Способ механических испытаний конструкций Советский патент 1993 года по МПК G01M5/00 

Изобретение относится к испытаниям на статическую прочность силовых конструкций в различных областях техники.

В настоящее время известен ряд способов проведения испытаний на статическую прочность. Все известные способы распространяются на случаи, в которых распределение испытательных нагрузок совпадает с распределением нагрузок, действующих в реальных условиях. Или на те случаи, когда разностью распределения испытательных и реальных нагрузок можно пренебречь.

Один из способов проведения испытаний осуществляется в следующем порядке. Испытуемая конструкция монтируется в испытательном стенде, монтируется испытательная оснастка, производится

нагружение конструкции испытательными нагрузками ступенями до величин максимальных нагрузок. На каждой ступени производится измерение деформаций и определение напряжений,

Известен способ испытания конструкций на статическую прочность, при котором испытуемая конструкция сначала нагружается максимальными испытательными нагрузками, затем нагрузка ступенями снимается до нуля. На каждой ступени осуществляется измерение деформаций и определение несущей способности.

Наиболее близким по технической сущности достигаемому результату к заявляемому техническому решению является способ испытания строительных конструкЧ О О О СП О

ций, позволяющий проводить оценку влияния отдельных нагрузок на напряженно-деформированное состояние конструкции. Способ заключается в том. что для оценки влияния отдельных нагрузок на напряжен но-деформированное состояние конструкции каждую из нагрузок увеличивают от ступени к ступени нагружения неравномерно. Количество ступеней нагружения принимается равным или большим количества прикладываемых к испытуемой конструкции нагрузок. :

При осуществлении рассмотренного способа испытаний выполняется сложное нагружение. При сложном нагружении имеет место произвольное изменение от ступени к ступени измеряемых деформаций. Недостатками прототипа является то, что сложное нагружение конструкции не позволяет выявлять отдельные сбои в системе измерения и проводить корректировку нулевых отсчетов тензодзтчиков. Все это ведет к появлению ошибок при определении напряженно-деформированного состояния конструкции. Особенно велики бывают ошибки от названных причин при прочностных испытаниях с изменяющейся в процессе проведения испытаний температурой. Кроме того неравномерное приложение испытательных нагрузок может привести к преждевременному разрушению испытуемой конструкции, так как конструкция, как правило, проектируется на равномерное приложение всех нагрузок. : Целью изобретения является определение сложного напряженно-деформированного состояния конструкции.

Использование предлагаемого способа позволит определить напряженно-деформированное состояние конструкции при не- совпадении по длине реальных и испытательных нагрузок и, как следствие, отпадает необходимость в испытании ко,н- струкции на нескольких объектах испытания. ,,..

Нагружение является простым, когда внешние силы (если их несколько) от начала их приложения возрастают, сохраняя между собой постоянное соотношение, т.е. изменяются пропорционально их общему параметру. При простом нагружении имеет место в элементах конструкции монотонное изменение деформаций. В этом случае де- форма.ций, измеренные каждым тензрдат- чиком на всех ступенях нагружения, можно аппроксимировать монотонными полиномами или их сплайнами .и по результатам аппроксимации выявлять сбои системы измерения и проводить корректировку нулевых отсчетов тензодатчиков. Однако при

простом нагружении конструкции испыта- . тельными нагрузками измеренные деформации в каждой точке являются функцией всего комплекса испытательных нагрузок.

Для того, чтобы определить деформации в элементах, конструкции от реального распределении нагрузок, деформации, полученные в результате измерения и аппроксимации, представим:

Ј In 2 а| fiic

1 1

где Ј in-аппроксимированные деформации при максимальных испытательных нагрузках в 1-й точке испытуемой конструкции; .. п - количество непропорционально изменяющихся по конструкции нагрузок;

а г коэффициент пропорциональности между J- и нагрузкой и деформацией в 1-й точке; ;;

г ис - нагрузки, реализованные при испытаниях.

Для определения неизвестных коэффициентов пропорциональности (ai } необходимо иметь столько независимых уравнений, сколько действует на конструкцию непропорционально изменяющихся по

длине нагрузок. Чтобы получить необходимое количество нетождественных уравнений необходимо осуществить при испытаниях простое нагружение испытуемой конструкции столько раз, сколько прикладываётся к конструкции непропорционально распределенных нагрузок, причем соотношение прикладываемых нагрузок при каждом нагружении должно быть различным. Испытательные нагрузки, прикладываемые к конструкции,

при каждом нагружении должны соответствовать соотношению реальных нагрузок в произвольно взятом и при каждом нагружении разном сечении конструкции. По результатам -этих простых нагружении испытуемой

конструкции, измерения и аппроксимации деформаций имеется система уравнений

50

Ј . еш § I ai1 fue. k 1j 1

k 1

В результате решения системы уравнений определяются неизвестные коэффициенты пропорциональности (аг1), которые характеризуют влияние каждой прикладываемой нагрузки на величину измеряемой деформации. Затем по имеющимся коэффициентам пропорциональности и по расчетным нагрузкам в каждой точке, конструкции,

где были установлены тензодатчики, определяются деформации

«IP- i ai, J 1

f|

Предлагаемое техническое решение отличается от известных тем, что при испыта- ниях всегда осуществляется простое нагружение конструкции, которое позволяет по результатам аппроксимации измеренных деформаций проводить .отбраковку показаний те.нзодатчиков, корректировку нулевых отсчетов и обеспечивает характер на- гружения конструкции, близкий к эксплуатационному. Количество нагружений, соответствующее количеству непропорционально изменяющихся по длине конструкции нагрузок, позволяет определить напряженно-деформированное состояние конструкции при реальных нагрузках в том случае, когда нельзя обеспечить при испытаниях совпадения испытательных и реальных нагрузок.

Наличие указанных признаков предлагаемого технического решения обуславливает соответствие этого решения критерию новизна.

На фи.1. 1 приведены эпюры распределения нагрузок (давления и осевой силы), действующих в реальных условиях на конструкцию и при испытаниях; на фиг. 2 - схема испытательной установки.

Способ осуществляется следующим образом. На опорах 1 в камере 2 закрепляют испытуемую конструкцию 3, сверху на испытуемую конструкцию 3 устанавливают сило- нагружающее устройство в виде силовой плиты 4 и силовых тяг 5, замкнутых одним концом на силовой плите 4, а другим в основании 6. Испытываемую конструкцию и камеру заполняют испытательной .жидкостью. Учитывая, что на конструкцию в реальных условиях действует две непропорционально изменяющихся нагрузки (Np и Рр), то при испытаниях конструкцию нагружа ют дважды. Сначала ступенями, нагружают осевой, силой МИ1 и давлением РИ1.. При этом:

и

Hi.

и

PI-.

где Npi, РР1 - расчетные сила и давление в 1-м сечении;

ЫИ1, РИ1 - испытательные сила и давление в 1-м сечении;. затем также ступенями нагружают осевой силой МИ2 и давлением РИ2, при этом

ри

f i P.2 PZ

где NP2, PP2 - расчетные сила и давление во 2-ом сечении;

МИ2, РИ2 испытательные сила и давление во 2-м сечении.

Далее после аппроксимации и отбраковки составляют систему из двух уравнений и определяют н-еизвестные коэффициенты пропорциональности зависимости деформаций от каждой нагрузки. В произвольном сечении испытуемой конструкции деформации для расчетного соотношения нагрузок определяют как

; е i ap Ppi + aN Npi

Ф о р м у л а м з о б р е т е. н и я Способ механических испытаний конструкций, по которому производят ступенчатое нагружение испытуемой конструкции нагрузками, изменяющимися.от ступени к ступени неравномерно, и определяют деформацию в контролируемом сечении исп.ы- туемой конструкции, о т л .и. ч. а ющ и и с я тем, что, с целью определении сложного напряженно-деформированного состояния конструкций, осуществляют простое нагружение, нагружение осуществляют столько раз, сколько действует непропорционально изменяющихся нагрузок в реальных условиях, а соотношение испытательных нагрузок соответствует соотношению нагрузок в реальных условиях в произвольно выбранном сечении конструкции.

fr. I

Изобретение позволяет определить напряженно-деформированное состояние конструкции при статических испытаниях в условиях простого нагружения в случае несовпадения по длине испытуемой конструкции (ИК), распределение расчетных и испытательных нагрузок. ИК нагружают, обеспечивая простое ступенчатое нагружение, всем комплексом расчетных нагрузок, При этом выдерживают постоянное их соотношение для произвольно выбранной точки ИК. Нагружение ИК осуществляют столько раз, сколько действует на Ж непропорционально изменяющихся по длине ИК расчетных нагрузок. При каждом нагружении соотношение расчетных нагрузок выбирают разным, соответствующее разным точкам ИК в реальных условиях. По результатам этих простых нагружении ИК, измерения и аппроксимации деформаций получают систему уравнений. В результате решения системы уравнений определяют влияние каждой прикладываемой нагрузки на величину измеряемой деформации и затем определяют деформации конструкции в местах установки тензодатчиков для заданного соотношения расчетных нагрузок. 2 ил. СО С

/ ////s

/ S Г / / / / / / St /S / /

ZI

1Чд

«r. г