное реле времени или ЭВМ. При этом, наряду с функцией управления задатчиками 3 усилий, ЭВМ может участвовать в решении и других задач, связанных со снятием, обработкой, регистрацией и хранением данных для прочностных статических характеристик.

В качестве измерительной системы 9 могут служить различные многоканальные двухкоординатные самописцы, информационно-измерительные системы и пр.

Показания датчиков 4 и 7 могут заносится в память ЭВМ и по данным, полученным в результате их обработки в ЭВМ (в случае,

например, статической обработки данных, полученных при многократном прохождении реперных точек), статическая характеристика строится в графопостроителе под

управлением ЭВМ, выводится на буквенно- цифровой дисплей, алфавитно-цифровое печатающее устройство и др.

Блок 11 аварийной защиты строится по стандартным схемам. К блоку 11 подключается не только выход анализатора 12, но и другие элементы (в частности, датчики усилий 4 и схемы сравнения 5 и не показанные на чере- теже датчики повреждений испытуемой конструкции и др.), контролирующие как

5 исправность и нормальное функционирование элементов устройства для испытаний, так и состояние испытуемой конструкции. На фиг.2 представлена блок-схема одного из вариантов выполнения анализатора

0 12, вырабатывающего команду на регистрацию показаний датчиков 4 и 7 и переход к следующей реперной точке после совпадения трех последовательных замеров для каждого из контролируемых напряжений в

5 данной реперной точке, производимых с установленной периодичностью при достаточно точном совпадении фактических нагрузок t: заданными значениями во всех каналах нагружения (т.е. при достаточно малых рэссог0 ласованиях в каналах нагружения). Выбор количества замеров, равного трем, обусловлен тем, что это минимальное число, при котором можно пытаться исключить влияние случайных погрешностей (выбросов) при из5 мерениях. Измерительно-логическая система анализатора 12 при таком числе измерений сравнительно проста.

Анализатор 12 выполнен с цифровой схемой сопоставления показаний последова0 тельных измерений и включает в себя генератор 13 непрерывной последовательности импульсов (тактовый генератор), определяющий периодичность производимых измерений (скорость опроса); блок 14 конт5 роля сигналов рассогласования каждого из каналов нагружения испытуемой конструкции, содержащий нуль-индикаторы 15 сигналов рассогласования в каналах с формирователями 16 сигналов уровня логи0 ческого состояния (например, логической единицы), соответствующего срабатыванию нуль-индикаторов 15. и схему 17 совпадений срабатываний нуль-индикаторов 15; однотипные блоки 18 контроля сигналов

5 датчиков 7 напряжений, каждый из которых содержит регистры 19-21. в которые заносятся цифровые коды величин напряжений, полученные в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) 22 датчика 7 в результате последовательных

измерений с последовательной перезаписью кодов из одного регистра в другой по командам генератора 13; вычислители 23- 25 разностей кодов каждой из пар регистров 19-21; нуль-индикаторы 26, подключенные к выходу каждого из вычислителей 23-25; формирователи 27 сигналов уровня логического состояния, соотве ству- ющего срабатыванию нуль-индикаторов 26; схему 28 совпадения срабатываний нуль- индикаторов 26; схему 29 совпадений, на выходе которой при срабатывании схем 17, 28 совпадений всех блоков 14, 18 контроля появляются сигналы для открытия доступа информации от датчиков 4, 7 к измерительным входам системы 9 и регистрации показаний в данной реперной точке и для действия на командный вход программного блока 10, обеспечивающего переход в следующую реперную юч,у с задержкой, достаточной для завершения процесса регистрации показаний; счетчик 30 импульсов от момента получения команды на переход к реперной точке до момента завершения измерений в этой реперной точке, воздействующий на блок 11 аварийной защиты по шине сигнала о переполнении при росте длительности затухания переходных процессов в испытуемой конструкции 8 и системе нагружения, свидетельствующем о его неисправности (шина Сброс счетчика 30 связана с выходом схемы 29 совпадения).

Принципиально в анализаторе можно обойтись без схем совпадений 17, 28, если формирователи 16 и 27 подключить непосредственно к схеме 29 совпадений, выполненной с соответствующим числом входов.

Анализатор 12 может выполняться не только с цифровой схемой сопоставления показаний, но и с аналоговой.

Устройство работает следующим образом.

Процесс определения прочностных статических характеристик состоит в последовательном измерении возбуждаемых во всех каналах нагрузок при переходе от одной реперной точки к другой с регистрацией показаний датчиков 4 и 7 в моменты затухания переходных процессов в самой испытуемой конструкции 8 и в системе ее нагружения.

Перед началом работы устройства в программный блок 10 вводится программа изменения нагрузки в каждом из каналов нагружения в функции времени. Программа определяет скорость изменения нагрузок при переходе от одной реперной точки к другой, значения нагрузок в реперных точках, количество реперных точек в рабочем диапазоне изменения нагрузок, число проходов диапазона нагрузок со статистической обработкой результатов измерений и др. Длительность выдержки в реперных точках определяется в ходе снятия характери- 5 стик продолжительностью переходных процессов в испытуемой конструкции и системе нагружения (команда об окончании выдержки для каждой реперной точки поступает от анализатора 12).

0При включении устройства задатчиками

3 усилий под действием программного блока 10 выдаются задания для каналов нагружения, которые начинают нагружать испытуемую конструкцию 8 силами, соот5 ветствующими первой реперной точке. Одновременно начинает реботать анализатор 12. При достижении реперной точки сигналы задатчиков 3 усилий фиксируются (замо- раживаются). При каждом тактовом

0 импульсе генератора 13 в регистр 19 для каждого из блоков 18 контроля сигналов датчиков 7 напряжений заносится код нового показания, а предыдущее показание из регистра 19 переписывается в регистр 20, а

5 из регистра 20 - в регистр 21. В темпе, задаваемом герератором 13, производятся очередное считывание содержимого регистров 19-21 в вычислители 23-25 и сравнение между собой показаний. Одновременно в

0 блоке 14 контролируются рассогласования во всех каналах нагружения. При совпадении с точностью, задаваемой настройкой нуль-индикаторов 26, трех последних показаний, записанных в регистрах 19-20 для

5 каждого из блоков 18 контроля сигналов датчиков 7 и совпадении заданного и фактического значений нагрузок в каналах нагружения с точностью, задаваемой настройкой нуль-индикаторов 15, сигналы с выходов

0 формирователей 27,16 проходят в схемы 28, 17 совпадений, которые при этом срабатывают и обеспечивают срабатывание общей схемы 29 совпадений, выдающей команды для включения регистрации показаний дат5 чиков 4 и 7 измерительной системой 9 и сброса показаний счетчика 30. С выдержкой времени, достаточной для завершения процесса регистрации, выдается также команда программному блоку 10 для перехода в сле0 дующую реперную точку Нагрузка на испытуемую конструкцию 8 вновь меняется до тех пор, пока не будет достигнуто значение, соответствующее новой реперной точке, и т.д. Процесс продолжается до тех пор, пока

5 не будут получены данные во всех реперных точках.

Если переходной процесс на одной из релерных точек затягивается вследствие неисправностей каналов нагружения, повреждений испытуемой конструкции 8 и т.д., то

это приводит к переполнению счетчика 30 и включению блока 11, сигнализирующего о нарушениях нормального хода измерений и останавливающего (путем воздействия на исполнительные органы 2) процесс испыта- ний (или инициирующего другие противо- аварийные операции).

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность измерения напряжений в элементах испытуемой конструкции в про- цессе снятия ее прочностной характеристики при минимизации времени, затрачиваемого на измерения; расширить функциональные возможности устройства за счет обеспечения контроля состояния ис- пытуемой конструкции не только по параметрам прочностных статических характеристик, но также и по продолжительности переходных процессов в испытуемой конструкции и в системе нагружения; повысить степень автоматизации процесса измерений за счет автоматической установки минимально необходимой продолжительности ступени в реперной точке, при которой обеспечивается проведение изме- рений после затухания переходных процессов в испытуемой конструкции и системе нагружения.

Формула изобретения 1. Устройство для статических испыта- ний конструкции на прочность, содержащее несколько каналов нагружения, каждый из которых включает в себя силовозбудитель с исполнительным органом, усилительно- преобразовательный блок, связанный с ис- полнительным органом, схему сравнения, выход которой соединен с усилительно-пре- обаазовательным блоком, за датчик и датчик усилий, соединенные с входами схемы сравнения, а также общие для всех каналов на- гружения датчики напряжений, предназначенные для размещения на элементах конструкции, измерительную систему, связанную с датчиками напряжений и усилий, программный блок, выходы которого связаны с задатчиками усилий, и блок аварийной защиты, входы которого соединены с выходами схем сравнения и датчиками усилий, а выходы - с исполнительными органами, отличающееся тем. что, с целью повышения точности за счет проведения измерений напряжений непосредственно после затухания переходных процессов, оно снабжено анализатором сигналов, входы которого связаны с датчиками напряжения и выходами схем сравнения, а выходы - с командными входами измерительной системы, программного блока и блока аварийной защиты.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что анализатор сигналов выполнен в виде генератора и счетчика импульсов, связанного с блоком аварийной защиты, блока контроля сигналов рассогласования для каждого канала нагружения, включающего в себя нуль-индикаторы, связанные со схемами сравнения, и схемы совпадений срабатываний нуль-индикаторбв. блоков контроля датчиков напряжений, каждый из которых содержит связанные с генератором и датчиками напряжений регистры по числу сравниваемых показаний датчиков, вычислители разностей кодов каждой из пар регистров, дополнительные нуль-индикаторы, подключенные к выходу каждого из вычислительной разности и схемы совпадений срабатываний этих нуль-индикаторов, и общей схемы совпадения, входы которой соединены со схемами совпадений всех блоков контроля, а выходы - с шиной брос счетчика импульсов и командными входами измерительной системы и программного блока.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для статических испытаний на прочность натурных конструкций. Цель изобретения - повышение точности за счет проведения измерений напряжений непосредственно после затухания переходных процессов. Каждый из каналов нагружения элементов конструкции 8 содержит силовозбудитель 1 с исполнительным органом 2, усилительно- преобразовательный блок (Б) 6. связанный с органом 2, схему 5 сравнения, выход которой соединен с Б 6, задатчик 3 и датчик (Д) 4 усилий, соединенные с входами схемы 5. Со всеми каналами соединены Д 7 напряжений, связанные с элементами конструкции 8. измерительная система 9, связанная с Д 4,7, программный Б 10, выходы которого связаны с задатчиком 3, Б 11 аварийной защиты, эходы которого соединены с выходами схем 5 и Д 4, а выходы - с исполнительными органами 2, и анализатор 12 сигналов Д напряжений и рассогласования в каналах нагружения, выходы которого связаны с ко- мандными входами системы 9 и Б 10, 11 Приведен вариант выполнения анализатора 12, основанный на вырабатывании команд на регистрацию показаний Д 4 и 7 и переход к следующей реперной точке нагружения после совпадения трех последовательных замеров от Д 4,7 и схем 5. По команде Б 10, преобразуемой задатчиками 3, Б 6 и исполнительными органами 2, силовозбудители 1 нагружают элементы конструкции 8 После завершения переходных процессов в конструкции 8 и системе нагружения анализатор 12 выдает команду системе 9 на регистрацию напряжений и усилий и Б 10 на переход к следующей реперной точке нагружения 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л С о СЛ

ОтЮ

От 7