Способ определения ресурса конструкции при случайном циклическом нагружении Советский патент 1992 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к области усталостных испытаний, к способам определения ресурса конструкции при случайных нагружениях. Известны способы ресурсных испытаний при случайных нагружениях; при которых определяют спектр случайного на- гружения и нагружают модель или образец из наиболее нагруженного места конструкции нагрузкой, спектр которой совпадает со спектром случайной нагрузки и судят о ресурсе конструкции по ресурсу модели или образца,

Недостатком таких испытаний является сложность оборудования для реализации способа, поскольку реализация нагрузки со сложным спектром требует привлечения сложных средств управления и весьма слож- ных средств силонагружения. Наиболее близким к заявленному является способ на- гружения детерминированной переменной нагрузкой, повреждающее действие которой эквивалентно повреждающему деиствию случайногЬ нагружения (метод испытания качающейся частотой нагружения), и судят о ресурсе конструкции при случайном нагружении по ресурсу при нагружении детерминированной нагрузкой.

Недостатками прототипа являются следующие: сложность средств плавного изменения частоты; снижение точности нагружения. связанное с разогревом материала (особенно полимерного) при увеличении частоты, поскольку пульсации температуры дополнительно изменяют кинетику усталостного повреждения конструкции.

Применение прототипа для определения усталостного ресурса конструкции из полимерных композиционных материалов, не имеющих резонансных частот в области изменения частоты, требует значительного изменения частоты, поскольку повреждаемость таких конструкций слабо зависмт от изменения частоты.

С

Цепью изобретения является повышение точности при определении ресурса конструкции из полимерного материала за счет исключения погрешностей, связанных с его сэмиразогревом и упрощения реализации способа за счет исключения необходимости пси мнения частоты нагружения.

Цепь достигается тем, что среднее на- ряжение цикла периодически изменяют с периодом, равным среднему значению ин- , i U i f/чзжду соседними локальными мак- спмумсши зависимости максимальной о цикле от времени, и с амплитудой, j J4 ;-ой среднему квадратичному отклонению среднего значения в цикле итдчг йн м нагрузки.

Нг-э фиг.1 показана случайная зависимость напряжения от времени при случай- и JM нагружении; на фиг.2 - при стационарном с периодическим изменением среднего напряжения.

Устройство для реализации способа представляет собой испытательную машину, позволяющую нагружать конструкцию при периодическом изменении средней нагрузки в цикле.

Способ реализуется следующим образом.

Определяют параметры случайного нагружения: средний период цикла нагружения, средний уровень нагрузки, среднюю длительность интервала между соседними ловящими максимумами зависимости максимальной нагрузки от времени реднее значение средней нагрузки в цикле и среднеквадратичное отклонение среднего значения нагрузки в цикле. Нагружают 1 онсгрукцию циклической нагрузкой, период которой рзвен среднему периоду цикла случайной нагрузки, а уровень соответствует среднему уровню случайной нагрузки. Сроднее напряжение цикла периодически изменяется периодом, равным средней дли- т льности интервала между соседними максимальными максимумами, и амплиту- дойчравной среднему квадратичному отклонен )ю средней нагрузки в цикле. По ресурсу конструкции судят о ресурсе конструкции при случайном нагружении.

Пример. Определялся ресурс стекло- пластиковых труб диаметром 240 мм при действии осевой пульсирующей растягивающей нагрузки. Случайная нагрузка имела следующие параметры: средний уровень соответствовал 1.1 предела выносливости на базе 1 или. циклов, среднее квадратичное

отношение равно 0,1 предела выносливости, средняя частота (по среднему периоду) циклического нагружения 5 Гц, среднее время между максимальными максимумами 2,8 с. Были нагружены 15 оболочек при случайном нагружении на специальном стенде, включающем в систему управления нагрузкой программное средством с задатчиком случайной величины нагрузки.

Другая партия из 15 оболочек была нагружена согласно заявленному способу. Среднее значение ресурса оболочек при нагружении согласно заявленному способу составило 4,95 часа. Погрешность способа

5 составила величину порядка 5%, что имеет порядок доверительного интервала в каждой серии (при случайном нагружении доверительный интервал составил 8%, при стационарном - 4%).

0 В то же время при моделировании случайного процесса качением частоты необходимость увеличения частоты с 5 Гц до 12 приводит к нагреву образца на 60 К. что уменьшает при модельных испытаниях ре5 суре примерно на 30%.

Таким образом, способ не только может быть реализован более простыми средствами, чем прототип, но и повышает точность результата - в приведенном примере по0 грешность уменьшается с 30% до 5%. Формула изобретения Способ определения ресурса конструкции при случайном циклическом нагружении, заключающийся в том, что

5 конструкцию нагружают циклической нагрузкой, средний уровень которой равен среднему уровню случайной нагрузки, а период - средней длительности цикла случайного нагружения, и определяют ресурс

0 конструкции, по которому судят об ее ресурсе при случайном нагружении. отличающийся тем. что. с целью повышения точности при испытании конструкций из композитного материала за счет исключе5 ния погрешностей, связанных с его саморазогревом, и упрощения реализации способа за счет исключения необходимости изменения частоты нагружения, нагружение осуществляют с амплитудой, циклически

0 изменяющейся от указанного уровня нагрузки на величину, равную среднеквадратичному отклонению среднего значения случайной нагрузки, с периодом, равным среднему значению интервала между двумя

5 соседними максимумами нагрузки при случайном нагружении.

Ъ, h Ja-, Ч Js Ts

T7 Т«

Предлагаемое изобретение относится к усталостным испытаниям, к способам определения ресурса конструкции при случайных нагружениях. Цель предлагаемого изобретения - повышение точности при определении ресурса конструкции из композиционного материала за счет исключения погрешностей, связанных с его саморазогревом, и упрощение реализации способа за счет исключения необходимости изменения частоты нагружения. Конструкцию нагружают детерминированной циклической нагрузкой, период и уровень которой соответствуют средним периоду цикла и уровню случайной нагрузки, а среднее напряжение периодически изменяют с периодом, равным среднему периоду между двумя максимальными максимумами, и амплитудой, равной среднему квадратичному отношению среднего напряжения. По ресурсу конструкции при стационарном нагружении судят о ресурсе при случайном нагружении. 2 ил.

Шиг.2