Изобретение относится к области меха- ничеЬких испытаний, к способам оценки ус- талостной поврежденности конструкции в условиях случайного нагружения. Известны способы оценки усталостной поврежденности, в которых конструкцию или ее модель нагружают эксплуатационной нагрузкой и судят о поврежденности по развитию трещины.
Недостатком таких способов является, с одной стороны - их трудоемкость, сложность реализации, связанные с необходимостью воспроизведения случайного спектра нагружения, а с другой - невозможность определения поврежденности на ранних
стадиях, когда конструкцию еще можно ремонтировать, снижая поврежденность.
Наиболее близким k заявленному является способ определения устзлостной поврежденности, при котором конструкцию или модель нагружают эквивалентной случайной детерминированной нагрузкой с постоянной амплитудой и частотой и по ее остаточной прочностной характеристике су- дято поврежденности конструкции при случайном нагружении.
Данное техническое решение является наиболее близким к заявленному и принято в качестве прототипа. Недостатком прототипа является его недостаточная точность
VI
ЧЭ О
чэ
00 Сл
при определении поврежденное™ сосудов давления из композиционных материалов, поскольку таким конструкциям свойственно нелинейное накопление уста- лостных повреждений, что затрудняет апри- орное задание эквивалентного случайному детерминированного процесса нагружения.
Целью заявленного способа является повьгшёниёточйбЪти при оценке поврежден нбсти сосудов давления из компози- цйоннОго материала за счет устранения погрешностей, связанных с нелинейным характером накопления повреждений.
На фиг. 1 показан закон нагружения циклической основной и дополнительной нагрузками; на фиг, 2 - характерный закон изменения жесткости.
Устройство для реализации способа представляет собой испытательную машину для циклического нагружения сосуда давле- ния, снабженную средствами контроля ее жесткости и средствами нагружения сосуда внутренним давлением.
Способ реализуется следующим образом. Конструкцию в виде сосуда давления из композиционного; материала нагружают эксплуатационной случайной нагрузкой, контролируя относительное изменение ее жесткости. Модель конструкции нагружают циклически детерминированной нагрузкой, параметры которой определяют известным методом так; что повреждающее действие детерминированной нагрузки эквивалентно повреждающему действию Случайной эксплуатационной нагрузки. Перед определе- нием остаточной прочности модели, ее нагружают циклической нагрузкой с симметричными циклами (вид нагрузки круче- н иё, из гиб и т- гВ такой же, ка к. и ос новной циклической нагрузки), при монотонном увеличении амплитуды,:до момента, когда относительное из ёМ иежёсткости модели (относительно ее, палильного неповрежденного с эстояния); станёт равным относительному изменению жесткрЬти сосуда. Нагружают модель внутреннимi давлё- ние.м и riti( повре кдёнйо бтй: кр струк1|ии ;§ зэявлён- нрм способе исНрльзу трК обнаруженное экспериментальное свойствр циклической нагрузке симметричны дополйТйтел йую;пЬврё дейЦрсть чв ци1 личёски й аг р й н ; : ).разом, что; сдхранйегбя сврйство принятой характеристики оетаточноЙ прочйРстисосу- да давления Служить показателем убталост- ной певрёщённес-ги, Обра1цаем вйимание экепёртйзы на нерчёвмдйость данного свойг ства, поскольку Иное нагружение повреж- денной конструкции изменяет характер
повреждений, поэтому при ином нагруже- нии необоснованным будет и судить по одинаковости изменений жесткостей об одинаковости повреждений. Действительно, изменить жесткость модели можно и иным способом, например, нагрузив оболочку внешним динамическим обжимающим давлением, меньшим по уровню разрушающего. При этом, подобрав параметры импульса обжимающего давления, можно добиться такого же относительного снижения жесткости модели, что и у. конструкции, однако поврежденность модели будет носить иной характер, чем повреж- денность конструкции (сосуда давления), поэтому по характеристике остаточной прочности модели нельзя судить об оста- точной прочности сосуда давления. Заявителем были проведены описанные опыты, подтвердившие исключительное свойство нагрузки с симметричным циклом (в том числе - с возрастающей амплитудой) сохранять характер усталостной поврежденное™, показателем которой для сосуда давления принято разрушающее давление, изменяя лишь уровень поврёждённости.
Для обоснования работоспособности способа был проведен следующий эксперимент. Партия из 15 цилиндрических образцов-оболочек диаметром 24 мм из стеклопластика ППЙ+ЭДТ-10 подвергалась осевому случайному нагружению, при эквивалентном уровне напряжения, равном 1,1 предела выносливости на базе 1 млн.циклов. Предварительно на такой же партии были получены средние значения жесткости и разрушающего внутреннего давления. Эквивалентная частота нагружения составила 5 Гц, По 5 образцов были разрушены с кон тролем жёсткости при временах наработки 4,5 ч, 4,8 ч и 5 ч. Изменения жесткостей составили величины 6%, 9% и 12% соответственно, а изменение разрушающего внутреннего давления - 4, 6 и 10%. Вторая партия нагружалась детерминированной нагрузкой частотой 5 Гц и амплитудой пульсирующих циклов 1,1 предела выносливости, изменения разрушающих давлений при таких же вреМенах наработки составили величины соответственно 3, 4 и 6%. Третья партия наг;ружалась так же, как вторая, но перед разрушением оболочек внутренним давлением ИХ нагружали Симметричными циклами с вЬзрартаю1ДеЙ амНлитудой до изменения жёсткостёй на ё,9 иr ;j2 % соответственно,f aapyiiaie He давления об „третьей бы л и меньше начал ьног о разрушаюЩ;го давления на величины соот- ветствейНб 6,5,711j%. Таким образом; из приведённого примера видно, что макеимальная погрешность в определении характеристики поврежденности составила величину порядка (12-11)712 «8% в то время.
как у прототипа максимальная погрешность (9-6)/9 33%, т.е. заявленный способ существенно уменьшает погрешность.
Изобретение относится к механическим испытаниям, к способам оценки усталрст- ной поврежденности конструкции в условиях случайного нагружен|ля. Цель изобретения - повышение точности при оценке поврежденности конструкции сосудов давления из композиционного материала за счет устранения погрешностей, связанных с нелинейным характером накопления повреждений. Конструкцию, нагружаемую в условиях эксплуатации случайной циклической нагрузкой, или ее модель нагружают детерминированной циклической нагрузкой с эквивалентным повреждающим действием. Перед определением остаточной прочности конструкцию нагружают дополнительной циклической нагрузкой, создающей такой же вид напряженно-деформированного состояния, что и циклическая основная нагрузка, но с.еимметринными Циклами и монотонно возрастающей амплитудой. Увеличение амплитуды осуществляют до относительного уменьшения жесткости оболочки, равного относительному уменьшению жесткости конструкции при эксплуатационной случайной нагрузке. Определение остаточной жесткости осущеет ел я ют путем наг руже ни я сосуда внутренним давлением. 2 ил. (Л С
Фор м у л а и з о б р е те и и я Способ оценки усталостной поврежден- ности конструкции в условиях случаинЬго нагружёния, заключающийся в том, что конструкцию нагружают эксплуатационной нагрузкой, модель конструкции нагружают циклически детерминированной нагрузкой с постоянными параметрами цикла, повреждающее действие которой эквивалентно по- вреждаюц(0му действию эксплуатационной нагрузки конструкции, и определяют оста- точную прочностную характеристику модели, пб которой судят о поврежденности конструкций, oY л и чаю Щ и и с я тем, что, с Целью повышения точности при оценке повреждённое™ сосудов давления из композитного материала за счет устранения по;..-&
//л
грешностей, связанных с нелинейным характером накопления повреждений, определяют изменение жесткости до начала нагруЖения, пбсле нагружёния модели с постоянными параметрами цикла и перед определением ее Ьстаточной прочностной характеристики к модели прикладывают дополнительную циклическую нагрузку с симметричными циклами и монотонным увеличением амплитуды до достижения изменения жесткости модели по сравнению с ее жесткостью до начала нагружения величиной, равной соответствующему изменению жесткости конструкций, а остаточную прочностную характеристику модели определяют путем нагружения её до разрушения внутренним давлением.,
t
«
