RU1786391C

RU1786391C - Device for loading shell-type structures during strength testing

Info

Publication number: RU1786391C
Application number: SU914916208A
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Баринов; Александр Николаевич Архипов; Петр Борисович Пилипенко; Борис Яковлевич Мушин
Original assignee: Московский институт теплотехники
Priority date: 1991-03-04
Filing date: 1991-03-04
Publication date: 1993-01-07

Abstract

Использование: дл нагружени оболо- чечных конструкций при испытани х их на В прочность и устойчивость внешним давлением и изгибающим моментом. Сущность изобретени : устройство содержит силовую раму 1, испытательную камеру 2, охватывающую размещенную в ней оболочечную конструкцию 3 с образованием полости 4. На торце оболочечной конструкции 3 закреплен переходник 5. На силовой раме 1 закреплены силовозбудители 6, 7, соединенные посредством т г 8 и 9 соответственно с переходником 5 и испытательной камерой 2. В плоскости изгибающего момента , создаваемого силовозбудителем 6, расположен датчик 10 силы, выполненный в виде П-образной металлической скобы с Aff/ S7 1S СЛ СUse: for loading shell structures when testing them for strength and resistance to external pressure and bending moment. SUMMARY OF THE INVENTION: the device comprises a power frame 1, a test chamber 2, covering the shell structure 3 placed therein with the formation of a cavity 4. An adapter 5 is fixed at the end of the shell structure 3. Power exciters 6, 7 are connected to the power frame 1, connected by means of t 8 and 9, respectively, with an adapter 5 and a test chamber 2. In the plane of the bending moment created by the exciter 6, there is a force sensor 10 made in the form of a U-shaped metal bracket with Aff / S7 1S СЛ С

Description

двум лапами 11 и 12 и перемычкой 13. Одна из лап 11 скреплена с силовой рамой 1, друга лапа 12 - с переходником 5, а на перемычке 13 установлены тензодатчики 14. Устройство снабжено контактными электрическими регистраторами 15 перемещений испытательной камеры 2 относительно оболочечной конструкции 3. Регистраторы 15 перемещений размещены в плоскости изгибающего момента между камерой 2 и оболочечной конструкцией 3 в диаметрально противоположных точках, при этом регистраторы 15 перемещений выполнены каждый в виде двух кронштейнов из диэлектрического материала с металлическими клеммами, обращенными друг к другу и соединенными последовательно соответственно с источником питани и электролампой (или электрическим звонком). Кронштейны выполнены с возможностью их перемещени в плоскости изгибающего момента и установлены один на оболочечной конструкции 3, а другой на испытательной камере 2 на рассто нии друг от друга, обеспечивающем зазор между клеммами, равный соответственно зазорам между оболочечной конструкцией 3 и испытательной камерой 2 перед нагружением в пред- полагаемых местах их контакта при разгружении. Полость 4 соединена с источником давлени и герметизирована уплотнени ми . 4 ил.two paws 11 and 12 and a jumper 13. One of the paws 11 is fastened to the power frame 1, the other paw 12 is connected to an adapter 5, and strain gauges 14 are installed on the jumper 13. The device is equipped with contact electric recorders 15 for movement of the test chamber 2 relative to the shell structure 3. The movement recorders 15 are placed in the plane of the bending moment between the chamber 2 and the shell structure 3 at diametrically opposite points, while the movement registrars 15 are each made in the form of two dielectric brackets second material with the metal terminals facing each other and respectively connected in series with the power source and the electric lamp (or an electric bell). The brackets are movable in the plane of the bending moment and mounted one on the shell structure 3, and the other on the test chamber 2 at a distance from each other, providing a gap between the terminals, equal to the gaps between the shell structure 3 and the test chamber 2 before loading in supposed places of their contact during unloading. The cavity 4 is connected to a pressure source and sealed with seals. 4 ill.

Изобретение относитс к испытательной технике, а именно к устройствам дл нагружени оболочечных конструкций при испытани х на прочность и устойчивость внешним давлением и изгибающим моментом/ : . . - . -.... The invention relates to testing equipment, in particular to devices for loading shell structures during tests for strength and stability by external pressure and bending moment /:. . -. -....

Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс устройство дл нагружени оболочечных конструкций при испытани х их на прочность (авт.св. СССР № 1631448, кл.С 01 N3/12,1988). Оно содержит силовую раму/испытательную камеру , охватывающую размещенную в ней оболочечную конструкцию с образованием полости, переходник, закрепленный на тор- ,це оболочечной конструкции, силовозбуди- тели, закрепленные на силовой раме и соединенные посредством т г с переходником и испытательной камерой, датчики силы , расположенные в плоскости изгибающего момента между камерой и оболочечной конструкцией, и источник давлени , соединенный с полостью.The closest technical solution to the invention is a device for loading shell structures when testing their strength (ed. St. USSR No. 1631448, class C 01 N3 / 12.1988). It contains a power frame / test chamber, covering the enclosed shell structure with the formation of a cavity, an adapter mounted on the end of the shell structure, power exciters mounted on the power frame and connected by means of an adapter and a test chamber, force sensors located in the plane of the bending moment between the chamber and the shell structure, and a pressure source connected to the cavity.

Недостатком устройства вл етс низка точность испытаний, вызванна тем, что в процессе нагружени оболочечной конструкции возможна погрешность в определении усили сопротивлени камеры изгибу и поперечному перемещению испытуемой конструкции, так как датчики силы размещены непосредственно в местах контакта камеры и оболочечной конструкции. Кроме того, контактирование или отсутствие контакта испытуемой конструкции и камеры определ ют только косвенным путем через усилие их взаимодействи , не контролиру The disadvantage of this device is the low accuracy of the tests, due to the fact that during the loading of the shell structure, there may be an error in determining the resistance of the chamber to bending and lateral movement of the test structure, since the force sensors are located directly at the contact points between the chamber and the shell structure. In addition, contacting or lack of contact between the test structure and the chamber is determined only indirectly through the force of their interaction, not controlled

непосредственно наличие или отсутствие зазора между испытуемой конструкцией и камерой.directly the presence or absence of a gap between the test structure and the camera.

Целью изобретени вл етс повышение точности путем исключени силового взаимодействи испытательной камеры с оболочечной конструкцией.The aim of the invention is to increase accuracy by eliminating the force interaction of the test chamber with the shell structure.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство , общий вид, разрез; на фиг.2 -узелFigure 1 shows the proposed device, General view, section; figure 2 - site

f на фиг. 1; на фиг.З - узел 11 на фиг. 1; на фиг,4 - зависимость усили , фиксируемого датчиком силы, от поперечной нагрузки.f in FIG. 1; on figs - node 11 in fig. 1; in Fig.4 - the dependence of the force recorded by the force sensor on the transverse load.

Устройство дл нагружени оболочечных конструкций при испытани х на прочность содержит силовую раму 1, испытательную камеру 2, охватывающую размещенную в ней оболочечную конструкцию 3 с образованием полости 4. На торце оболочечной конструкции 3 закреплен переходник 5, На силовой раме 1 закреплены силовозбудители 6, 7, соединенные посредством т г 8 и 9 соответственно с переходником 5 и испытательной камерой 2. В плоскости изгибающего момента Ми, создаваемого силовозбудителем б расположен датчик силы 10, выполненный в виде П-об- разной металлической скобы с двум лапами 11 и 12 и перемычкой 13., Одна из лап 11 скреплена с силовой рамой 1, друга 12 - сThe device for loading the shell structures during strength tests contains a power frame 1, a test chamber 2, covering the shell structure 3 placed therein with the formation of a cavity 4. An adapter 5 is fixed to the end of the shell structure 3, Power exciters 6, 7 are fixed to the power frame 1 connected by means of ds 8 and 9, respectively, with the adapter 5 and the test chamber 2. In the plane of the bending moment Mi created by the exciter b, there is a force sensor 10 made in the form of a U-shaped metal cal bracket with two legs 11 and 12 and a jumper 13. One of the clutches 11 fastened to the power frame 1, another 12 - with

переходником 5, а на перемычке 13 установлены тензодатчики 14. Устройство снабжено контактными электрическими регистраторами 15 перемещений и испытательной камеры 2 относительно оболочечной конструкции 3. Регистраторы 15 перемещений размещены в плоскости изгибающего момента Ми между камерой 2 и оболочечной конструкцией 3 в диаметрально противоположных точках, при этом регистраторы 15 перемещений выполнены каждый в виде двух кронштейнов 16,17 и 18, 19 из диэлектрического материала с металлическими клеммами 20, 21 и 22, 23, обращенными друг к другу и соединенными последовательно соответственно с источником 24, 25 питани и электролампой 26, 27 (или электрическим звонком). Кронштейны 16 и 17 выполнены с возможностью их перемещени в плоскости изгибающего момента и установлены один на оболочечной конструкции 3, а другой на испытательной камере 2 на рассто нии друг от друга, обеспечивающем зазор между клеммами 20, 21 и 22, 23, равный соответственно зазорам Ai , А2, между оболочечной конструкцией 3 и испытательной камерой 2 перед нагру- жением в предполагаемых местах их контакта при нагружении. Полость 4 соединена с источником давлени (на фиг. не показан) и герметизирована уплотнени ми 28.an adapter 5, and strain gauges 14 are installed on the jumper 13. The device is equipped with contact electric motion recorders 15 and the test chamber 2 relative to the shell structure 3. The motion recorders 15 are placed in the plane of the bending moment Mi between the camera 2 and the shell structure 3 at diametrically opposite points, while displacement recorders 15 are each made in the form of two brackets 16.17 and 18, 19 of dielectric material with metal terminals 20, 21 and 22, 23 facing each other and connected in series with a power supply 24, 25 and an electric lamp 26, 27 (or an electric bell), respectively. The brackets 16 and 17 are made with the possibility of their movement in the plane of the bending moment and are installed one on the shell structure 3, and the other on the test chamber 2 at a distance from each other, providing a gap between the terminals 20, 21 and 22, 23, respectively, equal to the gaps Ai , A2, between the shell structure 3 and the test chamber 2 before loading at their intended contact points during loading. The cavity 4 is connected to a pressure source (not shown in FIG.) And sealed with seals 28.

Устройство работает следующим образом . Сначала на силовую раму 1 устанавливают испытательную камеру 2, внутри которой размещают испытуемую оболочеч- ную конструкцию 3. Так как сборка камеры 2 и оболочечной конструкции 3 невозможна без зазоров между ними, то эти зазоры герметизируют , как и места стыка оболочечной конструкции 3 с силовой рамой, уплотнени ми 28. Перед установкой на испытуемую оболочечную конструкцию 3 переходника 5 замер ют зазоры Ai и Аг (фиг.2, 3) между оболочечной конструкцией 3 и испытательной камерой 2 в предполагаемых местах их контакта при нагружении, а именно в плоскости изгибающего момента. После измерени этих зазоров устанавливают на торцы испытательной камеры 2 и обо/точечной конструкции 3 контактные электрические регистраторы перемещений 15. Их устанавливают в плоскости изгибающего момента между камерой 2 и оболочечной конструкцией 3 в диаметрально противоположных точках, при этом регулировкой положени кронштейнов 16, 17 и 18, 19 обеспечивают зазор между клеммами 20,21 и 22, 23, равный зазору соответственно Ai и Да между оболочечной конструкцией 3 и испытательной камерой 2, т.е. замеренному ранее зазору в предполагаемом месте контакта при нагружении. После этого закрепл ют на торце оболочечной конструкции 3 переходник 5 и между ним и силовой рамой 1 устанавливают в плоскости изгибающего момента датчик силы 10. скрепл The device operates as follows. First, a test chamber 2 is installed on the power frame 1, inside which the tested shell structure 3 is placed. Since the assembly of the chamber 2 and the shell structure 3 is impossible without gaps between them, these gaps are sealed, as are the junctions of the shell structure 3 with the power frame , seals 28. Before installing the adapter 5 on the test shell structure 3, the gaps Ai and Ar (FIGS. 2, 3) are measured between the shell structure 3 and the test chamber 2 at the supposed places of their contact during loading, namely oskosti bending moment. After measuring these clearances, contact electrical displacement transducers 15 are installed on the ends of the test chamber 2 and the circumferential structure 3. They are installed in the plane of the bending moment between the chamber 2 and the shell structure 3 at diametrically opposite points, while adjusting the position of the brackets 16, 17 and 18 , 19 provide a gap between the terminals 20,21 and 22, 23 equal to the gap, respectively, Ai and Yes between the shell structure 3 and the test chamber 2, i.e. previously measured clearance at the expected contact point during loading. After that, an adapter 5 is fixed at the end of the shell structure 3 and a force sensor 10 is installed between it and the power frame 1 in the plane of the bending moment.

одну из его лап 11 с силовой рамой 1, а другую - с переходником 5. Затем устанавливают силовозбудители 6 и 7, соедин ют полость 4 с источником давлени , клеммыone of its paws 11 with a power frame 1, and the other with an adapter 5. Then the power exciters 6 and 7 are installed, the cavity 4 is connected to a pressure source, terminals

18, 19 и 20, 21 соедин ют последовательно соответственно с источником питани 24,25 и электролампой 26, 27, а тензодатчики 14 включают в тензоизмерительную систему. После этого подают давление в полость 4 и18, 19 and 20, 21 are connected in series with a 24.25 power supply and an electric lamp 26, 27, respectively, and strain gauges 14 are included in the strain gauge system. After that, pressure is supplied into the cavity 4 and

одновременно на сйловозбудитель 6. в результате чего испытуема обо/точечна конструкци 3 подвергаетс совместному нагружению внешним избыточным давлением Р и изгибающим моментом Ми, создаваемым силой Q.at the same time to exciter 6. as a result, the test point / point structure 3 undergoes joint loading by external overpressure P and bending moment M created by force Q.

Нагружение ведут этапами, обычно по 20% от эксплуатационной нагрузки. При увеличении силы Q до значени Qi (фиг.4) испытуема оболочечна конструкци изгибаетс и перемещаетс в поперечном направлении практически без помех (если не считать сопротивление уплотнение 28, которым можно пренебречь). При этом тензодатчики 14, установленные на перемычке 13,The loading is carried out in stages, usually 20% of the operational load. When the force Q is increased to the value Qi (Fig. 4), the test shell structure bends and moves in the transverse direction almost without interference (except for the resistance of the seal 28, which can be neglected). When this load cells 14 mounted on the jumper 13,

регистрируют рост силы Т, пропорциональной силе Q. Если бы испытательна камера 2 не преп тствовала поперечному перемещению испытуемой оболочечной конструкции 3, то зависимость Т от Q оставалась быregister an increase in the force T proportional to the force Q. If the test chamber 2 did not prevent the transverse movement of the test shell structure 3, then the dependence of T on Q would remain

линейной. Однако при определенном усилии Qi (фиг.4) зазор Ai (фиг.2) между торцами испытательной камеры 2 и оболочечной конструкции 3 выбираетс и в дальнейшем при увеличении силы Q испытательна камера 2 оказывает противодействие поперечному перемещению оболо чечной конструкции 3. Вследствие этого мен етс зависимость силы Т от Q, так как мен етс характер перемещени переходника 5 и,linear. However, with a certain force Qi (Fig. 4), the gap Ai (Fig. 2) between the ends of the test chamber 2 and the shell structure 3 is selected and subsequently, with an increase in the force Q, the test chamber 2 counteracts the transverse movement of the shell structure 3. As a result, it changes the dependence of the force T on Q, since the nature of the movement of the adapter 5 and,

следовательно, характер деформаций перемычки 13 датчика силы 10. При выборе зазора AI контактируют не только торцы испытательной камеры 2 и оболочечной конструкции 3, но и клеммы 20 и 21 соответствующего регистратора перемещений 15. Зажигаетс электролампа 26.therefore, the nature of the deformations of the jumper 13 of the force sensor 10. When selecting the gap AI, not only the ends of the test chamber 2 and the shell structure 3 are in contact, but also the terminals 20 and 21 of the corresponding displacement recorder 15. An electric lamp 26 is ignited.

При достижении силой Q значени Qz, соответствующего этапу 20% от эксплуатационной нагрузки, сила Т достигает значени Т2 (фиг.4). При свободном поперечном перемещении испытуемой оболочечной конструкции 3 (если бы камера не преп тствовала этому перемещению) значение силы Т, соответствующее силе Qa было быWhen the force Q reaches the value Qz corresponding to step 20% of the operational load, the force T reaches the value T2 (Fig. 4). With free transverse movement of the test shell structure 3 (if the camera did not impede this movement), the value of the force T corresponding to the force Qa would be

равным Тз. Таким образом, сила сопротивлени испытательной камеры 2 поперечному перемещению оболочечной конструкции 3 равна Тз-Т2. Поэтому после достижени силой Q значени Q2 подают давление наequal to Tz. Thus, the resistance force of the test chamber 2 to the transverse movement of the shell structure 3 is equal to T3-T2. Therefore, after the force Q reaches the value Q2, pressure is applied to

силовозбудитель 7 и с его помощью прикладывают на испытательную камеру 2 дополнительное усилие QI, равное и противоположное по направлению усилию сопротивлени камеры, т.е. как бы отт гивают камеру 2 от оболочечной конструкции 3. При равенстве дополнительного усили СИ силе сопротивлени камеры 2 ликвидируетс контакт между камерой 2 и оболочечной конструкцией 3. Следует отметить, что, как и любой процесс, процесс замера усили сопротивлени имеет погрешности. Дл компенсировани их служит контактный электрический регистратор перемещений 15, Как только нарушаетс контакт между испытательной камерой 2 и оболочечной конструкцией 3 (в результате приложени дополнительного усили QI), что соответствует точке А на фиг.4, электролампа 26 гаснет . При этом образовавшийс в месте контакта зазор между испытательной камерой 2 и оболочечной конструкцией 3 может быть минимальным и меньшим, чем А. Поэтому при дальнейшем увеличении силы Q сверх усили Qa, оболочечна конструкци 3 почти сразу войдет в контакт с испытательной камерой 2, т.е. нагружение будет почти сразу неточным из-за возникших усилий сопротивлени камеры 2 (пунктир на фиг.4). Чтобы избежать этого при приложении дополнительного усили Qi его увеличивают до тех пор, пока не выберут зазор Да и не загоритс электролампа 27, т.е. отт гивают испытательную камеру 2 от оболочечной конструкции 3 на максимально возможное рассто ние, равное Ai +Av (фиг.2). После этого увеличивают силу Q, при этом испытуема оболочечна конструкци 3 свободно перемещаетс до выборки зазора , равного Ai + Az, о чем оповещает загорание электролампы 26 (точка Б на фиг.4). Далее поступают, как и на предыдущем этапе . Довод т нагрузку QI до значени СЦ, соответствующему 40% от эксплуатационной нагрузки и прикладывают дополнительную силу Te-Ts к испытательной камере 2 посредством силовозбудител 7 и т.д.the exciter 7 and with its help apply an additional force QI to the test chamber 2, equal to and opposite in direction to the resistance of the chamber, i.e. as it were, the camera 2 is pulled away from the shell structure 3. If the additional SI force is equal to the resistance force of the camera 2, the contact between the camera 2 and the shell structure 3 is eliminated. It should be noted that, like any process, the measurement of the resistance force has errors. To compensate for them, a contact electric motion recorder 15 is used. As soon as the contact between the test chamber 2 and the shell structure 3 is broken (as a result of applying additional force QI), which corresponds to point A in Fig. 4, the electric lamp 26 goes out. In this case, the gap formed at the point of contact between the test chamber 2 and the shell structure 3 can be minimal and smaller than A. Therefore, with a further increase in the force Q over the force Qa, the shell structure 3 will almost immediately come into contact with the test chamber 2, i.e. . the loading will be almost immediately inaccurate due to the arising resistance forces of the chamber 2 (dashed line in Fig. 4). To avoid this, when an additional force Qi is applied, it is increased until the gap Yes is selected and the electric lamp 27 lights up, i.e. the test chamber 2 is pulled away from the shell structure 3 by the maximum possible distance equal to Ai + Av (Fig. 2). After that, the force Q is increased, while the test shell 3 moves freely until a gap is selected equal to Ai + Az, which is indicated by the lighting of the electric lamp 26 (point B in Fig. 4). Then they proceed, as in the previous step. The load QI is adjusted to a SC corresponding to 40% of the operational load and an additional Te-Ts force is applied to test chamber 2 by means of exciter 7, etc.

Таким образом, в процессе нагружёни не только замер ют усилие сопротивлени камеры изгибу и поперечному перемещению испытуемой оболочечной конструкции, но и регистрируют наличие или отсутствие реального контакта между камерой и оболочечной конструкцией. Кроме того, устройство позвол ет при испытании обеспечить такое нагружение, при котором оболочечна конструкци работает в услови х, максимально приближенных к реальным (в усло- ви х минимального противодействи испытательной камеры). Все это повышает точность испытани .Thus, in the course of loading, they not only measure the resistance of the chamber to bending and lateral movement of the test shell structure, but also record the presence or absence of real contact between the camera and the shell structure. In addition, the device allows testing to provide such a load under which the shell structure operates under conditions as close as possible to the real ones (with minimal resistance to the test chamber). All this improves the accuracy of the test.

Claims

The claims

A device for loading shell structures during strength tests, comprising a power frame, an adapter connected to it, intended for fastening to the end of the shell structure, a test chamber designed to enclose the shell structure with the formation of a cavity in it, exciters mounted on the power frame and connected by means of tg to the end of the discharge chamber and to the adapter so that the direction of their action

perpendicular to the axis of the chamber, a force sensor located in the direction of action of the exciters, and a pressure source connected to the cavity of the test chamber, characterized in that, in order to increase accuracy by eliminating the force interaction of the test chamber with the shell structure,

it is equipped with contact electric motion recorders of the test chamber relative to the shell structure, placed in the direction of action of the exciters between the chamber

and a shell structure at diametrically opposite points, each of the recorders is made in the form of two brackets of dielectric material with metal terminals facing each other and connected to each other in series through a power source and an electric lamp, one of the brackets is mounted on a test chamber, and the other is designed for installation on a shell structure with a gap between the terminals equal to the gap between the shell structure and the test chamber before loading in the assumption the place of their contact, and the force sensor is made in

In the form of a U-shaped metal bracket with two paws and a jumper, one of the paws of which is fastened with a power frame, the other with an adapter, and the jumper has tensors.