Способ исследования прочности конструкции при ударе о преграду и стенд для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01M7/00 G01M17/00 

Изобретение относится к области испытаний и может быть использовано при испытаниях на прочность конструкций при ударе их о преграду.

На практике актуальной является проблема исследований прочности конструкций при ударе их о преграду с последующим силовым воздействием на конструкцию, например осевым сжатием. Такие случаи на- гружения могут возникать при эксплуатации реальных конструкций в различных отраслях техники, например в транспортном машиностроении, строительстве и других отраслях.

Приведем несколько конкретных примеров. Рассмотрим движение нескольких расположенных друг за другом транспортных средств (автомобили, железнодорожные вагоны, автомобили с прицепами). В аварийных ситуациях, например при столкновении одного транспортного средства с преградой, это транспортное средство испытывает комбинированное нагружение: сначала ударное нагружение от столкновения с преградой, характеризующееся контактным усилием и перегрузками, а затем или одновременно с этим нагружение со стороны движущихся за ним транспортных средств.

Отдельные узлы транспортных средств, например бампер, кабина, капот, при соударении транспортного средства с преградой также испытывают комбинированное нагружение: с одной стороны они нагружены ударным воздействием, которое от встречи с преградой характеризуется контактным

44 СЛ СЯ О 00 СО,

усилием и перегрузками, а с другой стороны - одновременно нагружение от наседающей массы транспортного средства, при отом величина деформирования нагружаемой конструкции может быть ограничена, например величина деформации капота ограничена расположенным в нем двигателем,

Также на практике возможен случай транспортирования негабаритного груза в транспортном контейнере, который может выступать за габариты транспортного средства. При наезде транспортного средства на преграду транспортируемый груз испытывает нагружение как от взаимодействия с преградой, так и от усилий, возникающих при перемещении в процессе деформации груза транспортного средства, при этом величина деформирования груза может быть ограничена деформационной способностью контейнера.

Таким образом, приведенные из практики примеры нагружения конструкций, позволяют установить следующее.

Существует проблема экспериментального исследования прочности конструкций на совместное действие ударной нагрузки от встречи с преградой, которая характеризуется контактным усилием и перегрузкой, и нагрузки, приложенной от надвигающейся при деформировании конструкции взаимодействующей с ней массы. При этом нагрузки могут быть приложены как одно- временно, так и со сдвигом по времени, а величина деформации может быть ограниченной

Натурные испытания не всегда могут быть приемлемы из-за ограниченного количества натурных образцов, выделенных для проведения испытания, или их высокой стоимости, больших габаритов и массы.

Известен способ исследования прочности конструкции при ударном воздействии, основанный на том, что испытуемый обьект устанавливают на наковальне и до удара он остается неподвижным: в процессе удара наковальня перемещается незначительно; в зоне контакта молота и наковальни помещается деформируемый элемент в виде прокладки или крешера

Недостатком известного способа испытаний является то, что условия испытаний отличаются от натурных условий нагружения, так как в процессе испытаний создается только часть нагрузки которая возникает от встречи с преградой, а другая часть нагрузки, возникающая от перемещения взаимодействующей с конструкцией массы, не создается.

Известный стенд содержит молот, станину, подвеску молота, фиксирующее устройство, поворотную траверсу, противовес, подвеску наковальни и наковальню.

Стенд обладает теми же недостатками, что и известный способ.

Известен способ исследования прочности конструкций при ударе о воду (преграду), реализованный в стенде для

исследования прочности конструкций при ударе о воду, основанный на том, что испытуемую конструкцию крепят к раме и далее к стреле с установкой заданного угла входа испытуемой модели (конструкции) в воду.

Стрела выводится в рабочее положение. При помощи механизма подъема стрела устанавливается на заданный угол, определяющий расстояние от модели до поверхности воды (преграды). В таком положении удар

модели о воду может быть осуществлен как при свободном падении со стрелой, так и под действием дополнительной внешней силы, величина которой регулируется набором грузов. Удар модели о воду заканчивается ее торможением и остановкой

Недостатки этого способа те же, что и описанного выше

Известен стенд, содержащий водоем (преграду) и устройство для подъема (разгона) модели (испытуемой конструкции), при этом устройство для разгона выполнено в виде стрепы регулируемой жесткости, укрепленной но барабане, поворотно смонтированном на неподвижной оси и связанным

через тормозное устройство с приводом и через муфту сцепления с механизмом принудительного опускания стрелы, на свободном конце которой при помощи универсального шарнира укреплена модель, а механизм принудительного опускания стрелы выполнен в виде трособлочной системы, кинематически связанной с барабаном и несущей груз.

Недостатки такого стенда те же, что и

описанного выше.

Цель изобретения - приближение условий испытаний к натурным при одновременном упрощении испытаний.

Указанная цель достигается тем, что в

известном способе исследования прочности конструкций при ударе о преграду, основанном на том, что конструкцию разгоняют до расчетной скорости и деформируют ее на расчетную величину,соударяя с преградои, согласно изобретению в интервале времени 0 Ј Дг п к конструкции прикладывают дополнительное усилие, направленное к преграде и обеспечивающее неизменность расчетной величины деформации конструкции, причем Лг определяется как разница между моментом времени приложения дополнительного усилия и моментом времени начала соударения конструкции с преградой, а т - время, за которое деформация конструкции достигает расчетной величины.

Поставленная цель достигается тем, что в известном стенде для исследова- ния прочности конструкций при ударе о преграду, содержащем основание, разгонное устройство, подвижно установленное относительно основания, крепежную плату, установленную на разгонном устройстве и снабженную узлами крепления к ней испытываемой конструкции, преграду, установленную на основании, согласно изобретению стенд снабжен, упорной плитой, жестко закрепленной на разгонном устройстве со стороны, противоположной узлам крепления конструкции, выполненным деформируемыми и обращенным к преграде, толкателем, установленным между крепежной платой и упорной плитой, связанными между собой разрушаемым жестким элементом, подключенным к датчику деформации конструкции, установленному на переднем торце ограничителя деформаций конструкции, выполненного в виде упора, жестко закрепленного на крепежной плате со стороны установки на нее узлов крепления конструкции, и механизмом ограничения обратного хода разгонного устройства, выполненным с возможностью срабатывания при соприкосновении конструкции с преградой, а крепежная плата установлена относительно разгонного устройства с возможностью перемещения в сторону преграды.

На фиг.1 изображен общий вид стенда до встречи испытуемой конструкции с преградой; на фиг.2 - общий вид стенда в момент встречи испытуемой конструкции с преградой; на фиг.З - общий вид стенда в процессе деформирования конструкции; на фиг,4 - общий вид стенда в момент взаимодействия упоров с преградой.

Пример. Стенд для исследования прочности конструкций при ударе о преграду содержит разгонное устройство, выполненное в виде тележки 1 с колесными парами 2, которые обеспечивают перемещение тележки относительно основания 3 стенда, В тележке 1 в продольном ее направлении выполнен паз 4, в котором установлена траверса 5, снабженная подшипниками качения 6. Размер траверсы 5 в продольном направлении меньше, чем соответствующий размер паза 4 на величину hi, и в силу этого траверса 5 имеет возможность перемещения в пазу 4 в продольном направлении на величину И1. На траверсе 5 перпендикулярно ей жестко за- креплена крепежная плата 9. В верхней стенке 7 паза выполнен вырез 10, позволяющий перемещаться в пазу траверсе 5 совместно с крепежной платой 9 на расстояние не менее, чем hi. На крепежной

0 плате 9 размещены узлы 11 для крепления испытуемой конструкции 12. Узлы 11 крепления конструкции 12 выполнены деформируемыми и обращены к преграде 13. жестко закрепленной на основании 3 стенда. На

5 тележке 1 разгонного устройства жестко закреплена упорная плита 14. причем закреплена она с противоположной узлам 11 стороны крепежной платы 9. Между крепежной платой 9 и упорной плитой 14 размеще0 ны скрепленные с ними толкатель 15 (силовозбудитель) и разрушаемый жесткий элемент 16. Источник давления, подающий рабочее тело в полость силовозбудителя 15, не показан. Ограничитель деформации вы5 полней в виде упора 17, жестко закрепленного на крепежной плате 9 со стороны установки на ней узлов 11 крепления испытуемой конструкции. Для определенности примем, что с качестве испытуемой конст0 рукции 12 взята цилиндрическая оболочка, а в качестве ограничителя деформации - цилиндрическая оболочка 17. установленная соосно с испытуемой оболочкой 12 и охватывающая . На преграде 13 закрепле5 на сменная прокладка 18, предназначенная для непосредственного взаимодействия с испытуемой конструкцией.

Механизм ограничения обратного хода разгонного устройства выполнен следую0 щим образом.

На оси 19, жестко закрепленной на основании 3 стенда, с возможностью поворота установлен кронштейн 20. Левое плечо кронштейна упирается в основание 3 стен5 да, на правом плече кронштейна выполнен крючок 21. Кронштейн 20 справа от оси 19 вращения скреплен с пружиной 22, которая другим концом скреплена с основанием 3 стенда. Пружина 22 обеспечивает поджатие

0 левого плеча кронштейна к основанию 3 стенда. На ограничителе деформации жестко закреплен датчик деформации 23, обращенный своим штырьком к преграде 13. Стенд готовят к испытаниям следую5 щим образом.

На преграде 13 закрепляют сменную прокладку 18, выполненную из материала реальной преграды, с-которой при эксплуатации конструкции может произойти соударение, т.е. использование сменной

прокладки позволяет производить испытания с любыми преградами.

Далее закрепляют испытываемую конструкцию 12 (цилиндрическую оболочку) с помощью узлов крепления 11 на крепежной плате 9, затем закрепляют упоры 17 (цилиндрическую оболочку), а на ней закрепляют датчик деформации 23. Крепежную плату 9 отводят в крайнее правое положение, обеспечивая между левым торцом траверсы 5 и левой боковой стенкой 8 паза требуемый зазор, в нашем случае зазор равен или больше hi, при этом траверса 5 своим другим (правым) торцом поджата к правой боковой стенке 8 паза (фиг.1). Датчик деформаций электрически через систему управления (не показана) связан с разрушаемым жестким элементом 16. Торец испытуемой оболочки 12 выступает за торец ограничителя деформации (оболочки 17) на величину Ндвф., т.е. на величину расчетной деформации испытываемой оболочки 12.

Работает стенд следующим образом.

Тележку 1 с установленной на ней с испытуемой оболочкой 12 помещают на заранее рассчитанном расстоянии Н от преграды 13 (фиг.1). Величина Н выбирается из условия, чтобы используемые для разгона тележки 1 устройства обеспечили тележке требуемую скорость V в момент соприкосновения торца оболочки 12 с преградой 13. Для разгона тележки 1 могут быть исполь- .зованы устройства такие, как, например, электромотор, приводящий в движение колесные пары 2; толкатели; наклонная плоскость, по которой скатывается тележка 1 и т.д. Приводится в действие разгонное устройство, тележка 1 совместное испытуемой оболочкой разгоняется до требуемой скорости V и с этой скоростью оболочка 12 ударно взаимодействует с преградой 13 (или при наличии со сменной прокладкой 18, закрепленной на преграде 13).

В момент соприкосновения оболочки 12 с преградой 13 с ней же взаимодействует и шток датчика деформации 23, замеряющий величину деформации испытываемой оболочки 12. При движении тележки 1 по основанию 3 стенда упорная плита 14 взаимодействует с крючком 21 кронштейна 20, при этом происходит вращение кронштейна 20 на оси 19, крючок 21 поднимается, а левое его плечо опускается, при дальнейшем движении тележки 1 кронштейн 20 под действием пружины 22 совершает-обратное вращение до упора его левого коромысла в основание 3 стенда, при этом задняя стенка упорной плиты 14 взаимодействует с внутренней поверхностью крючка 21 кронштейна 20 (фиг.2). В этом положении тележка

зафиксирована от смещения в направлении, противоположном первоначальному ее движению. Фиксация тележки 1 осуществ-- ляется в момент касания торца оболочки 12

преграды 13, что достигается тем, что заранее выбираются равные размеры Н: размер между преградой 13 и торцом испытываемой оболочки 12 устанавливается равным размеру между наружной поверхностью

упорной плиты 14 и внутренней поверхностью крючка 21 кронштейна 20 (фиг.1).

Примем, что время деформирования конструкции на величину расчетной деформации Ндеф. равно ri, а начало деформирования оболочки 12, т.е. момент касания штока датчика деформации 23, соответствует моменту времени г 0. Тогда в интервале времени Дт, определяемом соотношением 0 Дт г, разрушается жесткий элемент 16, и дополнительное усилие, создаваемого силовозбудителем 15, воздействует на крепежную плату 9, а через нее на испытуемую оболочку 12. Воздействие на оболочку 12 дополнительного усилия

Р возможно по той причине, что тележка 1 зафиксирована от смещения от преграды 13 тем, что упорная плита 14 взаимодействует с крючком 21 кронштейна 20, а крепежная плата 9 имеет возможность смещаться к

преграде 13, так как между траверсой 5 и боковой стенкой 8 имеется зазор не менее hi S Ндеф. (т.е. не менее величины расчет- ной деформации оболочки 12). Такой же зазор имеется и между крепежной панелью 9

и левой частью верхней стенки 8. Жесткий элемент 16 может разрушаться, например, по команде, которая выдается от системы управления, связанной с датчиком деформации 23. От соударения оболочки 12 с

преградой 13 оболочка 12 нагружается контактным усилием, и в тот же момент на ее элементы 24, закрепленные в ней, воздействует перегрузка, возникающая из-за торможения тележки 1.

При действии этих силовых факторов испытуемая оболочка Т2 деформируется (фиг.З). Величина деформации оболочки устанавливается заранее путем соответствующей установки ограничителя деформации. Деформирование оболочки прекращается в тот момент, когда торец ограничителя деформации соприкасается с преградой 13 (фиг,4).

Жесткость узлов крепления 11 испытуемой оболочки может изменяться и выбирается из условия, чтобы обеспечить эквивалентность по жесткости наседающей части конструкции.

Формула изобретения

1.Способ исследования прочности конструкции при ударе о преграду, заключающийся в том, что конструкцию разгоняют до расчетной скорости и деформируют ее на расчетную величину, соударяя с преградой, отличающийся тем, что, с целью приближения условий испытания к натурным при одновременном упрощении испы- таний, в интервале времени 0 Дт;ЈГ1К конструкции прикладывают дополнительное усилие, направленное к преграде и обеспечивающее неизменность расчетной величины деформации конструкции, причем Д т определяется как разница между моментом времени приложения дополнительного усилия и моментом времени начала соударения конструкции с преградой, a fi - время, за которое деформация конструкции достигает расчетной величины.

2.Стенд для исследования прочности конструкции при ударе о преграду, содержащий основание, разгонное устройство, подвижно установленное относительно ос- нования, крепежную плиту, установленную

на разгонном устройстве и снабженную узлами крепления к ней испытываемой конструкции, преграду, установленную на основании стенда, и ограничитель деформации конструкции, установленный на разгонном устройстве, отличающийся тем, что, с целью приближения условий испытания к натурным при одновременном упрощении испытаний, он снабжен упорной плитой, жестко закрепленной на разгонном устройстве со стороны, противоположной узлам крепления конструкции, выполненным деформируемыми и обращенным к преграде, толкателем, установленным между крепежной платой и упорной плитой, связанными между собой разрушаемым жестким элементом, подключенным к датчику деформации конструкции, установленному на переднем торце ограничителя деформации конструкции, выполненного в виде упора, жестко закрепленного на крепежной плате со стороны установки на нее узлов крепления конструкции, и механизмом ограничения обратного хода разгонного устройства, выполненным с возможностью срабатывания при соприкосновении конструкции с преградой, а крепежная плата установлена относительно разгонного устройства с возможностью пеоемещения в сторону преграды.

Использование1 при испытаниях на прочность конструкций при ударе о преграду. Сущность изобретения способ заключается в том, что конструкцию разгоняют до расчетной скорости и деформируют ее на расчетную величину, соударяя с преградой, при этом в интервале времени 0 Дг п к конструкции прикладывают дополнительное усилие, направленное к преграде, а затем уменьшают дополнительное усилие до величины, обеспечивающей неизменность расчетной величины деформации конструкции, при этом скорость разгона конструкции равна скорости во время ее штатной эксплуатации, А7 определяется как разница между моментом времени приложения дополнительного усилия и моментом времени начала соударения конструкции с преградой, п - время, за которое деформация конструкции достигает расчетной величины. 2 с.п ф-лы, 4 ил.

J19 22 20

Г7//

-W // ,21

Qi- / /

17 ъ%-Ј L 16

///J/////S fl rfr /SS

ss

Ю 1

5 2

Фиг. i

13 /0

12 1

/J

Фиг. 4