Устройство для усталостных испытаний образцов с кручением и наложением высокочастотных вибраций при гидроподнагрузке Советский патент 1992 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для испытания образцов с кручением, а также для наложения осевых знакопеременных вибраций, в том числе асимметричных, получаемых гидроподнагрузкой трубчатых моделей. Кроме того, оно может применяться при анализе сложного напряженного состояния трубчатых стержней, а также для анализа процессов усталости при кавитации, включая агрессивные гидросреды

Наиболее близким к изобретению является устройство, включающее нагружатель крутящего момента, узел гашения колебаний с катеноидальным согласующим элементом, связанHbiи через образец с катеноидальным ультразвуковым концентратором, установленным в виде нижнего заюялд

хвага а также шпинделя и моментоизмери- телп

Недостатком этого устройства является практическая невозможность использования его на низких частотах по причине резко возрастающих грбаритов узла гашения ко лебанийи полувплнового кониентратора

Цель изобретения - расширение облз сти использования устройства путем обеспечения нз1ружепия вибрационными натрузоми посредством широкой номчик латуры приводов и меныиения мзссогаба ритных параметров устройства за с«е уменьшения габаритов узла гашения коле баний

Поставленная цель достигается тем что устоойство снабхгно третьи., катено /.аль ным согласующим имектцим осевой канал соединенным с первые кате нойцальным согласующим опсменгом i предназча (еиным для взаимодействия с первым торцом бргзца а узел гаше-ыя ко лебаний г нппщ.ен и виде диафрагмы хегг ко закреплен поп на тори втогогг Кс.гччоидальною согласующего эл мгнтр сонного с диафрг мой ведущего диска i зубчятым венцом соединенным с 1мгружг телрм рутсщ го гоменга и приспгсоо гк ния для колРбатрпьного смещена диафрагмы включающею ребристые стер элементы соединяющие ведущие диск с диафрагмой г подошью узлов ф/ га ции

Диафрат нппопнена в виде спммст ричиой замкнутой розетки ступицы и пгре мычек связывающих ступицу с розеткой наименьшие 1я перемычек рагпопо жены в зонах узлов фиксации стержяезых элементов а уз ты фиксации выполнены в виде призм имеющих со стенками соотвэт ствующпх перемычек кромочнь й контакт пс линии параллельной оси концентратооа

Диафрагма виполчена в виде предварительно напряженно сотки

При этом нетрадиционно используется стержневой элемент В известпых cncTef iax акустического разделения он используется как волновод приемный и изл/ча.ощий го рец KOTOpofo закрепляется жестко акустически плотно к следующему участку акустичес/ой системы В предлагаемом уст ройстве используется жесткое акустически неплотное соединение с отказом от использования их функции как волновода с выделением лишь контактно ориентационнои функции стержневых конструкций

Кроме указанного гспользования сплошных плоских констоу кцнй с констоук- тивными вырезами предлагается композиционная разномоцульчая конструкция

диафрагм на основе предварительно напря женных в одной плоскости нитей сетчатая диафрагма

На фиг 1 изображено предлагаемое устройство в сочетании с внешними нагружа- телями общий вид на фиг 2 - узел акустического разделения узел I на фиг 1 на фиг 3 - диафрагменный элемент сече ние А-А на фиг 2 на фиг 4 - соединение

цизфоагменного элемента и ведущего диска чепаз кромочный кпнтчкт призматических зпемектоз разрез Б-б а Фиг 2 на фиг 5 сето шар диафрэ ля общий виц на фиг 6 сеточная диафрагма вид з плане на фиг

- стержневой негладкий элемент узел It н фиг 6 на фиг 8 - результаты испытании предлагаемого устройства

состоит из п°очсго крайнего соглагующего элемента 1 греднрго 2 и вто

С рого согласующего зпемента 3 за- креппенных между внешним задающим KOI центратором 4 и нргружателем 5 крутя щего момент Диафртгм 6 с возможно стью °аэборки крепится к второму крайнему

Ь согласующему элементу и через стержне вон элемент 7 по посадке с натягом связана го ступицей 8 изю овтеннои ис ячуг-f/i зеки непрозрачного материала (на примео текстолита) телескопически через

Р гую мучЬту Э сопрягаемой с нагружате- леч 5 и закрепляемой например резьбовым соединением 10

г юфрагма б изготовленная напри MCD из титанового сплава ВТ-1 имеет

5 опальные окна оазделяемые перемычками 11 именьшие геч°н ля KOToriL1/ практи чески то жо совпадают с узлами колебатель ного смешения диафрагмы Боковая поверхность перемычек выполнена в виде

0 приэ гтических опор 13 упрочненных например ионно-плазменным методом Кромочное акустически неплотное контактирование осуществляется путем введения призм 14, выполненных из твердосплавного

5 материала например ВК-8 пайкой присоединенного к вильчатому разветвлению 15 Мехду перемотками и вильчатым разветвлением 15 каждого стержневого элемента 7 размещено акустически непрозрачное коль0 цо 16 выполн 1ное из податливого материала например фторопласта

Силовое замыкание и регулировка натяга в соединениях осуществляется с по мощью резьбового соединения 17

5Диафрагма 6 может быть выполнена и

по вариантам изображенным на фиг 5 6 и 7

При этом между наружным диском 20 и опооным фланцем 21 натянута сетка 22 из р этуни в которую впаяны втупки 23 из лату

ни, расположенные в узле С колебательного смещения изготовленные ич титанового сплава В I -1 С ржмевыр этепекты 24 с негладкой ч 4орме трубки поверхностью 25 фиксируются всту nit,и 3 и вводятся в отверстие 26 е гул г и 23 то соответствует собрзч- ному состоянии; устройства Работа его по варианту II практически не отличается от рассмотренного варианта ричем длп компенсации телескопических смещений введена параллельная прокладка 27

После установки образца 18 и подачи гидравлического в кэнап 19 устройство з сборе с B4QLL ii/i и концентрата ром 4 и ьагружатепем 5 коуротго г омемта

работает следующим образом Автт/шти - ски запускается «а требуелэ й , о. „ь 0 нз- гружепия ,1/щро-рсос HUSO ,-ш v 4crtr ачш двигатель привела фуяще момента

При этом в системе ее пасующих элементов возбуждается CTuaud во ша с пучностью напряжения в Плоское и Д л г ij и амплитудой колебании в сучении Е фиг 2)

Дизфрэгма б пи пеоб. 1Ы чау колеблотя в режиме синхрсньых изтибч-эх юлебаний с узлами колебательного смещения в то1 ах С, при °том нз ро,мки 13 цеЛ твуюг ослато-1- ние возму| , выззвпгые г,огрешнсс Я ми юстмроики при опредепен узловой точки С погрешнс и изгоюрлечич з также фучкционатьнч пигрршюсти свя- занние со сдвигом аспоты

Благодаря минимальной поверхности онта,та при крайне малой высоте MI рона ровностей изгиЬн ые колебания практически не еосгричимаются асрникртьнь ми призмами пр,эм 5л готаря ниткой адге зии тита - эзы4 материаго з к композитам ти па ВК 8 исключается схватывание нз пpиз зтичecк lx эле ен-ах

Акустически .ый контакт а г.к же акустическая непротрачносто титан-ЗК8 титан фторопласт способствует диссипации -и практически полностью препятствует переходу акустической энергии продольных колебаний на ступицу 8 материал которой (текстолит чапролон стекловолокно и тп) практически полностью диссигр/фует все высокочастотные компоненты прошедших помех

По достижению требуемой траектории циклических нагружений устройство автоматически отключается

Отводтелескопичес ли зубчатого венца 9 и гъем образца 18 завершает чспы- таний, воспроизводигч г.амо-сратчо

При чрезвычайно г- о ь1 к тенныл повторениях ПрСИЗВОГ 1СЧ КЭ ТрОЛвНОтестовые испьмс ния и настоойки fpw этом проверяется фа попохение чуле

0

0

5

вой точки С а р ч бового сосдине ния 17, состояние кромок 13 и перемычек 11 Итоговой характеристикой тестовых ис пытаний является получение резонансной

5 частоты близкой к паспортной на момент вчода устройства в режим

Работа устройства по фиг 5 в динамике несколько упрощается по отношению к посд .зму esi лант} Колебания торца

10 сопасующего элемента передаются ч опор (ый фланец 21 в результате чего о- верхность сетки 22 закрепленная жестко ,с согласующем элементе описывает к тьче вые сслебаг ля с узловой поверхностью С

15 Оезж-ч -рые олепепты /4 с зазором ьве г внпыс в лз цину Ю | меют с твй коомочнь и елсскопическ чн 1 онтэкт по новсрчно.тг 23 ььступос Прч этом свобод чо осущсствл -,етс тспсскоп ческое сколь- жьние по втулки 23 относигеяьнг стерхня 2 т с дсфор .иро анмег смещении поо лэцкои 2/ в этом C iyu 3c 1етескопиие ское смещение требует меньших усилии не в с п у е, когда вертикальное смещение компенсируется по преимущест ву зубчатой м/фгои с венцом 9 При этом благодаря незнзчптепьным усилиям умень дмссппа и0 механической энергии cooree CTDCi-iHC Г-. РНЬШИМ является и уро веиь достигаемых температур что ради кал О различает предлагаемы устройства от ,-13пестного имеющего вес как минимум на пол порядка больший чем предлагаемые j/icveHT i разгрузки

Е табпиАе грипедены данные сравни- тег очого анализа с базовым объектом «. о obi , собран сопасно известной схемо nyTeN присоедине ия к устройству-прототипу стержневого голуволнового элемента (с аку- стичзс |/1м раздепрнием в узпе смещения) и осно-ЦОН /см его устройствами для врзи в- f /я (втулка ЬО мм с зубчятым венцом и ред, тором) Эга схема сравнивалась с предлагаемой что позволило выявить прин- икпиалкние следующие отличия при практически разно i передаваемом крутящем моменте, сравниваемой амплитуде и откло- ьении частоты сократились рассеяние значений ограниченного предела вынос- ливост/ ,з 2 раза вспомогательное время на проведение испытании о 4 раза, габаритна - длина установки в сборе в 1 5 рзза количество образцов на цикл испытаний 20%

Пример В качестве унифчцирован- 5 ного образца выбран трубчз ый стержень с галтепяму rtBK 5мм материал Д1о1 Отжи) 4,0°С Давление МПа 40 РО О Час гота fn - 2680 частотя рабочая f0 О

0

26GO-2375 Температура 2°С + 1 5 С Кон т роль темпераг/ри 295 к 15 Кпроизролчл

ся с помощью оптического пирометра Контроль амплитуды, частоты, времени, разви тия трещины производился специальным комплексом автоматических приборов обеспечивающих жесткое нэгружение при падении частоты до 2500 Гц.

Для эксперимечта использовался ото рой вариант экспериментальной установки на базе сетки латунной Л 62, сечением окна 0,2 х 0,2, iопийной S - 0 3 мм В качестпе рабочей жидкости использовано AM Г-10

Угон ЗсИ ручиг | лч варьировался от 0 ло 360° по трем зкаченмям Методика нагру- жеиия по зада) мои траектории дефорычро- ВРНИЯ следующая

Чтт жател1 Ь крутящею момента чод- НИМЯРТСЯ п , се fir-.p-.H-e положение г размыканием t по кс-на/ 9 Обртзеч 18 в среипалыем , оснащается гермет .-пируощи м кгльцами заполняется маслом и ж хи л до контакта металл- металл, с чмцержксп rpyi3u ero моме1 п пп1/чги заз1Ся по степей кппйтм сО Пзсую- Чч/s элемент С тополью люча с муфтпп пр д оч ого MOF- oua о&рлзсц вводится в гнездо среднего со; элрме пе Подается длр ieHHC1 опргтовки и ликччди роются те in В птчаегся кулинес ий н конгрольнь й комплекс г минимальной амп- литудой /;пя /очтроля часготы fo Контро м- юмперггуро и толоженле узпогоч 1ПНИ1 Кон-ролиоутсч и° олное усил - Р тс /оскопи сдвига в механизме i.arpy- жателя крут« ще10 момента -л усилие к и об оазпп о г веся в юр ого крайнего с 01 Лсзсуюи .ого элемента Вводится в зацеп лениг - зубчзтыГ еенец и нэгружчгспо к,)утя- ш,его момента Включаются сзмоп /с ы часы, программаторы Лртомс1тичсс и кл,и чается рабочий pcxi- 1 чагр/же д влечи- ем, кручением чукогой частотой По достпжечи1 (ьой траектории нагруже- нил (цикли1,СС1Ч01 о дес| орм роьзния) происходит огключен/ie гилроподячи vrrPO - iCTp-4 для закручивания а усшческсго комплб - са Образец извлекается рмес re с предварительно освобожденным вторым крайним согласующим элементом который уста iee- ливается в специальное устройство Рас- крепление образца заь рна0 ц кл испытании

Результаты испытаний проводимые на предлагаемом устройстве воображены на фиг 8 Сплошные кривые принадлежите па- женныг/ значениям эксперт /ентапькы данных Прерывистая крь-вгп объединяет семейство усредненных сгла сеннь х значений для сравниваемого устройства

b

0

0 5 Гз 0 5 0

5

Экономия (Э) за один месяц непрерывной гэбош составляет Э Ц (Ni - N2) О (Mi - М2) - 5П 00-80) -+ 0(1 5-05) 300 руб/мес

При сеоийных испытаниях более проч- нь1 и менее дорогих материалов чем алюминиевый сплав Д16 Т, медь М3 представленные цифры уменьшатся Однако грп испытаниях на малоцикловую уста лость Nl( 10 -10J этот показатель резко pojor-c 1гет пропорционально росту вспомо- |ртел нпго вре v-ечи

Формула изобретения

1 сгройсгво для усталостных испыта ни и ог,азцов с кручением и наложением рыгоко11 стотно1х вибрации при гидропод- naipv Ke содержа лее чагр жатель i j,oro момента концентратор звуковых юл боний два СООСН У с ним катеноидаль них согпясую чих элегчвгьа одич из кото р si x закреплен на концентраторе |(реднасначен для аяэп /одеистрия с одним ropuor образца к имеет осевой канал сооо щен :ыи с системой подачи хи/.косги а лру гон прециал|Яче1- дня в зимодегствир с другиг юрцом образца v узел гпиенир ко лс оа ши о т л и чающееся тгм что, с це Нио расиирог ия области исго ьзорачи п,тем обеспрчечич нагружен1/|Я вибргцпоь ными iarp/зкРми посредством широкой но- м&пк л а т v о ы приводов и уменьшения г 1:,-ссога6аритнчх параметров устройства за cuei уменьшения габаритов узла гаыечия кольоаний, устройство снабжено третьим КРТОЧОМДЭЛЬНЫМ согласующим элементом ипмоьдим осевой како соодиченным с псоеьп ттеьоидальным согласующим эпе N.e то и предназначенным для взаимодействия с первым торном образца d узел 3 чечш колебании выполнен в виде лиаф- ,I жестко закрепленной на торце вто- poio чатеноидального согласующего df.eveHTa соосного с диафрагмой ведущего дь скч с зубчатым венцом соединенным с чагрухатепем крутящего момента и приспособления для колебательного смещения ди Ьр9гмы, вклюиаю цего ребристые стер- жневуе элементы соединяющие ведущий диск с диафрагмой с помошыо узпоэ фикса ц и и

2Уст ройтно по п 1 отличающееся тем что диафрагма выполнена в виде симметрично замкнутой розетки ступ / чы и пер мычех, связывающих ступицу с розет кои, наименьшие сечения перемычек оаспо- можены зона узлот фиксации стержневых элементов з узлы фиксации выполнены Р влр,е приз имеющих со стенками соответ- сгчу ощих пеоемычек кромочный контакт по тинии параллельной оси концентраторе

3 Устройство по п 2 отличающееся тегл что диафрагма выполнена в

виде предварительно напряженной сетки

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для испытания образцов и моделей с кручением и наложением высокочастотных вибраций при асимметричном цикле, создаваемом за счет гидроподнагрузки. Цель изобретения - расширение области использования устройства путем обеспечения нагружения вибра- ционными нагрузками посредством широкой номенклатуры приводов и уменьшения мзсс-габаритных параметров устройства за счет уменьшения габаритов узла гашения колебаний. Гидроподнагрузкэ осуществляется путем акустически корректного ввода жесткого трубопровода высокого давления в нижний катеноидальный согласующий элемент, имеющий внутренний канал, связанный с образцом и симметрично закрепленный между верхним и нижним захватами, также выполненными в форме катеноиды. При этом узел гашения колебаний, примыкающий к верхнему катеноидзльному элементу, включает диафрагму, связанную в узлах поперечных колебаний с нагружате- лем крутящего момента. Для корректной фиксации деформирующих моделей и образцов используются телескопические соединения на основе ребристых элементов, имеющих кромочный контакт по линии, параллельной оси концентратора. Диафрагма может выполняться жесткой в виде замкнутой розетки, в гнезда которой симметрично вводятся призматические стержневые элементы. Возможен также вариант диафрагмы из предварительно напряженной сетки, несущей закладные гнезда для призматических стержней. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Наименование затрат

Ценз одного образца, руб

Количество образцов на серию, ил

Среднее количество времени (в долях месяца) на

испытание среди

/о/ чество экспериментаторов, сотрудников Средним экспер имекгатора .

ff

±Ъ

1

7

I

3 В

8 2

А - А

8

Рае 3

б-Ј

физ. S

23

I