Способ испытания кольцевых образцов при повторных нагрузках Советский патент 1992 года по МПК G01N3/32 

ществляют между ними контакт через промежуточное кольцо или через два металлических кольца-обрамления, каждое из которых с помощью клея жестко соединяют с торцом соответствующего основного кольца. Свободные торцы полученного соединения герметизируют при помощи прокладки 8, опорного кольца 9. крышек 10 и 11. Серию изготовленных образцов с узлами соединений испытывают различным внешним повторным статическим монотонно изменяющимся гидростатическим давлением с различными в зависимости от толщины и диаметра основных колец скоростями на- гружения. По результатам испытаний прочности кольцевых образцов устанавливают оптимальные геометрические параметры узла соединения при заданной скорости повторного нагружения. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам механических испытаний конструкционных материалов в условиях, близких к реальным. Цель изобретения-повышение достоверности результатов путем геометрического моделирования и имитации реальных условий нагружения кольцевых элементов подводных аппаратов. Предварительно изготавливают два одинаковых основных кольцо Торцы основных колец склеивают или осусл С Риг.З

Изобретение относится к области механических испытаний конструкционных, преимущественнонеметаллическихматериалов в условиях близких к реальным условиям эксплуатации.

Известен способ испытания на сжатие образцов из хрупких неметаллических материалов типа неорганического стекла, ситал- ла или керамики, включающий приложение к торцам цилиндрического образца сжимающей нагрузки и регистрацию параметров испытаний. Так как к образцу прикладывают только осевую нагрузку, указанный способ не может быть использован для корректного моделирования условий работы материала, используемого в качестве конструкционного для корпусов гидрофизических приборов (элементов плавучести). Описанный способ предназначен для определения предельных значений характеристик прочности исследуемого материала, но не конструктивного элемента подводного аппарата в условиях близких к реальным условиям эксплуатации, в частности не учитывается приложение равномерно распределенного давления по всей наружной поверхности образца, изменение величины давления в процессе нагружения,

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ испытания кольцевых образцов на прочность при повторных нагрузках, включающий операции приложения к наружной боковой повер- хности образца, изготовленного из хрупкого неметаллического материала, нагрузки, направленной по радиусу к его оси. В указанном способе образец устанавливают между опорами пресса так, что плоскости опор оказываются параллельными между собой и касательными к наружной цилиндрической поверхности образца. Затем нагружают образец сжимающими усилиями до его разрушения. По результатам

регистрации параметров его деформаций судят о прочности исследуемого материала.

Конструкции, используемые при освоении Мирового океана, как правило, подвергаются в процессе эксплуатации равномерно распределенному по наружной поверхности монотонно изменяющемуся гидростатическому давлению. Описанный

способ не позволяет корректно моделировать процесс нзгружения реальной оболо- чечной конструкции, например узла соединения прочного корпуса подводного аппарата, поскольку образец нагружают

усилиями расположенными лишь в одной диаметральной плоскости перпендикулярной оси образца.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов путем геометрического моделирования и имитации реальных условий нагружения кольцевых элементов подводных аппаратов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу испытания кольцевых образцов на прочность при повторных нагрузках, включающему операции приложения к наружной боковой поверхности образца, изготовленного из хрупкого неметаллического материала, нагрузки, регистрации параметров его деформации, кольцевые образцы изготавливают из двух частей, соединенных торцами через промежуточный элемент, свободные торцы выполняют в виде конических поверхностей с вершинами

на оси колец, герметизируют их крышками с ответными коническими поверхностями, соосно устанавливают и нагружают в осевом направлении, а нагрузку к наружной боковой поверхности образцов прикладывают повторно статически монотонно изменяющимся гидростатическим давлением с различными скоростями, с учетом которых и судят о прочности кольцевых образцов. При этом промежуточным элементом (элементами) склеивают части кольцевых элементов или осуществляют между ними контакт.

С целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметрами h/R 0,05, где Ни R - соответственно толщина и радиус элемента, нагружение осуществляют со скоростью 0,01 v 0,09МПа/с.

С целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых эле- ментов с параметром 0,1 h/R 0,15, на- гружение осуществляют со скоростью 0,08 .20Mna/c.

С целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых эле- ментов с параметром h/R 0,15, нагруже- ние осуществляют со скоростью 0,16 :Јv 0,ЗОМПа/с.

На фиг.1 показан схематично корпус гидрофизического прибора; на фиг.2 - кон- струкция кольцевого образца-модели: а - узел1 неразъемного клеевого соединения элементов корпуса гидрофизического прибора; б - узел разъема элементов корпуса гидрофизического прибора; на фиг.З - схе- ма установки, реализующей предлагаемый способ.

Кольцевой образец (фиг. 2а) содержит два одинаковых кольца 1 и 2, изготовленных из хрупкого неметаллического материала - стекла марки 13в. Между торцами колец 1 и 2 имеется клеевой шов 3, выполненный составом Спрут-бМ. Указанный образец яв- ляется моделью узла неразъемного клеевого соединения элементов корпуса гидрофизического прибора (фиг.1, узел А).

При закреплении торцовых зон колец 1 и 2 (фиг. 26) в металлических кольцах-обрамлениях 4, описанный образец используют в качестве модели узла разъема элементов корпуса прибора (фи/г.1, узел Б).

Установка, реализующая предлагаемый способ (фиг.З), содержит камеру 5 высокого давления соединенную посредством коммуникаций с механизмом генерации гидро- статического давления и регистрирующими приборами МЭД, КСД.

В камере 5 имеется подставка б, предназначенная для размещения на ней образца 7. На свободных торцах образца 7 установлены через промежуточные элементы - прокладку 8 и опорное кольцо 9 - крышки 10 и 11. При этом сопрягаемые поверхности торцовых зон образца 7, прокладки 8, опорного кольца 9 и крышек 10 и 11 выполнены коническими. Вершины конусов расположены во внутренней полости образца 7, лежит на его оси и направлены внутрь образца 7. Оптимальное значение

узла а при вершине конусов составляет 135-140°. В примере а 140°

Установка снабжена устройством 12 регулируемой жесткости - упругим элементом, предназначенным для размещения в камере 5 серии образцов 7, состоящей, например, из пяти образцов.

Испытанию подвергали серию образцов (фиг. 2а), содержащих по два одинаковых кольца 1 и 2 с отношением h/R 0,05. Геометрические размеры образцов серии следующие: наружный диаметр образца О 200 мм, толщина стенки колец 1 и 2 h 5,0 мм, высота колец 1 и 2 (6-8)h, мм. Для образцов серии исходную толщи ну клеевого шва 3 выбирали различной, при этом для первого образца «5 0,12мм, для второго 6 0.08 мм, третьего ,05 мм, четвертого д 0,04 мм, пятого д 0,03 мм.

Способ реализуется следующим образом.

В камере 5 размещают пять образцов 7 (фиг.З). Образцы 7 подвергают испытанию повторными нагрузками, моделируя возможные реальные условия эксплуатации подводного аппарата. При этом в камере 5 монотонно со скоростью 0,07 МПа/с повышали давление до 30 МПа, а затем с такой же скоростью снижали до атмосферного. В процессе испытаний регистрировали количество циклов нагружения, уровень давления при разрушении одного из образцов серии. Аналогично проводили испытания серий толстостенных и средней толщины образцов с соединениями. По результатам испытаний путем геометрического моделирования устанавливали оптимальную толщину стенки оболочки h и толщину клеевого шва 5 для указанных условий нагружения (фиг. 2а).

Испытанию подвергали серию кольцевых образцов (фиг. 26), содержащих два одинаковых кольца 1 и 2 средней толщины (h/R 0,12) из стекла марки МКР-1. Торцовые зоны колец 1 и 2 закреплены при помощи клея Спрут-бМ в кольцах-обрамлениях 4, изготовленных из титанового сплава ВТ16 и сопряжены между собой опорными плоскими поверхностями. Образцы имели следующие геометрические размеры (фиг. 26): наружный диаметр D « 200 мм, толщина стенки колец 1 и 2 h 12,0 мм, высота колец 1 и 2 (7-9)h, 7h 84 мм, высота колец-обрамлений 4 tt 0,7, h 8.5 мм. Исходную толщину t основания кольца-обрамления 4 для каждого образца серии задавали различную: t равно 6 мм для первого, 4 мм для второго, 3 мм для третьего, 2 мм для четвертого, 1 мм для пятого колец.

По результатам испытаний устанавливали при заданной толщине стенки образца h оптимальную толщину оснований колец- обрамлений 4 (фиг. 26).

По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет повысить достоверность моделирования при испытаниях условий близких к реальным условиям эксплуатации кольцевых элементов подводных аппаратов в условиях высокого давления путем геометрического моделирования за счет испытаний зон оболочечных конструкций, ответственных за разрушение.

Формула изобретения

гружают в осевом направлении, а нагрузку к наружной боковой поверхности образцов прикладывают повторно статически монотонно изменяющимся гидростатическим давлением с различными скоростями, с учетом которых судят о прочности образцов.

где h и R - соответственно толщина и радиус элемента, нагружение осуществляют со скоростью v

0,01 Sv Ј0,09МПа/с.

А. Способпо пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметром 0,1 S h/R 0,15, нагружение осуществляют со скоростью 0,08 v 0,20 МПа/с.

У№6

Фиг.

Ч-J

Фиг.. 2