Способ создания нагрузки Советский патент 1993 года по МПК G01N3/10 

Изобретение относится к области испытательной техники, к способам создания нагрузки при испытаниях многослойных составных по длине патрубков и изделий.

Известен способ нагружения сосудов путем создания давления во внутренней полости изделия 1 и 2.

Недостатки способа - не учтены возможности нагружения изделия осевым усилием и эффект силового взаимодействия элементов составного цилиндрического изделия.

Известен также способ сложного нагружения оболочек 3. Этот способ состоит в том, что испытуемую оболочку помещают в герметичную камеру, создают давление в полости оболочки и давление, создающее осевую нагрузку. Недостаток способа - при выборе давлений в полостях не учтен эффект силового взаимодействия элементов составного изделия.

Цель изобретения - приближение испытаний к условиям эксплуатации составных по длине патрубков путем учета эффекта силового взаимодействия отдельных его элементов.

Цель достигается тем, что испытуемое изделие помещают-в герметичную камеру и создают в ней разрежение, создают давление Ра в полости изделия, а его величину выбирают из условия

К„- Р(1) создают давление Ре, формирующие осевую нагрузку, а его величину выбирают из условия

-Ра,(2) где К - безразмерный коэффициент, учитывающий взаимодействия внешней оболочки

и внутренней трубы в составном полом цилиндрическом изделии ();

Км - безразмерный коэффициент, учитывающий геометрическое подобие испытуемого и натурного изделий ();

Кп - безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий отклонение реального отношения нормальных осевых и окружных напряжений от идеального в оболочке, нагруженной только внутренним дав- лением (KnS1);

Р - величина внутреннего давления цилиндрического изделия, Па.

Изобретение отличается от прототипа созданием в камере разрежения, выбором величины давления в полости изделия и величины давления, создающего осевую нагрузку.

На фиг. 1 показана схема устройства для реализации способа; на фиг.2-схема нагру- жения полого составного цилиндрического изделия в условиях эксплуатации.

Устройство содержит герметичную камеру, подсоединенную к вакуумному насосу (не показаны), и размещаемое в камере ис- пытуемое изделие (оболочку) t. Торцы оболочки герметизируют фланцы 2 и 3. При этом образуется внутренняя полость 4 (полость А).

С внутренней стороны фланец 2 имеет полость 5 (полость Б), которая отгорожена от полости 4 поршнем 6с радиальным уплотнением. Поршень 6 установлен в нерабочей (захватной) части оболочки 1 и соединен посредством штока 7 с фланцем 3. Полости 4 и 5 посредством штуцеров 8 и 9 подсоединены к источникам давления (не показаны).

С внешней стороны захватные части 10 плотно охвачены хомутами 11 и 12, каждый из которых состоит из двух половинок. Бол- ты 13, вворачиваемые по торцу хомута, предназначены для поджатия фланцев 2 и 3 к торцу испытуемого изделия и герметиза- . ции,этого контакта.

Испытуемая оболочка может иметь не- изменяющиеся от опыта к опыту размеры и внешний контур захватной части. Например, рабочая часть оболочки имеет постоянные размеры внешнего диаметра (,1 м) и толщины (,5 ).

Натурное изделие, например отсек летательного аппарата, представляет собой полое составное цилиндрическое изделие (см. фиг.2). Оно имеет внешнюю оболочку (корпус) и внутреннюю трубу. Основные геометрические размеры натурного изделия могут не совпадать с размерами испытуемого изделия, кроме этого отсек в составе аппарата может участвовать в ускоренном движении.

Нагружение изделия осуществляется следующим образом.

Испытуемое изделие 1 с установленными фланцами 2 и 3, поршнем 6 и хомутами 11 и 12 помещают в герметичную камеру и создают в камере разрежение посредством вакуумного насоса.

Создают давление в полости изделия, давление Ра в полости изделия выбирают из условия (1). При этом величина безразмерного коэффициента К, учитывающего эффект силового взаимодействия отдельных элементов натурного изделия, вычисляется по формуле

2.

Ет

М

1-М

+ &L-&-EL.°

Ек

1 -fir + М2 ( 1 +,МТ)+ 1 +/UK + Q2 ( 1 -Ц )

Ет ( 1 - IWT )

Ек ( 1 - С/ )

где М

,-к PD m g nx . яТЖ

оЈ -(Р +hprg nx)

.

Здесь Е - модуль упругости материала;

М - безразмерное отношение внутреннего а и внешнего b радиусов внутренней трубы;

Ц - коэффициент Пуассона;

о - нормальные осевые напряжения;

Р - давление во внутренней полости трубы;

Q - безразмерное отношение внутреннего b и внешнего с радиусов внешней оболочки составного изделия;

к, т - верхние индексы параметров, относящихся соответственно к внешней оболочке (корпусу) и внутренней трубе составного изделия;

О - средний диаметр корпуса;

бк - толщина корпуса;

m - масса расположенной выше от рассматриваемого сечения I-I части конструкции аппарата;

g - ускорение свободного падения;

пх - коэффициент осевой перегрузки;

h - расстояние от сечения I-I до верхнего торца внутренней трубы;

рт - плотность материала трубы.

Величина безразмерного коэффициента Км, учитывающего геометрическое подобие испытуемого и натурного изделий, оценивается по формуле

. . -.. . - . v D 5М ЗГ

Создают давление, формирующее осевую нагрузку, величину этого давления р& выбирают из условия (2). При этом значение безразмерного поправочного коэффициента Кп, учитывающего отклонение отношения нормальных осевых и окружных напряжений от идеального в оболочке, нагруженной только внутренним давлением, вычисляется по формуле.

кг - 1 (л 4mgnx.у К(

Например, натурное изделие имеет следующие основные параметры: ,88 МПа; 104 МПа; МПа; т 0,425; /JK-0,35; ,3; ,9858; ,824; ,6v ,8 103 кг/м3; ,5; 103 кг; ,81 м/с. Тогда ,729, ,629 и ,342, а давления в полостях испытуемого изделия

,795 МПа и ,78 МПа.

Применение предлагаемого способа позволяет нагрузить испытуемое изделие так, что нормальные осевые и окружные напряжения в модельной оболочке адекватны соответствующим напряжениям в корпусе составного изделия в условиях эксплуатации. Приближение испытаний к условиям эксплуатации составных по длине изделий

5

10 15

0

.

Q

с

достигается прежде всего путем учета эффекта силового взаимодействия отдельных элементов изделия. Учитываются также геометрическое подобие испытуемого и натурного изделий и отклонение;реального отношения осевых и окружных напряжений от идеального в оболочке, нагруженной только внутренним давлением, за Счет участия натурного изделия в ускоренном движении. ....- .... ,....;. :. : - ------.,-. ;......„.

Ф о р мул а и з о б ре т е н и я Способ создания нагрузки, заключающийся в том, что помещают изделие в герметичную камеру, создают давление в полости изделий и давление, создающее осевую нагрузку, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью приближения испытания к условиям эксплуатации многослойных составных по длине патрубков путем учета эффекта силового взаимодействия отдельных элементов, в камере создают раз реже-. ние, давление Ра в полости изделия выбирают из условия Км Р, а давление Ре, создающее осевую нагрузку, - из условия Ра, где К-безразмерный коэффициент, учитывающий взаимодействие внешней оболочки и внутренней трубы в составнбм полом цилиндрическом изделии. Км - безразмерный коэффициент, учитывающий геометрическое подобие испытуемого и натурного изделий; Кп - безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий отклонение реального отношения нормальных осевых и окружных направлений от идеального в оболочке, нагруженной только внутренним давлением, Р - величина внутреннего давления цилиндрического изделия, Па.

Фиг. 2.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Цель изобретения - приближение испытаний к условиям эксплуатации многослойных составных по длине патрубков путем учета эффекта силового взаимодействия отдельных элементов. Изделие помещают в герметичную камеру, создают в изделии давление Ра, выбираемое из условия Км Р. Создают осевую нагрузку, давление РБ осевой нагрузки выбирают из условия Ра, где К - безразмерный коэффициент, учитывающий взаимодействие внешней оболочки и внутренней трубы в составном полом цилиндрическом изделии; Км- безразмерный коэффициент, учитывающий отклонение реального отношения нормальных осевых и окружных напряжений от идеального в оболочке, нагруженной только внутренним давлением (); Р - величина внутреннего давления цилиндрического изделия, Па. 2 ил.