Способ испытания цилиндрических оболочек на устойчивость при осевом сжатии и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к испытаниям и может быть использовано при испытаниях на устойчивость при осевом сжатии цилиндрических или конических оболочек.

Известен способ испытания оболочек на устойчивость при осевом сжатии, основанный на том, что к оболочке прикладывают испытательную нагрузку, затем увеличивают ее вплоть до потери устойчивости,

Недостатком известного способа является недостаточная информативность, обусловленная тем, что в процессе испытания не представляется возможным проводить изучение характера волнообразования в закритической области,а также построение зависимости (е) для закритической области деформирования.

Известно устройство для испытания моделей цилиндрических оболочек на осевое сжатие, содержащее две параллельные та- рели и устанавливаемые при испытании между тарелями и торцами испытываемой оболочки опорные элементы, размещенные равномерно по окружности, при этом опор ные элементы выполнены в виде призм установленных в радиальных пазах, которые выполнены в тарелях, и закрепляемых на торцах модели оболочки подушек с гнездами, взаимодействующими с остриями соответствующих призм.

XI

4 СП

ч

О

Недостатком известного устройства являются ограниченные его функциональные возможности, не позволяющие обеспечить требуемую информативность при испытаниях, так как невозможно обеспечить изучение волнообразования в закритической области и построение зависимости (е).

Известен способ испытания конструкций, принятый за прототип, основанный на том, что к конструкции прикладывают основную нагрузку и одновременно с ней при- кладывают дополнительную нагрузку, равную по величине основной нагрузке и направленную противоположно и соосно ей, а затем дополнительную нагрузку уменьшают ступенями изменяя основную нагрузку.

Известный стенд, принятый -за прототип, содержит основание, нагрузочную систему со сбрасывателем нагрузки, при этом стенд снабжен нагрузочной траверсой и сбрасывателем для создания нагрузки, а нагрузочная система выполнена в виде рычага с грузом, причем сбрасыватель нагрузки соединен с рычагом и нагрузочной траверсой.

Способ и стенд обладают недостатком, заключающимся в недостаточной информативности, так как в момент потери устойчивости торцы оболочки практически мгновенно перемещаются в осевом направлении и невозможно проследить процесс волнообразования в закритической области.

Цель изобретения - расширение информативности путем обеспечения плавного нагружения.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе основное и дополнительное усилия прикладывают величиной большей верхней расчетной критической нагрузки потери устойчивости оболочки, изменение дополнительной нагрузки осуществляют путем ее уменьшения до момента нарушения пропорциональности между ДР и деформацией, дальнейшего увеличения дополнительной нагрузки до момента прекращения приращения деформации и последующего ее уменьшения.

В предлагаемом стенде для испытания цилиндрических оболочек на устойчивость при осевом сжатии механизм создания дополнительной нагрузки выполнен в виде установленных между рамой и плитой соосно основным дополнительных гидравлических нагружателей по числу основных, связанных с источником давления дополнительными трубопроводами со сбрасывающим клапаном, и клапанов отсечки, размещенных в основном и дополнительных трубопроводах.

На фиг. 1 изображена зависимость сближения торцов оболочки е от величины осевой сжимающей нагрузки Р в оболочке; ка фиг. 2 - стенд, общий вид.

Способ осуществляется следующим образом. Существо способа испытания поясним на примере проведения испытаний с помощью стенда, изображенного на фиг. 2. Стенд для испытания оболочек на устой0 чивость при осевом сжатии содержит основание 1 для закрепления на нем одного торца испытуемой цилиндрической оболочки 2, плиту 3, закрепленную на втором торце оболочки, основной гидравлический нагру5 жатель (силовозбудитель) 4, размещенный между основанием и плитой, при этом сило- возбудитель 4 шарнирно скрепляют с основанием, а его шток 5 - с плитой 3.

Дополнительный гидравлический на0 гружатель (силовозбудитель) 6 (количество дополнительных силовозбудителей равно количеству основных силовозбудителей) устанавливают соосно с основным силовозбу- дителем, шарнирно скрепляют его с

5 основанием, а шток его 7 шарнирно скрепляют с плитой 3 со стороны, противоположной узлу крепления штока 5 основного силовозбудителя 4.

Рабочая полость 8 силовозбудителя, об0 разованная над его поршнем 9, жестко скрепленным со штоком 5, магистралью 10, сообщена с источником 11 давления. В магистрали 10 установлен отсечный клапан 12. Рабочая полость 13 дополнительного

5 силовозбудителя, образованная под его поршнем 14, жестко скрепленным со штоком 7, дополнительной магистралью 15 сообщена с источником 11 давления. В магистрали 15 установлен отсечный клапан

0 16, а между отсечным клапаном и рабочей полостью 13 дополнительной силовозбудителя - сбрасывающий клапан 17. В силовоз- будителях 4 и 6 выполнены дренажные отверстия соответственно 18 и 19.

5 Стенд, работает следующим образом. От источника 11 давления по магистралям 10 и 15 через открытые отсечные клапаны 12 и 16 (сбрасывающий клапан 17 в этот момент закрыт) в рабочие полости 8 и 13 основного

0 4 и дополнительного 6 силовозбудителей одновременно под давлением подается рабочее тело, создающее в них одновременно равные и противоположно - соосно направленные основную нагрузку Т0 и дополни5 тельную нагрузку ТДОп. Основной силовозбудитель 4 создает основное усилие То, а дополнительный силовозбудитель 6 - дополнительное усилие Тдоп.

Начальное значение Т0 и равной ей Тдоп. нагрузок устанавливают с таким расчетом, чтобы Т0 Ркр8, где Ркрв - верхняя расчетная критическая нагрузка для оболочки.

Испытания проводят в следующей последовательности. В начальный момент оболочка находится в ненагруженном со- стоянии, так как

.

Затем плавно стравливают рабочее тело из рабочей полости 13 дополнительного силовозбудителя 6 путем открывания клала- на 17 при закрытом клапане 16.

В основном силовозбудителе 4 одновременно с этим поддерживают давление, а следовательно и нагрузку постоянной и равной Т0.

Давление в силовозбудителях 4 и 6 можно замерять с помощью манометров (датчиков давлений) 20 и 21 соответственно. Усилия в силовозбудителях непосредственно могут замеряться с помощью датчиков силы 22 и 23.

Перемещение верхнего торца оболочки (т.е. взаимное сближение торцев е) замеряется с помощью датчиков 24 перемещений, закрепленных на штанге 25, в свою очередь жестко закрепленной на основании.

Кроме того, в процесс испытаний замеряют деформацию оболочки(: помощью тен- зорезисторов, наклееных на оболочку.

Величины давлений в силовозбудителях 4 и 6 и перемещений, замеряемые с помощью датчиков 24 давления и перемещения, преобразуются в электрические сигналы.

В процессе испытания производят сравнение сигналов: сигнала, пропорционального разнице давлений усилий в силовозбудителях 4 и 6 - обозначим сигнал Јр;

сигнала, пропорционального, переме- щению торца оболочки, обозначим сигнал

5..

Сравнение сигналов осуществляется с помощью блока измерений (на чертеже не показан).

При деформации оболочки в пределах прямой ОА сигнал Јр и сигнал Је пропорциональны, что фиксируется с помощью блока измерений.

Уменьшение усилия в дополнительном силовозбудителе 6 происходит за счет стравливания рабочего тела пз его рабочей полости 13 через открытый сбрасывающий клапан 17.

Поддержание усилия в основном сило- возбудителе 4 на постоянном уровне осуществляется за счет подкачки в его рабочую полость 8 дополнительного рабочего тела, при этом происходит осевое сжатие штоков

7 и 5 силовозбудителей (и соответственно связанных с ними поршней 14 и 9), что обеспечивает свободное деформирование оболочки, а скорость деформирования регулируется величиной проходного сечения клапана 17. В момент достижения точки А на кривой фиг. 1 (т.е. достижение верхней экспериментальной критической нагрузки Ркрв) нарушается пропорциональность между сигналами Јр и Је.

После этого проходное сечение сбрасывающего клапана 17 уменьшают до тех пор, пока дополнительное усилие в нем Тдоп. не начнет увеличиваться, но так как клапан 17 открыт, то деформирование оболочки продолжается, а из рабочей полости 13 сило- возбудителя 6 рабочее тело продолжает стравливаться через клапан 17. В силовозбудителе 4 поддерживается усилие на постоянном уровне за счет подачи в его рабочую полость 8 дополнительного рабочего тела.

Процесс деформирования оболочки можно остановить в любом требуемом месте путем перекрытия проходного сечения клапана 17 и клапанов 12,16, что необходимо, например, для замера параметров волнообразования нь поверхности оболочки

На участке деформирования АВ происходит увеличение усилия в дополнительном силовозбудителе 6.

Стенд исключает в закритическо области мгновенное деформирование оболочки (т.е. исключает мгновенный переход из точки А на кривую ВС). Достигается это тем, что в закритической области происходит увеличение дополнительного усилия и следовательно происходит уменьшение усилия в оболочке. Усилие в оболочке определяется из соотношения

Т доп.

Наличия рабочего тела в рабочей полости 13 дополнительного силовозбудителя препятствует мгновенному деформированию оболочки.

Усилие ТАоп. в дополнительном силовозбудителе увеличивают до тех пор, пока продолжается деформирование оболочки.

В стенде это обеспечивает,я тем, что при давлении рабочего тела в рабочей полости 13 дополнительного силовозбудителя при котором обеспечивается величина ТДОп, при которой усилие в оболочке достигается , деформированию оболочки препятствует рабочее тело, находящееся в рабочей полости 13 дополнительного силовозбудителя 6. После этого начинают снова уменьшать усилие в дополнительном силовозбудителе

f, длг чего увеличивают проходное сечение «-апака V/.

Формула изобретения :, Способ испытания цилиндрических Г оолочек на /сгойчмвость при осевом ежа- fi i , 1 по которому к одному торцу оболочки прикладывают равные по величине и противоположные по направлению основную сжимающую и дополнительную растягивающую нагрузки, изменяют дополнительную нагрузку и фиксируют разницу ДР между нагрузками и деформацию оболочки, по которым судят об устойчивости оболочки, о т- ли чающийся тем, что, с целью расширения информативности путем обес- ,ic-t --hi.. i ,-. л g - - о го нзфужеиия основное и дополнительное усилия прикладывают величиной, большей верхней расчетной критической нагрузки потери устойчивости оболочки, изменение дополнительной на- 1 рузки осуществляют путем ее уменьшения до момента нарушения пропорциональности между ДР и деформацией, дальнейшего увеличения дополнительной нагрузки до

момента прекращения приращения деформации и последующего ее уменьшения,

2. Стенд для испытания цилиндрических оболочек на устойчивость при осевом

сжатии, содержащий раму с основанием для закрепления одного торца испытуемой оболочки, плиту, предназначенную для закрепления ее на другом торце испытуемой оболочки, размещенные между основанием

и плитой гидравлические нагружатели, связанные с ними трубопроводами источник давления и механизм создания дополнительной нагрузки, отличающийся тем, что, с целью расширения информативности

путем обеспечения плавного нагружения, механизм создания дополнительной нагрузки выполнен в виде установленных между рамой и плитой соосно основным дополнительных гидравлических нагружателей

по числу основных, связанных с источником давления дополнительными трубопроводами со сбрасывающим клапаном, и клапанов отсечки, размещенных в основном и дополнительном трубопроводах.

Использование: при испытаниях на устойчивость при осевом сжатии цилиндрических или конических оболочек. Сущность изобретения: от источника 11 давления по магистралям 10 и 15 через открытые отсечные клапаны 12 и 16 (сбрасывающий клапан 17 закрыт) в рабочие полости 8 и 13 основного 4 и дополнительного 6 гидравлических нагружателей подается рабочее тело, создающее в основном нагружателе 4 основное сжимающее усилие, а в дополнительном нагружателе - дополнительное растягивающее усилие. Основное и дополнительное усилия равны между собой по величине и превышают верхнюю расчетную критическую нагрузку потери устойчивости, Затем изменяют дополнительную нагрузку и фиксируют разницу между нагрузками АР и деформацию оболочки. При испытании сначала уменьшают дополнительную нагрузку до нарушения пропорциональности между ДР и деформацией, затем увеличивэют дополнительную нагрузку до момента прекращения приращения деформации а затес. снова ее увеличивают. 2 с.п. ф-лы, 2 ил

№г/

13

//

77

У/Я77/////////

12 1