RU2115911C1

RU2115911C1 - Plant for fatigue testing of fragments and units of sheet and rod structures

Info

Publication number: RU2115911C1
Application number: RU95112902A
Authority: RU
Inventors: Г.Т. Урумов
Original assignee: Северо-Кавказский государственный технологический университет
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: testing equipment. SUBSTANCE: given plant for fatigue testing has inertial vibrators for loading of tested article with extension- compression efforts along several axes and inertial vibrator mounted on article to create lateral vibrations in article. Resilient ring members are mounted in pairs in symmetry on circular bearing frame. Grippers of tested article are connected to them with the help of tie-rods. Vibrators are installed in pairs along each loading axis outside ring members. EFFECT: approximation of testing conditions to real conditions of loading of sheet and rod structures. 7 dwg

Description

Изобретение относится к испытаниям фрагментов и узлов листовых и стержневых конструкций на усталость при действии продольных колебаний и при поперечном изгибе, при статическом нагружении, повторно-статическом нагружении как с полой нагрузкой, так и с частичной, на ползучесть, на релаксацию напряжений, а также на различные комбинации указанных видов действия нагрузок. The invention relates to tests of fragments and nodes of sheet and rod structures for fatigue under the action of longitudinal vibrations and transverse bending, under static loading, re-static loading, both with a hollow load and with partial, creep, stress relaxation, and also various combinations of these types of loads.

Известна установка для высокочастотных испытаний на усталость при растяжении-сжатии образцов из листовых материалов (см. авт. св. СССР N 705300, кл. G 01 N 3/32, G 01 N 3/38, опублик. БИ N 47, 1979), содержащая возбудитель колебаний, упругий элемент в виде скобы, захваты для испытуемого образца, один из которых связан с упругим элементом, установленным на возбудителе колебаний, а другой захват связан с упругим элементом. A known installation for high-frequency fatigue tests under tension-compression of samples of sheet materials (see ed. St. USSR N 705300, class G 01 N 3/32, G 01 N 3/38, published. BI N 47, 1979) containing the pathogen, an elastic element in the form of a bracket, grips for the test sample, one of which is connected to the elastic element mounted on the pathogen, and the other capture is connected to the elastic element.

Недостатком данной установки является испытание образца лишь при одноосном растяжении-сжатии, что не отражает поведение материала в большинстве конструкций, работающего в условиях плоского напряженного состояния. The disadvantage of this installation is the test of the sample only under uniaxial tension-compression, which does not reflect the behavior of the material in most structures operating in a plane stress state.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является установка для испытаний листовых материалов на усталость при плоском напряженном состоянии (см. авт. св. СССР N 1132195, кл. G 01 N 3/34, опублик, БИ N 48, 1984), содержащая основание, на котором размещены нагружающее устройство в виде двух электромагнитных силовозбудителей, установленных во взаимно перпендикулярных направлениях, две пары захватов и крестообразного образца листового материала и упругий кольцевой элемент, выполненный в виде трех соосно расположенных колец, крайние из которых связаны между собой и соединены с внутренней стороной с одной парой захватов, а среднее кольцо соединено с внутренней стороны с другой парой захватов. Closest to the technical nature of the claimed invention is an installation for testing sheet materials for fatigue in the plane stress state (see ed. St. USSR N 1132195, class G 01 N 3/34, published, BI N 48, 1984), containing the base on which the loading device is placed in the form of two electromagnetic force activators installed in mutually perpendicular directions, two pairs of grippers and a cross-shaped sample of sheet material and an elastic ring element made in the form of three coaxially arranged rings, cr ynie of which are interconnected and connected to the inner side of one pair of jaws and the middle ring is connected to the inner side of the other pair of jaws.

Недостатком данной установки является проведение испытаний образцов только путем приложения нагрузки по двум взаимно перпендикулярным направлениям. The disadvantage of this installation is to test samples only by applying a load in two mutually perpendicular directions.

Задачей изобретения является приближение условий испытаний к условиям работы листовых и стержневых конструкций. The objective of the invention is the approximation of the test conditions to the operating conditions of sheet and bar structures.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения независимого приложения пульсирующей нагрузки по более, чем двум осям с возможностью создания плоского напряженного состояния. The technical result consists in expanding the functionality by providing an independent application of a pulsating load on more than two axes with the possibility of creating a plane stress state.

Этот технический результат достигается тем, что известная установка для испытаний на усталость фрагментов и узлов листовых и стержневых конструкций, содержащая вибраторы для нагружения испытуемого изделия усилиями растяжения-сжатия по различным осям, взаимодействующие с ними упругие кольцевые элементы и соединенные с последними посредством тяг захвата испытуемые изделия, дополнительно снабжена инерционным вибратором, установленным на испытуемом изделии с возможностью создания в нем поперечных колебаний, упругие кольцевые элементы установлены попарно симметрично на опорной кольцевой раме по любым осям нагружения, а вибраторы для нагружения испытуемого изделия усилиями растяжения-сжатия выполнены инерционными и установлены попарно по каждой оси нагружения с внешних сторон упругих кольцевых элементов. This technical result is achieved by the fact that the known installation for fatigue testing of fragments and units of sheet and rod structures, containing vibrators for loading the test product with tensile and compressive forces along different axes, elastic ring elements interacting with them and test products connected to the latter by gripping rods is additionally equipped with an inertial vibrator mounted on the test product with the possibility of creating transverse vibrations in it, an elastic ring element are arranged in pairs symmetrically on the annular supporting frame for any axes loading and vibrators for loading test item efforts made tension-compression inertia and arranged in pairs on each axis of loading on the outer sides of the elastic ring elements.

Такая конструкция позволит проводить испытания конструкций как на статическое, повторно-статическое нагружение, так и на ползучесть, релаксацию напряжения и усталость при действии продольных колебаний, поперечном изгибе и их различных комбинациях. This design will allow testing of structures for both static and static reloading, as well as creep, stress relaxation and fatigue under the action of longitudinal vibrations, transverse bending, and their various combinations.

Сущность устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид установки в плане, на фиг. 2 - разрез А-А; на фиг. 3 - конструктивная схема колеса; на фиг. 4 - расчетная схема колеса; на фиг. 5 - фрагмент корпуса листовой конструкции с вварным патрубком; на фиг. 6 - фрагмент в плане; на фиг. 7 - график результатов испытаний при повторных статических нагружениях по одной оси нагружения. The essence of the device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of the installation in plan; FIG. 2 - section aa; in FIG. 3 - structural diagram of the wheel; in FIG. 4 - design diagram of the wheel; in FIG. 5 - a fragment of the body of the sheet structure with welded pipe; in FIG. 6 - a fragment in the plan; in FIG. 7 is a graph of test results for repeated static loads along one loading axis.

Установка для испытаний фрагментов листовых и стержневых конструкций на усталость состоит из основания 1, на котором размещена опорная кольцевая рама 2, на наружную поверхность которой установлены динамометры, выполненные в виде упругих колец 3, к которым, в свою очередь, крепятся инерционные вибраторы 4. Фрагмент конструкции испытуемого изделия 5 посредством захватов 6, тяг 7 и натяжных гаек 8 крепится к упругим кольцам 3. The fatigue testing apparatus for fragments of sheet and rod structures consists of a base 1, on which a support ring frame 2 is placed, on the outer surface of which dynamometers are made, made in the form of elastic rings 3, to which, in turn, inertial vibrators are attached 4. Fragment the design of the test product 5 by means of grippers 6, rods 7 and tension nuts 8 is attached to the elastic rings 3.

Инерционные вибраторы 4, асинхронные двигатели с фазным ротором которых электрически связаны проводами 9 по схеме "электрический вал", при одновременном включении пусковым устройством 10 двигателей, расположенных по всем осям, создают продольные колебания. Inertial vibrators 4, induction motors with a phase rotor of which are electrically connected by wires 9 according to the "electric shaft" scheme, while starting the trigger device 10 motors located along all axes, create longitudinal vibrations.

В случае создания поперечных колебаний в изделии инерционные вибраторы 4 устанавливают непосредственно на испытуемое изделие 5 (см. фиг. 5 и 6). In the case of creating transverse vibrations in the product, inertial vibrators 4 are mounted directly on the test product 5 (see Fig. 5 and 6).

Упругие кольца 3 позволяют имитировать граничные условия закрепления фрагмента конструкции - испытываемого изделия, соответствующие граничным условиям его закрепления в реальной исследуемой конструкции. The elastic rings 3 make it possible to simulate the boundary conditions for the fastening of a fragment of the structure — the tested product, corresponding to the boundary conditions for its fastening in the real test structure.

Кроме того, упругие кольца 3 позволяют обеспечить соответствие запаса упругой энергии, воздействующей на испытуемое изделие 5, запасу энергии, действующей на него в реальной конструкции. При этом количество упругих колец 3 составляет 2•n, где n = 1, 2, 3 и т.д. In addition, the elastic rings 3 make it possible to ensure that the supply of elastic energy acting on the test product 5 corresponds to the supply of energy acting on it in a real design. The number of elastic rings 3 is 2 • n, where n = 1, 2, 3, etc.

Установка работает следующим образом. Испытуемое изделие 5 предварительно нагружают внешними силами растяжения посредством захватов 6, тяг 7, упругих колец 3 и натяжных гаек 8. Затем посредством пускового устройства 10 одновременно включают асинхронные двигатели инерционных вибраторов 4 с фазными роторами, соединенных по схеме "электрический вал", расположенных попарно на всех осях, что создает синхронное и синфазное вращение роторов всех двигателей, а следовательно, и синхронное и синфазное вибрационное (растяжение-сжатие) силовое воздействие по всем осям нагружения, создавая продольные колебания на испытываемое изделие 5. Максимальную нагрузку цикла регулируют подбором числа оборотов двигателя, величиной инерционных масс, а также радиусом их размещения относительно оси вращения, т.е. перемещением подвижной инерционной массы вибратора. Installation works as follows. The test product 5 is pre-loaded with external tensile forces by means of grippers 6, rods 7, elastic rings 3 and tension nuts 8. Then, as a result of the starting device 10, asynchronous motors of inertial vibrators 4 with phase rotors connected according to the "electric shaft" circuit are arranged in pairs on all axes, which creates synchronous and in-phase rotation of the rotors of all engines, and consequently, synchronous and in-phase vibration (tension-compression) force action on all axes of loading, creating longitudinal vibrations on the tested product 5. The maximum load of the cycle is regulated by the selection of the engine speed, the value of the inertial masses, and also by the radius of their placement relative to the axis of rotation, i.e. moving the moving inertial mass of the vibrator.

Контроль текущего усилия, действующего на испытуемое изделие 5, а также число циклов нагружения по каждой из осей осуществляют с помощью, например, датчиков, установленных на упругих кольцах 3 динамометров. The control of the current force acting on the test product 5, as well as the number of loading cycles on each axis, is carried out using, for example, sensors mounted on elastic rings 3 of dynamometers.

Выбор количества осей нагружения и геометрических параметров упругих колец определяют возможностью приближения к условиям работы исследуемой реальной конструкции. The choice of the number of loading axes and the geometric parameters of the elastic rings is determined by the possibility of approaching the working conditions of the real structure under study.

В случае необходимости уровень начальной предварительной статической нагрузки можно восстановить до начального с помощью натяжных гаек 8. If necessary, the initial initial static static load level can be restored to the initial level using tension nuts 8.

Продолжительность испытаний устанавливают в зависимости от цели испытаний в соответствии с реальными условиям работы исследуемой конструкции. The duration of the tests is set depending on the purpose of the tests in accordance with the actual operating conditions of the investigated design.

В упругих элементах 3 возбуждают резонансные колебания и посредством тяг 7 и захватов 6 передают испытываемое изделие 5 (фиг. 1 и 2). In the elastic elements 3, resonant vibrations are excited and, through the rods 7 and grippers 6, the test article 5 is transmitted (Figs. 1 and 2).

Резонансные свойства колебательной системы: упругое кольцо 3 - испытываемое изделие 5 в основном определяют жесткостью упругих колец 3, поэтому при развитии микроповреждений в испытываемом изделии 5 в процессе испытаний резонансная частота системы практически не меняется. The resonance properties of the oscillatory system: the elastic ring 3 - the test product 5 is mainly determined by the stiffness of the elastic rings 3, therefore, with the development of microdamages in the test product 5 during the test, the resonant frequency of the system practically does not change.

Резонансную частоту системы варьировали путем изменения геометрических размеров и плотности материала упругих колец 3. The resonant frequency of the system was varied by changing the geometric dimensions and density of the material of the elastic rings 3.

Испытанию подвергали:
1. Фрагмент корпуса листовой конструкции, например резервуара, трубы и др. , (см. фиг. 1 и 2), при этом он может быть без концентраторов напряжений (т.е. сплошной, гладкий без каких-либо повреждений) или с концентратором напряжений (например, начальная трещина, круглое или овальное отверстие, сварной шов и др.).The test was subjected to:
1. A fragment of the body of the sheet structure, such as a tank, pipe, etc., (see Fig. 1 and 2), while it can be without stress concentrators (ie solid, smooth without any damage) or with a concentrator stresses (for example, an initial crack, a round or oval hole, a weld, etc.).

2. Колесо, при вращении которого на его ступицу посредством спиц действуют радиально направлению растягивающие силы предварительного напряжения, а также пульсирующая сила по оси привода, направленная перпендикулярно плоскости колеса (см. фиг. 3). 2. Wheel, during rotation of which the tensile forces of prestressing act radially to the hub by means of spokes, as well as the pulsating force along the axis of the drive, directed perpendicular to the plane of the wheel (see Fig. 3).

На фиг. 4 приведена схема нагружения ступицы указанными силами. Такая схема испытания легко реализуется на предлагаемой установке. In FIG. 4 shows a diagram of the loading of the hub by the indicated forces. This test scheme is easily implemented on the proposed installation.

3. Фрагмент корпуса листовой конструкции с вварным патрубком (см. фиг. 5 и 6). Пульсирующая нагрузка действует как в плоскости листа, так и в поперечном направлении. Эти действия продольной и поперечной нагрузок возможны как раздельные, так и одновременные, причем поперечная нагрузка действует центрально или с эксцентриситетом относительно оси патрубка, что технически легко осуществимо на предлагаемой установке. 3. A fragment of the body of the sheet structure with welded pipe (see Fig. 5 and 6). The pulsating load acts both in the sheet plane and in the transverse direction. These actions of longitudinal and transverse loads are possible both separate and simultaneous, and the transverse load acts centrally or with eccentricity relative to the axis of the pipe, which is technically easy to implement on the proposed installation.

Во всех указанных случаях испытаний фрагментов и узлов конструкций возможно сочетать испытания на усталость со статическими испытаниями на ползучесть, релаксацию напряжений, а также создавать повторно-статические нагружения (см. фиг. 7), что по сравнению с прототипом позволит приблизить испытания конструкций к реальным условиям (с высокой степенью воспроизведения реальных нагрузок) и расширить функциональные возможности установки. In all these cases of testing fragments and units of structures, it is possible to combine fatigue tests with static tests for creep, stress relaxation, and also create repeated-static loads (see Fig. 7), which, in comparison with the prototype, will make it possible to bring structural tests closer to real conditions (with a high degree of reproduction of real loads) and expand the functionality of the installation.

Claims

A fatigue testing apparatus for fragments and units of sheet and rod structures, comprising vibrators for loading the test article with tensile and compressive forces along different axes, elastic ring elements interacting with them and grippers of the test article connected to the latter by means of rods, characterized in that it is provided with an inertial a vibrator mounted on the test product with the ability to create lateral vibrations in it, the elastic ring elements are installed in pairs symmetrically on the supporting ltsevoy frame on any axis of loading, and vibrators for loading test item efforts compression stretching performed inertia and arranged in pairs on each axis of loading on the outer sides of the elastic ring elements.