Учебный прибор по строительной механике Советский патент 1992 года по МПК G09B23/06 

сл С

Использование: для учебных и наглядных пособий по строительной механике с целью повышения точности определения критической осевой сжимающей нагрузки при исследовании влияния касательных усилий на устойчивость многослойных оболочек. Сущность изобретения: внешняя поверхность внутренней оболочки и внутренняя поверхность внешней оболочки снабжены пазами, образующими сообщающиеся полости, которые соединены с нагружающим устройством - источником давления. При этом оболочки выполнены из материала, в котором не возникает пластических деформаций при потере устойчивости оболочек заданных размеров. Изобретение целесообразно использовать для исследования устойчивости деформируемых систем. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к учебным приборам по строительной механике и может быть использовано в учебном процессе при изучении раздела Устойчивость деформируемых систем.

Известен учебный прибор по строительной механике, содержащий установленную в крышках цилиндрическую оболочку, нагружающее и измерительное устройства.

Недобтатком этого устройства являются его ограниченные дидактические возможности, так как он не позволяет демонстрировать влияние на устойчивость многослойных оболочек касательных усилий на границе слоев.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является учебный прибор, содержащий установленные концентрично в крышках по меньшей мере -две цилиндрические оболочки так, что внеш няя поверхность внутренней оболочки примыкает без зазора к внутренней поверхности внешней оболочки, нагружающее и измерительное устройство.

Недостатком этого прибора является низкая точность определения критической осевой сжимающей нагрузки при исследовании влияния касательных усилий на устойчивость многослойных оболочек.

Целью изобретения является повышение точности определения критической осевой сжимающей нагрузки при исследовании влияния касательных усилий на устойчивое ь многослойных оболочек при осевом сжатии.

Поставленная цель достигается тем, что в приборе по строительной механике, содержащем установленные концентрично в крышках по меньшей мере две цилиндрические оболочки так, что внешняя поверхность внутренней оболочки примыкает без зазора к внутренней поверхности внешней оболоч«

сл о о

hO

J

ки, нагружающее и измерительные устройства, внешняя поверхность внутренней оболочки и внутренняя поверхность внешней оболочки снабжены пазами, образующими сообщающиеся полости, которые соедине- ны с нагружающим устройством, при этом оболочки выполнены из материала, в котором не возникает пластических деформаций при потере устойчивости оболочек заданных размеров.

На фиг. 1 показан прибор, общий вид; на фиг. 2 - развертка поверхности оболочки; на фиг. 3 - схема нагружения оболочек при использовании прототипа.

Учебный прибор по строительной меха- нике содержит основание 1, входящее в состав нагружающего устройства, устройство для создания осевой сжимающей силы, состоящее из стойки 2, шарнирно установленного на стойке рычага 3 с чашей 4 для установки грузов и уравновешивающими грузами 5. Между основанием 1 и рычагом 3 посредством шаровых опор 6 и 7 (для создания строго осевой нагрузки) установлены в крышках 8 и 9 оболочки 10 и 11, снабженные пазами 12, образующими сообщающиеся полости между оболочками.

Оболочки выполнены из материала, в котором не возникает пластических деформаций при потере устойчивости (при задан- ных размерах оболочек - моделей отсеков летательных аппаратов), например, из высокомодульных органоплзстиков, с тем, что- бы обеспечить многократную демонстрацию потери устойчивости оболочек. Полости, образуемые пазами 12, с помощью трубопровода 13 соединены с входящей в состав нагружающего устройства пневмосистемой, включающей вакуум- насос 14, ресивер 15 и вентиль 16. В качестве измерительного устройства используется вакуумметр 17. Кроме того, на основании 1 установлен ограничитель перемещений при потере устойчивости оболо- чек, состоящий из резьбовых стержней 18 и 19.

Демонстрация прибора производится следующим образом.

Ограничитель 18, 19 устанавливают в заданное положение с целью ограничения деформаций оболочек 11, 12 при потере устойчивости. При закрытом вентиле 16, без вакуумирования полости, образуемой пазами 12, нагружают оболочки 11,12 до потери устойчивости путем, например, постепенного насыпания дроби в чашу 4. Затем возвращают прибор в исходное состояние. Включают вакуум-насос 14 и откачивают давление из ресивера 15, выключают вакуум-насос 14 и путем постепенного открытия

вентиля 16 вакуумируют полости, образуемые пазами 12,до заданного значения (контроль по вакуумметру 17). Оболочки 11, 12 при этом прижимаются одна к другой, и при дальнейших испытаниях на границе оболочек возникают силы трения, которые моделируют касательные усилия на границах связанных многослойных оболочек. Нагружают оболочки 11,12 так же, как и при первой демонстрации осевым сжатием до потери устойчивости и по разнице критических нагрузок судят о влиянии на устойчивость многослойных оболочек касательных усилий на границах слоев.

Технико-экономический эффект изобретения обусловлен повышением точности определения критической осевой сжимающей нагрузки при исследовании влияния касательных усилий на устойчивость многослойных оболочек при осевом сжатии, так при использовании прототипа, когда прижатие оболочек 10, 11 осуществляется за счет внутреннего избыточного давления q (фиг. 3), критическая нагрузка FKp должна определяться как разность между нагрузкой F (определяют путем взвешивания дроби) и

п

растягивающей нагрузкой Fpac q ,

при этом в сравнении с заявляемым устройством, где F«p определяется только путем взвешивания груза (дроби), вводится погрешность, связанная с определением q и Fpac, и если эта погрешность в определении Ркр может быть оценена 5 %, то погрешность (при использовании прототипа) определения осевого сжатия, связанная с подкрепляющим действием внутреннего давления q (за счет изменений начальных неправильностей формы, изменения характера волнообразования при потере устойчивости и т. д) может быть оценена десятками процентов (в зависимости от величины q).

Таким образом, точность определения критической осевой сжимающей нагрузки при исследовании касательных усилий на устойчивость многослойных оболочек при осевом сжатии в сравнении с прототипом повышается на десятки процентов.

Предлагаемое устройство целесообразно использовать в учебных организациях при изучении дисциплин, включающих темы по устойчивости деформируемых систем.

Формула изобретения

I. Учебный прибор по строительной ме- ханике, содержащий установленные кон- центрично в крышках по меньшей мере две цилиндрические оболочки так, что внешняя поверхность внутренней оболочки примыкает без зазора к внутренней поверхности внешней оболочки, нагружающее устройство в виде пневмосистемы и измерительное устройство, отличаю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения критической осевой сжимающей нагрузки при исследовании влияния касательных усилий на устойчивость многослойных оболочек при осевом сжатии, внешняя поверх

хс

irt

Kf3

0

ность внутренней оболочки и внутренняя поверхность внешней оболочки снабжены пазами, образующими сообщающиеся полости, которые соединены с нагружающим устройством.

L,pФ«г.

,о

Фаг. I

от пнеНлюсмстелщj

fO ff

Ф«л.З