CZ2013136A3 - Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace - Google Patents
Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2013136A3 CZ2013136A3 CZ2013-136A CZ2013136A CZ2013136A3 CZ 2013136 A3 CZ2013136 A3 CZ 2013136A3 CZ 2013136 A CZ2013136 A CZ 2013136A CZ 2013136 A3 CZ2013136 A3 CZ 2013136A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- firing pin
- composite materials
- damage
- hinge
- response
- Prior art date
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000006378 damage Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 239000011157 advanced composite material Substances 0.000 title claims description 15
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 claims abstract description 4
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace obsahuje upínací stůl (1), ke kterému je připojena stojka (4) opatřená závěsem (3) s úderníkem (2) pro zatěžování vzorků (20) v horizontální rovině. Stojka (4) je opatřena po své výšce systémem připravených otvorů (11) doplněných výztuhami (12) pro umožnění volně měnit výšku dopadu úderníku (2) a/nebo rozměr vzorku (20).
Description
Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace
Oblast techniky
Předkládané řešení se týká univerzálního zkušebního zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace tj. měření vybraných mechanických materiálových parametrů v extrémně krátkých časech a dále kvantifikace poškození pokročilých kompozitních materiálů po zatížení rázovým zatížením.
Dosavadní stav techniky
Vedle statického zatížení, které působí na všechny stavební konstrukce bez výjimky, se poměrně často v poslední době objevují i případy lokálních dynamických zatížení. Takovými mohou být například nahodilé předměty generované silnými poryvy větru, v krajních případech tornádem, nárazy vozidel, pády letadel, fragmenty generované haváriemi technologických zařízení jako např. turbín, potrubí a plynovodů či další nahodilé rázy jakýchkoli předmětů. Stranou nezůstávají ani fragmenty generované záměrně umístěnými výbušninami, které mohou zasáhnout široké okolí až do vzdálenosti několika stovek metrů.
S neustále rozšiřující se infrastrukturou roste i pravděpodobnost takovéto nahodilé události. Rovněž i hrozba teroristického útoku v posledních letech zůstává velmi aktuální. S těmito důvody přirozeně roste zájmem o vývoj stavebních elementů z pokročilých kompozitních materiálů, které by byly schopny absorbovat a disipovat maximum energie výbuchu nebo dopadu a tím snížily škody na majetku a újmy na zdraví a životech osob. Pro návrh takových materiálů je předem nutné provést celou řadu experimentů na zařízení, které by bylo schopné dostatečně přesně simulovat lokální dynamický účinek s velmi dobrou interpretací výsledků a opakovatelností jednoho měření.
• ·
Dosud neexistuje žádné sofistikované zařízení, které by bylo schopné odpovídajícím způsobem zajistit normovou odezvu pokročilých kompozitních materiálů na zatížení rázem. Jedná se hlavně o dostatečnou robustnost celého zařízení při dostatečné variabilitě týkající se hlavně hmotnosti a výšky dopadu úderníku a rozměru vzorků. Současně se také jedná o monitorování průhybů, zrychlení a podporových reakcí v extrémně krátkých časech. Dále se také jedná o dostatečnou rychlost jednoho měření a zároveň jeho jednoduchou opakovatelnost a jasnou interpretaci výsledků.
Stavební prvky se nejčastěji testují na kvazi-statická zatížení, nejčastěji na prostý jednoosý tlak, dále pak ve troj- nebo čtyř-bodovém ohybu. Zřídkakdy jsou testovány na zatížení rázem. Jedná se pak o velmi složitá zařízení s velmi omezenou variabilitou, co se týče rozměrů zkoušeného vzorku či velikosti síly dopadu. Zařízení pro kvazi-statické zkoušky pak nejsou schopny vyvinout dostatečně rychlý přírůstek deformace, která by odpovídala rázovému zatížení či simulovala tlakovou vlnu exploze.
Většina v současné době užívaných zařízení pro zatěžování pokročilých kompozitních materiálů rázem je konstruována v tzv. vertikálním uspořádání. Tzn., že úderník je spouštěn svisle po vodící tyči - US 2010/0024519 A1, US 2005/0016256 A1, nebo je uvolněn a dále volným pádem směřuje bez jakéhokoli vedení na stavební prvek US 2009/0031783 A1. Takové uspořádání sebou nese spoustu nevýhod, jako je nemožnost uchycení snímačů na úderník z důvodu měnící se vzdálenosti úderníku od jakéhokoli pevného bodu při zkoušce a přítomnost několikanásobného dopadu úderníku na vzorek, které u reálných konstrukcí nenastává. V takovém případě nelze přesně interpretovat, jaké poškození při prvotním rázu vzniklo.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky odstraňuje univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že zatěžování vzorků probíhá v horizontální rovině, což je velmi blízké skutečným podmínkám a nedochází tak k opakovaným dopadům úderníku na jeden vzorek.
• · · · ·· ·· ·· ·· • ·· · · · · · • · · · ·
3· · · · · • · · · · a·····*· · · ····
Ve výhodném provedení je celé zařízení sestaveno z jednotlivých částí tak, že prakticky umožňuje zkoušet vzorky různých rozměrů pod dopady různě těžkých úderníků z různých výšek bez jakékoli nutnosti přestavby zařízení.
V dalším výhodném provedení se zkušební zařízení skládá z upínacího stolu, úderníku, závěsu, stojky a vzpěr. Upínací stůl umožňuje upevnit vzorky různých rozměrů. Upínací stůl je tvořen dvojicí k sobě připevněných ocelových plechů, které jsou ze spodní strany v příčném směru vyztuženy přídavnými žebry. Plech je uložen na dvou podélných nosnících, které leží na systému příčných nosníků. Příčné nosníky jsou pevně přichyceny k reakční podlaze skupinou kotev do připravené kotevní rýhy, aby bylo zabráněno jakémukoliv posunu a deformaci vlivem rázu. Stojka je tvořena dvojicí válcovaných U-profilů, které jsou u své paty připevněny k příčným nosníkům. U-profily tvořící stojku jsou k sobě při horním konci svázány pomocí přídavného válcovaného U-profilu. Stojka je navíc ztužena systémem hlavních a bočních vzpěr. Hlavní vzpěry zabezpečují stojku proti vychýlení v rovině pohybu úderníku, zatímco boční vzpěra zabezpečuje stojku proti vychýlení v rovině kolmé na pohyb úderníku.
V horní části stojky je v několika místech možné uchytit závěs za pomocí čtveřice kulových a kuličkových ložisek. Na druhém konci závěsu je obdobným způsobem uchycen úderník, který reprezentuje dopadový předmět. Závěs pevně zabezpečuje dráhu úderníku a vymezuje bod dopadu úderníku.
Ve výhodném provedení, je celá konstrukce sestavena z běžně dostupných profilů, které jsou vhodně tvarově upraveny a k sobě vhodným způsobem připojeny tak, že vytváří jeden kompaktní celek a tím splňují dané technické řešení. Použitím běžně dostupných materiálů jsou náklady na výrobu, bez započtení snímačů, 200 tis. Kč. Ve výhodném provedení jsou náklady na provoz, bez započtení snímačů, takřka nulové.
Ve výhodném provedení, nemusí aparatura obsahovat pojistku, neboť úderník drží zavěšen v dolní úvrati samovolně, a tak je umožněna bezpečná montáž stavebního prvku na upínací stůl. Při pádu úderníku na stavební prvek je úderník celou dobu veden závěsem a tím nemá úderník jakoukoliv možnost opustit prostor zatěžovacího zařízení. Po dopadu je úderník ponechán v dolní úvrati a tím je zajištěna bezpečnost • · » ·
• · pro odstranění starého a instalaci nového zkušebního vzorku. Instalace vzorku je tak i výhodná, neboť úderník ponechán v dolní úvrati přesně indikuje, jaké místo zkušebního vzorku bude zasaženo.
Ve výhodném provedení je celé zkušební zařízení sestaveno tak, že obsluha celého zařízení je velmi intuitivní a vyžaduje jen velmi krátké školení. Životnost celého zařízení je v řádu 105 dopadů.
Ve výhodném provedení je celé zkušební zařízení sestaveno tak, aby na něm mohly být testovány různorodé stavební vzorky z pokročilých kompozitních materiálů až v plném měřítku. Zařízení je tak schopno nalézt uplatnění v oblastech, kde je potřeba uplatnit konstrukční prvek s vysokou schopností absorpce a disipace energie rázu jakou jsou fasádní panely, silniční svodidla, mostní pilíře, sloupy v garážích, pobřežní konstrukce, vojenské objekty či stavby se zvýšenou možností teroristického útoku.
což je velmi blízké skutečným podmínkám a nedochází tak k opakovaným dopadům úderníku (2) najeden vzorek (20).
Objasnění obrázků na výkresech
Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsáno na konkrétních příkladech provedení. Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace je znázorněno schematicky v bočních pohledech na obr. 1 a 2 a v půdoryse na obr. 3.
Příklady uskutečnění vynálezu
Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace se skládá z pěti základních částí: upínací stůl 1, úderník 2, závěs 3, stojka 4 a vzpěry
13,14.
-5Upínací stůl 1 je tvořen dvojicí ocelových plechů 5, které jsou k sobě pevně připojeny dvojicí úhelníků 6. Ocelový upínací stůl 1 je z dolní strany vyztužen systémem přídavných žeber 7, které zajišťují dostatečnou ohybovou tuhost v příčném směru. Dále je upínací stůl 1 opatřen otvory 8 v požadovaném rastru, které jsou na spodní straně ocelového plechu dále opatřeny maticí, pro jednoduché uchycení vzorku 20 na upínací stůl 1. Celý upínací stůl 1 je uložen na dvojici podélníků tvořených ocelovými U profily 9. Upínací stůl 1 včetně dvojice podélníků 9 je uložen na systému příčných nosníků 17, které jsou pevně přichyceny k reakční podlaze skupinou kotev 18.
Přední strana ocelového upínacího stolu 1 je zúžená na požadovanou velikost tak, aby se vešla mezi dvojiď ocelových U-profilů 10 tvořících stojku 4. Dvojice ocelových U-profilů 10, tvořících šbjku 4, je ksobě na horním konci svázána ocelovým U- profilem 19 tak, aby vytvářela jeden tuhý celek. Stojka 4 tohoto univerzálního zkušebního zařízení je po výšce rozdělena na dvě části, aby byla zajištěna jednoduchá manipulovatelnost při možné výměně nějakého z dílů. Ocelové U-profily 10 jsou v jednotlivých výškových úrovních opatřeny otvory 11_, které jsou dále doplněné výztuhami 12, pro instalaci kloubového připojení závěsu 3. Stojka 4 je doplněna dvojicí vzpěr 13 tvořených ocelovými úhelníky umístěných v rovině pohybu úderníku. Současně je stojka doplněna o samostatnou vzpěru 14, která zabraňuje vychýlení stojky v rovině kolmé na rovinu pohybu úderníku.
Závěs 3 je ke stojce 4 připojen ve čtyřech bodech pomocí kulových a kuličkových ložisek 15. Závěs je navržen na požadovanou délku tak, aby úderník 2 narazil přímo na střed příslušného vzorku 20. Díky dalším otvorům U, které jsou doplněny výztuhami 12, je možno celý závěs 3 umístit do více poloh podle potřeb zkoušení, a tím pádem pokrýt co největší škálu velikostí zkoušených vzorků. V případě vzorku 20 o menších rozměrech je možné konstrukci závěsu 3 protáhnout a získat tak mnohem větší rychlosti a hodnoty dopadové energie. Závěs 3 je na svém konci opatřen čtveřicí kulových a kuličkových ložisek 16, přes které je k závěsu 3 připojen úderník 2.
• · · ·
Měření probíhá vytažením úderníku 2 do požadované výšky a jeho následným uvolněním. Úderník 2, který je pevně spojen se závěsem 3, opisuje dráhu kružnice až do spodní úvrati, kde narazí do připraveného vzorku 20.
Průmyslová využitelnost
Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace, podle tohoto vynálezu, nalezne uplatnění především v oblastech zkušebnictví a kontroly jakosti. Jedná se především o pokročilé kompozitní materiály sloužící jako základ pro ochranu civilních objektů, kde je zvýšená pravděpodobnost teroristického útoku či jiné nahodilé události. Dále se může jednat o konstrukce, bezprostředně vystavené rázovému zatížení jako jsou např. fasádní panely, silniční svodidla, mostní pilíře, nosné sloupy v garážích, pobřežní konstrukce a vojenské objekty.
Claims (5)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlosti deformace, vyznačující se tím, že obsahuje upínací stůl (1),ke kterému je připojena stojka (4) opatřená závěsem (3) s úderníkem (2), pro zatěžování vzorků (20) v horizontální rovině.
- 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že upínací stůl (1) je opatřen rastrem otvorů (8) s předpřipravenými závity pro připojení zkoušených vzorků (20) s velkou variabilitou rozměrů.
- 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že stojka (4) je opatřena po své výšce systémem připravených otvorů (11) doplněných výztuhami (12) pro umožnění volně měnit výšku dopadu úderníku (2) a/ nebo rozměr vzorku (20).
- 4. Zařízení podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že závěs (3) je zavěšen na stojku (4) pomocí čtveřice kulových a kuličkových ložisek (15) umístěných v předem připravených otvorech stojky (11).
- 5. Zařízení podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že úderník (2) je přichycen kdruhému konci závěsu (3) ve čtyřech bodech pomocí kulových a kuličkových ložisek pro pevné zabezpečení jeho dráhy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-136A CZ305246B6 (cs) | 2013-02-22 | 2013-02-22 | Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-136A CZ305246B6 (cs) | 2013-02-22 | 2013-02-22 | Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2013136A3 true CZ2013136A3 (cs) | 2014-09-03 |
| CZ305246B6 CZ305246B6 (cs) | 2015-07-01 |
Family
ID=51495046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-136A CZ305246B6 (cs) | 2013-02-22 | 2013-02-22 | Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ305246B6 (cs) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001235412A (ja) * | 2000-02-23 | 2001-08-31 | Nihon Yamamura Glass Co Ltd | びん検査装置 |
| MY136233A (en) * | 2002-11-18 | 2008-08-29 | Univ Putra Malaysia | Pendulum impact test rig |
| JP4619157B2 (ja) * | 2004-07-08 | 2011-01-26 | 日東電工株式会社 | 衝撃試験装置及び衝撃試験方法 |
| US7360393B1 (en) * | 2006-11-03 | 2008-04-22 | Honda Motor Company, Ltd. | Methods and apparatus for measuring impact toughness of a tie rod end |
| JP4367960B2 (ja) * | 2007-01-31 | 2009-11-18 | 本田技研工業株式会社 | 衝撃試験装置 |
| CN202748279U (zh) * | 2012-06-07 | 2013-02-20 | 浙江吉利汽车研究院有限公司杭州分公司 | 摆锤式冲击试验机 |
-
2013
- 2013-02-22 CZ CZ2013-136A patent/CZ305246B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ305246B6 (cs) | 2015-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gentilini et al. | Three-dimensional numerical modelling of falling rock protection barriers | |
| Liu et al. | Dynamic behaviour of web cleat connections subjected to sudden column removal scenario | |
| Gottardi et al. | Full-scale modelling of falling rock protection barriers | |
| Li et al. | Experimental study on progressive collapse resistance of steel frames under a sudden column removal scenario | |
| CN102621010B (zh) | 深部围岩锚固性能多功能试验机 | |
| Qian et al. | Dynamic and residual behavior of reinforced concrete floors following instantaneous removal of a column | |
| Blum et al. | Experimental investigation of long-span cold-formed steel double channel portal frames | |
| Govoni et al. | Modelling of falling rock protection barriers | |
| CN103471941A (zh) | 锚杆抗冲击性能模拟测试系统 | |
| CN104034504A (zh) | 悬浮隧道整体冲击响应试验装置 | |
| Zhu et al. | A new discrete element model for simulating a flexible ring net barrier under rockfall impact comparing with large-scale physical model test data | |
| Scozzese et al. | RINTC project: Nonlinear dynamic analyses of Italian code-conforming steel single-storey buildings for collapse risk assessment | |
| Wang et al. | Bearing capacities of the structure and joint of JUNO central detector | |
| CN203881508U (zh) | 一种悬浮隧道整体冲击响应试验装置 | |
| Tantrapongsaton et al. | Flexural reinforced concrete members with minimum reinforcement under low-velocity impact load | |
| Yi et al. | Impact-resistant capacity and failure behavior of unbonded bi-directional PSC panels | |
| de Miranda et al. | A simple model to simulate the full-scale behaviour of falling rock protection barriers | |
| CZ2013136A3 (cs) | Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace | |
| CZ25457U1 (cs) | Univerzální zkušební zařízení pro stanovení mechanických parametrů, odezvy a poškození pokročilých kompozitních materiálů za vysokých rychlostí deformace | |
| Jaisee et al. | Shaking table investigations on the seismic performance of a steel frame with optimized passive energy dissipation devices | |
| CN113865908A (zh) | 一种台架测试系统 | |
| CZ23463U1 (cs) | Zařízení pro stanovení odezvy desek z vysokohodnotných betonů při zatížení rázem | |
| Hegemier et al. | Blast mitigation of critical infrastructure components and systems | |
| Wang et al. | Experimental study on the behaviour of concrete filled steel tubular (CFST) members under lateral impact | |
| Guo et al. | Damage assessment of ring nets in flexible barriers subjected to consecutive rockfall impacts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20240222 |