RU2244909C2

RU2244909C2 - Способ испытаний на ударные воздействия и устройство для его реализации

Info

Publication number: RU2244909C2
Application number: RU2002118803/28A
Authority: RU
Inventors: С.А. Орлов (RU); С.А. Орлов; А.С. Орлов (RU); А.С. Орлов
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2005-01-20
Also published as: RU2002118803A

Abstract

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: в волноводе формируют продольную волну деформаций с заранее заданными характеристиками. Регистрируют параметры волны деформации, а также ускорения до и после объекта испытаний. Получают передаточные функции от источника ударного воздействия к объекту испытаний. Волна деформаций создается в волноводах без установленного объекта испытаний, который заменяется третьим волноводом. Ударное воздействие осуществляется с помощью разделяемого пиротехнического устройства. Регистрируются перемещения волновода и отделившихся частей пироустройства с узлами крепления в процессе ударного воздействия и их максимальные перемещения после срабатывания пироустройства, а ускорения и деформации в волноводе регистрируются в нескольких точках до места установки объекта испытаний и после него. Импульс силы в точке срабатывания пироустройства получают по заданной формуле. Получают импульс силы от источника ударного воздействия, амплитудный и ударный спектры ускорений, действующие на объект испытаний. Сравнивают полученные значения с заранее заданными и при несовпадении проводят корректировку ударного воздействия, увеличивая массу отделяющихся от волновода частей стенда, вводя между источником ударного воздействия и волноводом промежуточный элемент. Устанавливают объект испытаний, заменяя третий волновод, и проводят ударное нагружение объекта, и используя ускорения и деформации, зарегистрированные на первом и втором волноводах с установленным объектом испытаний, раздельно получают по вышеозначенной формуле импульс силы, действующий на первый и второй волноводы, после чего делают заключение об изменении параметров импульса силы, амплитудного и ударного спектров ускорений объектом испытаний, о демпфирующих свойствах и ударной прочности объекта испытаний. Стенд состоит из устройства для ударного нагружения, двух волноводов и устанавливаемого между ними объекта испытаний. В торцевых частях волноводов со стороны объекта испытаний имеются стаканы с фланцами, на которых устанавливаются акселерометры. На волноводах и на внешних сторонах стаканов установлены датчики деформаций и фотограмметрические метки. Источником ударного воздействия является разделяющееся пироустройство, закрытое защитным кожухом, выполненным в виде баллистического маятника, вывешенного на тросах и изготовленного в виде полого цилиндра с днищем. На внешней поверхности цилиндра расположены фотограмметрические метки и имеются проушины для установки дополнительных грузов, а в днище выполнено резьбовое отверстие под сменные вкладыши. Волноводы проходят через центры цилиндрических дисков, на которых установлены акселерометры, оси чувствительности которых параллельны и перпендикулярны осям волноводов, при этом датчики деформаций расположены посредине между дисками, а сами диски жестко соединены с волноводами, в торцевой части которых со стороны источника ударных воздействий имеется резьба для установки сменных вкладышей, обеспечивающих штатное разделение пироустройства. Технический результат: повышение достоверности испытаний. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области испытаний на ударные воздействия и может быть использовано в первую очередь при проведении испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия различных приборов и устройств.

Для создания ударных воздействий средней и низкой интенсивности существует достаточно разнообразный набор средств: всевозможные гидравлические, механические, электродинамические стенды (Вибрации в технике, справочник в 6 томах. Том 5. Измерения и испытания под редакцией М.Д.Генкина, М., Машиностроение, 1981 г., стр.476-477). Существует, в то же время большой класс устройств, применяющих для создания ударного воздействия высокой интенсивности метаемый снаряд (это легкогазовые пушки, взрывное метание и т.д.).

Наиболее близкое решение отражено в "А.Нашиф и др. Демпфирование колебаний, М., Мир, 1988 г., стр.190", которое взято в качестве прототипа способа испытаний. С помощью ударного нагружения в испытуемом образце создается некоторое силовое воздействие и измеряются ускорения, динамические перемещения, строится амплитудно-частотная характеристика возбуждения. Сила измеряется при помощи пьезоэлектрического силового датчика. Наиболее близким устройством, обеспечивающим проведение ударных испытаний, является патент РФ №2159927 “Стенд для исследования волновых процессов” (прототип). Стенд для испытаний на ударные воздействия состоит из устройства для ударного нагружения, двух волноводов и устанавливаемого между ними объекта испытаний. В торцевых частях волноводов со стороны объекта испытаний имеются стаканы с фланцами, на которых устанавливаются акселерометры, при этом на волноводах и на внешних сторонах стаканов установлены датчики деформаций и фотограмметрические метки.

Однако все они имеют ряд существенных недостатков.

При необходимости создания высокоинтенсивных воздействий набор средств резко ограничивается. Во-первых, необходимо создание воздействий того же типа, что действуют на изделия при эксплуатации. Например, стандарт NASA-STD-7003 требует проведения ударных испытаний оборудования, находящегося в области расположения пиросредств, используя только пиротехнические устройства. Как правило, пиросредства, применяемые на космическом аппарате (КА) и ракете - носителе (РН), входят в достаточно сложные устройства однократного действия. После срабатывания таких устройств, требуется полная замена узла. Использование взрывных способов для разгона бойка влечет за собой большое число проблем. Оборудование дорого, громоздко и узко специализировано, требует привлечения для обслуживания высококвалифицированных специалистов, не всегда может создавать адекватное воздействие по физическим свойствам пиротехническим воздействиям (боек создает все таки механический удар) и используется в основном для научных исследований в различных областях физики взрыва и высокоскоростных деформаций.

Применение типовых штатных пиросредств разделения, выпускаемых достаточно давно и большими сериями (например, пироболтов) для создания ударных воздействий, существенно упрощает проведение испытаний. Эти устройства достаточно безопасны, герметичны, миниатюрны, имеют большие сроки хранения, образцы одной партии имеют стабильные характеристики при подрыве. Недостатком этих устройств является отсутствие возможности регулировки ударных характеристик и ограниченные возможности контроля нагружений в момент срабатывания. Как известно, при проведении любых испытаний необходимо объект испытаний нагружать заранее заданным нормативным воздействием. Это могут быть: импульс силы, импульс ускорений, амплитудный или ударный спектры ускорений (Вибрации в технике, справочник в 6 томах. Том 5. Измерения и испытания под редакцией М.Д.Генкина, М., Машиностроение 1981 г., стp.477-481).

Предлагаемое решение позволяет исключить описанные выше недостатки. Суть нового способа испытаний на ударные воздействия заключается в формировании в волноводе для передачи ударного воздействия на объект испытаний продольной волны деформаций с заранее заданными характеристиками, регистрации параметров волны деформации, а также ускорений до и после объекта испытаний, получении передаточных функций от источника ударного воздействия к объекту испытаний. Отличается от известных способов испытаний тем, что волна деформаций создается в волноводах без установленного объекта испытаний, при этом ударное воздействие осуществляется с помощью разделяемого пиротехнического устройства. Далее регистрируются перемещения волновода и отделившихся частей пироустройства с узлами крепления в процессе ударного воздействия и их максимальные перемещения после срабатывания пироустройства. Ускорения и деформации в волноводе регистрируются в нескольких точках до места установки объекта испытаний и после него, после чего импульс силы в точке срабатывания пироустройства получают по формуле:

где Ф(Р)

где P(t) - зависимость амплитуды силы ударного воздействия от времени;

N - количество точек отсчета по времени;

М - количество тензодатчиков;

J - количество вибродатчиков;

L - количество экспериментов;

- значения деформации в i момент на m-м датчике, a g (P) - его расчетное значение;

- ускорение в i момент времени нa j датчике, а а (P) - его расчетное значение;

k_mi - относительная погрешность тензоизмерений;

G_ji - относительная погрешность виброизмерений;

- норма по деформациям;

- норма по ускорениям;

μ - масса волновода;

vη - скорость волновода на η шаге дискретизации определяется как δη/tη, где δη - смещение волновода за время tη;

P(t_i) - расчетное значение P(t) в t_i момент времени;

Δt_i - шаг по времени;

Т - длительность импульса воздействия;

η - номер участка засветки;

Тη - длительность импульса до η участка;

- число шагов дискредитации;

Hξη - относительная погрешность измерения скорости в точке;

V - максимальное значение скорости волновода.

Затем получают импульс силы от источника ударного воздействия, амплитудный и ударный спектры ускорений, действующие на объект испытаний, сравнивают полученные значения с заранее заданными. При несовпадении проводят корректировку ударного воздействия, увеличивая массу отделяющихся от волновода частей испытательного стенда, вводя между источником ударного воздействия и волноводом промежуточный элемент, акустические характеристики которого находят, сравнивая передаточные функции стенда с требуемыми. После чего устанавливают объект испытаний и проводят ударное нагружение названного объекта, контролируя параметры волны деформаций до и после объекта испытаний, и используя ускорения и деформации, зарегистрированные на втором волноводе, получают по вышеозначенной формуле импульс силы, действующий на первый и второй волноводы, после чего делают заключение об изменении параметров импульса силы, амплитудного и ударного спектров ускорений объектом испытаний, о демпфирующих свойствах и ударной прочности объекта испытаний.

Рассмотрим далее стенд для реализации способа испытаний на ударные воздействия. Состоит стенд из устройства для ударного нагружения, двух волноводов и устанавливаемого между ними объекта испытаний, причем в торцевых частях волноводов со стороны объекта испытаний имеются стаканы с фланцами, на которых устанавливаются акселерометры. При этом на волноводах и на внешних сторонах стаканов установлены датчики деформаций и фотограмметрические метки. Отличается от известных тем, что источником ударного воздействия является разделяющееся пироустройство, закрытое защитным кожухом, выполненным в виде баллистического маятника, вывешенного на тросах и изготовленного в виде полого цилиндра с днищем. При этом на внешней поверхности цилиндра расположены фотограмметрические метки и имеются проушины для установки дополнительных грузов, а в днище выполнено резьбовое отверстие под сменные вкладыши, обеспечивающие штатное разделение пироустройства, причем волноводы проходят через центры цилиндрических дисков, либо диски устанавливаются внутри волноводов, на которых установлены акселерометры. Оси чувствительности акселерометров параллельны и перпендикулярны осям волноводов, при этом датчики деформаций расположены посредине между дисками, а сами диски жестко соединены с волноводами, в торцевой части которых со стороны источника ударных воздействий имеется резьба для установки сменных вкладышей, обеспечивающих штатное разделение пироустройства.

Кроме того, в стенд между баллистическим маятником и волноводом может быть установлен дополнительный набор вкладышей с различной акустической податливостью, выполненных в виде стаканов на ножке с резьбой. Причем диаметр и шаг резьбы на внутренней поверхности стакана и внешней поверхности ножки двух соседних вкладышей дополнительного набора равны, а последний вкладыш из этого набора имеет специальное гнездо для установки пироустройства.

Возможен также вариант, когда дополнительный набор вкладышей выполнен в виде толстостенных цилиндров с внутренней резьбой. При этом соединение вкладышей проводится с помощью втулок, имеющих резьбу по внешней поверхности того же диаметра и шага, что и внутренняя резьба в цилиндрах, при этом длина втулки меньше полусуммы длин соединяемых цилиндров. А акустическая податливость и поперечная площадь дополнительных вкладышей различна, а на внешних поверхностях стаканов и толстостенных цилиндров выполнены лыски. Между вкладышами дополнительного набора установлены шайбы, акустическая податливость которых на порядок больше акустической податливости вкладышей.

Суть предлагаемого решения может быть пояснена следующим образом. Как уже отмечалось выше, воспроизвести высокоинтенсивные ударные воздействия, полученные при подрыве пироустройств, можно только с помощью пироустройств. Наиболее пригодными средствами могут быть, например, пироболты. Пироболты - это достаточно широкий класс устройств (от миниатюрных типа 8×56, средних типа 8×54, 8×55 и до разрывных болтов крепления крышек ракетных шахт). Установка пироустройств непосредственно под испытуемое изделие влечет за собой большое количество проблем (осколки и продукты сгорания, большой уровень ударных воздействий, проблемы установки средств контроля и их тип). Поэтому нагружение проводится через волновод, который практически не изменяет вид волны деформации при распространении. Возмущения, возникающие на конце длинного упругого стержня, распространяются по нему без искажений со скоростью упругой волны с=Е/ρ)^1/2, где Е - модуль Юнга и ρ - плотность материала соответственно. Поэтому тензометрический датчик, установленный на стержне в любой его точке, регистрирует усилие на конце стержня с некоторой задержкой по времени. Применение разделяющегося пироустройства позволяет в процессе разделения контролировать параметры разделения: скорость разделения и максимальное отклонение разделившихся частей (vη - скорость волновода на η шаге дискретизации определяется как δη/tη, где δη - смещение волновода за время tη). Это позволяет контролировать максимальную энергию, полученную волноводом и отделившимися частями пироустройства. Предлагаемый здесь метод определения динамической силы, возникающей при срабатывании пироустройства, относится к классу косвенных методов измерений. А для таких методов наличие как можно большей информации, полученной различными средствами измерений, существенно улучшает качество определения рассматриваемой характеристики. Кроме того, многократные измерения различными методами параметров одного процесса позволяют исключать систематические ошибки измерений и существенно повысить достоверность полученного результата. Расположение дополнительных датчиков ускорений на волноводе (на кольцах) как раз и выполняют такую функцию. Использование волновода для передачи ударного воздействия обладает и еще одним преимуществом: математическая модель, применяемая для расчета ускорений, деформаций и скоростей, полностью соответствует реальному объекту (стержень с сосредоточенными массами и труба с приваренными дисками). Модельные расчеты такой системы не представляют на сегодняшний день никаких проблем, что и позволило построить функционал Ф(Р). Этот функционал достигает минимума при совпадении расчетных и экспериментальных значений. Нахождение P(t) проводим путем минимизации функционала Ф

Нормировка позволяет сделать выражения в квадратных скобках безразмерным, а наличие весовых коэффициентов позволяет учесть априорную информацию о каждом эксперименте. Процедурой получения P(t), используемой при минимизации функционала Ф, может служить, например, хорошо известный метод наискорейшего спуска (МНС). Однако, как и большинство итерационных методов, эффективность МНС сильно зависит от начального приближения и эта процедура представляет определенные трудности. Алгоритм минимизации функционала в данной заявке не рассматривается и относится к ноу-хау изобретения.

Первое срабатывание проводится без объекта испытаний, а производится его замена на отрезок волновода с теми же акустическими характеристиками, что и у двух других, чтобы не проходило искажения волны деформации в стержне, так как требуется сначала сформировать необходимый режим нагружения испытуемого объекта. Во-первых, увеличивается количество точек регистрации ускорений и деформаций, во-вторых, нет необходимости лишний раз нагружать испытуемый объект (это особенно важно при проведении приемных испытаний приборов). После получения вида ударного воздействия проводится расчетная оценка нагружения испытуемого объекта и сравнение ожидаемой функции нагружения и нормированной. Это могут быть: импульс силы, импульс ускорений, амплитудный или ударный спектры ускорений (Вибрации в технике, справочник в 6 томах. Том 5. Измерения и испытания под редакцией М.Д.Генкина, М., Машиностроение, 1981 г., стр.477-481). Все перечисленные выше нормируемые параметры являются производными от силового воздействия и легко могут быть вычислены по известным алгоритмам и с использованием математической модели установки. При подборе источника ударного нагружения должны применяться такие средства, которые обязательно перекрывают нормированный параметр (т.е. энергия пиросредства должна быть достаточной для проведения испытаний). Если ударное воздействие, передаваемое в волновод, немного меньше требуемого, то увеличить силовое воздействие можно за счет увеличения массы отделяемых частей (добавить грузы на маятник). В этом случае увеличится (пусть и незначительно) время действия ударной нагрузки. Если же воздействие существенно выше требуемого (с учетом допустимых погрешностей испытаний), то устанавливаем между источником ударного воздействия (например, пироболтом) и волноводом промежуточный элемент (набор дополнительных вкладышей).

В зависимости от того, по каким параметрам проводится контроль нагружения, могут быть получены различные передаточные функции от точки приложения удара к точке контроля. Эти передаточные функции позволят сформулировать требования к акустическим характеристикам набора вкладышей (плотность, модуль Юнга, площадь поперечного сечения, длина). И установив такой набор вкладышей, проводим ударное нагружение уже с объектом испытаний. Измерения проводим по всем точкам до и после объекта испытаний. Измерения до объекта испытаний позволят подтвердить правильность полученного ударного воздействия (учесть возможную нестабильность характеристик пиросредства), а после объекта испытаний получить изменение силы объектом испытаний (это особенно важно для различных амортизационных устройств и устройств, входящих в силовую конструкцию изделия). Заключение о характере изменения ударного воздействия может быть проведено по любой интересующей характеристике, сравнивая их до и после объекта испытаний.

Суть предлагаемого изобретения также поясняется чертежами, где (фиг.1-5) показан стенд для реализации заявленного способа. В состав стенда входят акселерометры 1, датчики деформаций (тензодатчики) 2, баллистический маятник 3, устройство для ударного нагружения 4, дополнительный набор вкладышей 5 с различной акустической

податливостью, два волновода 6, сменные вкладыши 7, обеспечивающие штатное разделение устройства для ударного нагружения (пироустройства) 4, цилиндрические диски 8, объект испытаний 9, фотограмметрических меток 10. Баллистический маятник 3 изготовлен в виде полого цилиндра с днищем 11. Волноводы 6 и баллистический маятник 3 вывешены на тросах 12. Стаканы с фланцами 13 устанавливают в волноводы 6. Фланцы 14 служат для установки фиксирующей пробки 15 устройства для ударного нагружения 4 и подключения электропитания. Дополнительный набор вкладышей 5 может включать также шайбы 16, акустическая податливость которых на порядок больше акустической податливости вкладышей. На внешних поверхностях стаканов 13 выполнены лыски 17. Внешняя резьба 18 (Ма) ножки стакана заканчивается канавкой 19. Длина резьбы на ножке 20 меньше длины резьбы внутри стакана (хотя размер и шаг резьбы одинаков). Возможен также вариант, когда дополнительный набор вкладышей 5 (полностью или частично) выполнен в виде толстостенных цилиндров 21, 22 с внутренней резьбой. При этом соединение вкладышей проводится с помощью втулок 23, имеющих резьбу по внешней поверхности того же диаметра и шага, что и внутренняя резьба в цилиндрах.

На внешней поверхности баллистического маятника 3, вывешенного на тросах 12, имеются проушины 24 для установки дополнительных грузов 25. Сменные вкладыши 7, обеспечивающие штатное разделение устройства для ударного нагружения 4, устанавливаются в днище 11 с помощью резьбы 26.

Рассмотрим более подробно стенд для реализации метода испытаний на ударное воздействие. Баллистический маятник 3 выполняет двоякую функцию: во-первых, на нем устанавливаются дополнительные грузы 25 в проушины 24 и располагаются фотограмметрические метки 10, а во вторых он останавливает осколки устройства для ударного нагружения 4 (пироустройства), которые могут разлетаться при срабатывании пироустройства. Кроме того, выполненное в днище резьбовое отверстие 26 позволяет устанавливать специальные вкладыши 7 под устройство для ударного нагружения (пироустройство) 4. При подрыве устройства для ударного нагружения 4 (например, пироболта) его части могут плотно развальцовываться во вкладышах 7 и для проведения повторного срабатывания проще удалить остатки пироболта 4 вместе с вкладышами 7. Это также относится и к вкладышам, устанавливаемым в волновод. Устанавливаемые на волноводы 6 диски 8 позволяют размещать на них датчики ускорений (акселерометры) 1, а диски, устанавливаемые внутри волноводов (помимо этого), обеспечивают стыковку с другими устройствами (вкладышами, пироболтами и т.д.). Кроме того, при использовании нового пироустройства они могут выполнять функции механических фильтров для высоких частот. Это может быть полезным при использовании датчиков с низкочастотным рабочим диапазоном относительно воздействия (хотя бы часть датчиков будет работать в своем диапазоне), и уменьшить динамические ошибки измерений. На диски 8 акселерометры 1 устанавливаются в двух направления: по оси волновода и перпендикулярно ей, что позволяет контролировать также и направленность ударного воздействия. Расположение фотограмметрических меток 10 на волноводах 6 и баллистическом маятнике 3 (помимо регистрации смещений для получения скоростей расхождения волновода и маятника) упрощают установку волноводов при монтаже (центральные оси волноводов и маятника должны совпадать).

Изготовление дополнительного набора вкладышей 5 в виде стаканов на ножке позволяет изготовить такой набор в виде отдельного стержня и комбинировать его акустическими характеристиками в соответствии с требованиями передаточных функций. Размер и шаг резьбы 18 на ножке 20 такой же, как и на внутренней поверхности стакана. Это позволяет собрать стержень так, что площади соприкасающихся слоев одинаковы и происходит их плотное прилегание.

Акустическая податливость и площадь поперечного сечения вкладышей определяют коэффициенты отражения и прохождения волн через вкладыши (см, например, А.Ф.Лепендин “Акустика” М., Высшая школа, 1978, стр. 180-183). Лыски 17, выполненные на корпусах стаканов, позволяют собрать вкладыши в виде стержня с любой необходимой степенью затяжки.

Иногда требуемые материалы изготавливаются в виде стержней ограниченного диаметра (например, текстолит) и тогда из листа текстолита можно получить толстостенный цилиндр 22, 21 (фактически кольцо любого диаметра), а соединение их обеспечить через втулки 23 таким образом, чтобы они не касались между собой (длина втулки 23 меньше полусуммы толщин дисков).

Установка между вкладышами 5 прокладки (шайбы) 16 из материала, акустическая податливость которого существенно больше акустической податливости вкладышей, позволяет как бы "запереть" волну между слоями и каждый раз через границу раздела вкладышей будет проходить малая доля пика волны. Изготовить такие вкладыши в виде стакана на ножке трудно, т. к. материалы, имеющие большую акустическую податливость, имеют, как правило, малую прочность и изготовление несущей резьбы становится невозможным.

Рассмотрим более подробно механизм отражения и прохождения волн деформаций через границу раздела сред.

Волна деформации, распространяясь по стержню, при подходе к границе раздела акустических сред частью отражается, а частью проходит в следующий слой. Соотношение между отражением и прохождением определяется акустической податливостью слоев (см, например, А.Ф. Лепендин, “Акустика”, М., Высшая школа, 1978, стр. 180-183). Характеристиками такого эффекта служат коэффициенты отражения и прохождения волны.

Рассмотрим, например, формулы для коэффициентов отражения и прохождения по давлению

τ_р - коэффициент отражения, t_p - коэффициент прохождения по давлению;

- приведенное волновое сопротивление второй среды (в которую входит волна), а ρ и с - плотность и скорость звука в средах;

- акустическая податливость i-го слоя.

Особенностью прохождения волн через границу раздела является то, что при переходе волны из среды с большей акустической податливости в меньшую, коэффициент прохождения по давлению падает. При переходе из среды с меньшей акустической податливостью в большую, все происходит наоборот: коэффициент прохождения по давлению возрастает. Таким образом, варьируя акустическими характеристиками сред, можно получить необходимое снижение амплитуд волн, а меняя толщины слоев (т.е. регулируя задержку по времени прохождения волны через разделы сред), можно обеспечить и необходимый частотный состав воздействия. Особо следует обратить внимания на слои с максимальной акустической податливостью. В этом случае на границе раздела наблюдаются эффекты, близкие к полному отражению от свободной границы (акустическая податливость → ∞). Основой расчета параметров волн деформаций может, например, служить широко известный метод кусочных волн. Согласно этому методу прежде всего рассчитываются параметры кусочных волн деформаций, возникающих при прохождении волны через границу сред. Далее производится суммирование всех кусочных волн, проходящих через границу сред.

Алгоритм подбора материалов вкладышей, их размеров, количества относится к “ноу-хау” изобретения и в материалах заявки не рассматривается.

Пример практического исполнения.

На фиг.1, 3, 4 показана экспериментальная установка для определения демпфирующих свойств амортизаторов. Установка (стенд СПИ 6.3480-01) состоит из двух тонкостенных волноводов 6 и баллистического маятника 3, которые соединены между собой устройством для ударного нагружения 4 (разрывной болт 8Х55). Волноводы (трубы) 6 имеют диаметр 90 мм, толщину стенок 5 мм и длину 4000 мм. На расстоянии 1500 мм и 2500 мм от торцов на трубах устанавливаются кольца (масса колец 1,384 кг), а в торцевых частях волноводов установлены диски в виде кольцевых пробок 8 (масса пробок 0,2 кг), обеспечивающие стыковку пиротехнического устройства и баллистического маятника. Размеры (толщины) дисков и пробок принимались из условия получения собственной частоты установки выше 25 кГц и минимального диаметра свободной площадки под акселерометр 16 мм. Кольца и пробки соединяются с трубой с помощью сварки. На кольцах и пробках устанавливаются акселерометры “АВС-052” 4, а между ними на волноводах на расстоянии 750, 2000, 3250 мм устанавливаются тензодатчики 2 “КФ-5”. Тензодатчики устанавливаются диаметрально противоположно в верхней и нижней части трубы в вертикальной плоскости, проходящей через ось волновода (для исключения влияния изгибных волн в волноводе за счет несовпадения оси волновода и пиросредства). Баллистический маятник 3 включает в себя вкладыши 7, диск 11, фланец 14, пробку 15. Фланец 14 с диском 11 соединяются болтами. На экран и волновод устанавливаются метки для фотограмметрических измерений 10.

Помимо тонкостенных волноводов 6 и баллистического маятника 3 между волноводами устанавливают объект испытаний 9 (результаты приведены для испытаний амортизатора), причем в торцевых частях волноводов со стороны объекта испытаний выполнена резьба, с помощью которой в волноводы устанавливают стаканы 13. В торцевой части стаканов выполнены фланцы с установленными на них акселерометрами, а к фланцам через резьбовое или болтовое соединения подстыкован объект испытаний 9, при этом датчики деформаций 2 и фотограмметрические метки 10 установлены как на волноводах 6, так и на внешних сторонах стаканов 13. Рассмотрим далее набор дополнительных вкладышей 5. Набор выполнен в виде многослойного стержня из семи дополнительных вкладышей, выполненного по схеме “сталь-текстолит - алюминий - сталь - алюминий - текстолит-сталь” с расположенными между слоями шайбами из фторопласта (акустическая податливость которых существенно больше, чем у вкладышей). Каждый из слоев, кроме слоев из текстолита (они выполнены в виде толстостенных цилиндров), представляет собой стакан на ножке, по внешней поверхности ножки выполнена резьба. Имеется резьба и по внутренней поверхности стакана. На внешней поверхности стаканов выполнены лыски.

Для регистрации смещений в момент подрыва пироболтов используется стробоскопическая камера АФА-42. По рассмотренному алгоритму обеспечивалось создание ударного спектра ускорений (УСУ) на объект испытаний, показанного на фиг.6, график 3 (до 400 g по УСУ). В качестве источника ударного воздействия применялся разрывной болт 8Х55. Вид воздействия, полученный по описанному алгоритму, показан на фиг.7, график 1. УСУ в точке контроля без вкладышей показан на фиг.6, график 2, а при использовании описанного выше набора вкладышей график 3. Ударное воздействие, определенное после объекта испытаний, показано на фиг.7, график 2.

Claims

1. Способ испытаний на ударные воздействия, заключающийся в формировании в волноводе для передачи ударного воздействия на объект испытаний продольной волны деформаций с заранее заданными характеристиками, регистрации параметров волны деформации, а также ускорений до и после объекта испытаний, получении передаточных функций от источника ударного воздействия к объекту испытаний, отличающийся тем, что волна деформаций создается в волноводах без установленного объекта испытаний, который заменяется третьим волноводом идентичным по акустическим характеристикам двум другим волноводам, при этом ударное воздействие осуществляется с помощью разделяемого пиротехнического устройства, регистрируются перемещения волновода и отделившихся частей пироустройства с узлами крепления в процессе ударного воздействия и их максимальные перемещения после срабатывания пироустройства, а ускорения и деформации в волноводе регистрируются в нескольких точках до места установки объекта испытаний и после него, после чего импульс силы в точке срабатывания пироустройства получают по формуле

P(t)=Arg min Ф(Р)

где

N - количество точек отсчета по времени;

М - количество тензодатчиков;

J - количество вибродатчиков;

L - количество экспериментов;

- значения деформации в i момент на m-м датчике, a g(P) его расчетное значение;

- ускорение в i-й момент времени j-м датчике, а а(Р) его расчетное значение;

С_ij - относительная погрешность виброизмерений;

- норма по деформациям;

- норма по ускорениям;

μ - масса волновода;

Vη - скорость волновода на η-м шаге дискретизации определяется как δη/tη где

δη - смещение волновода за время tη;

P(t_i) - расчетное значение P(t) в t_i-й момент времени;

Δt_i - шаг по времени;

Т - длительность импульса воздействия;

η - номер участка засветки;

Тη - длительность импульса до η-го участка;

Nη=Tη/t_i - число шагов дискредитации;

Нξη - относительная погрешность измерения скорости в точке;

V - максимальное значение скорости волновода, затем получают импульс силы от источника ударного воздействия, амплитудный и ударный спектры ускорений, действующие на объект испытаний, сравнивают полученные значения с заранее заданными и при несовпадении проводят корректировку ударного воздействия, увеличивая массу отделяющихся от волновода частей испытательного стенда, вводя между источником ударного воздействия и волноводом промежуточный элемент, например, выполненный в виде акустического фильтра, после чего устанавливают объект испытаний, заменяя третий волновод, и проводят ударное нагружение названного объекта, контролируя параметры волны деформаций до и после объекта испытаний, и, используя ускорения и деформации, зарегистрированные на первом и втором волноводах с установленным объектом испытаний, раздельно получают по вышеозначенной формуле импульс силы, действующий на первый и второй волноводы, после чего делают заключение об изменении параметров импульса силы, амплитудного и ударного спектров ускорений объектом испытаний, о демпфирующих свойствах и ударной прочности объекта испытаний.

2. Стенд для реализации способа испытаний на ударные воздействия по п.1, состоящий из устройства для ударного нагружения, двух волноводов и устанавливаемого между ними объекта испытаний, причем в торцевых частях волноводов со стороны объекта испытаний имеются стаканы с фланцами, на которых устанавливаются акселерометры, при этом на волноводах и на внешних сторонах стаканов установлены датчики деформаций и фотограмметрические метки, отличающийся тем, что источником ударного воздействия является разделяющееся пироустройство, закрытое защитным кожухом, выполненным в виде баллистического маятника, вывешенного на тросах и изготовленного в виде полого цилиндра с днищем, при этом на внешней поверхности цилиндра расположены фотограмметрические метки и имеются проушины для установки дополнительных грузов, а в днище выполнено резьбовое отверстие под сменные вкладыши, обеспечивающие штатное разделение пироустройства, причем волноводы проходят через центры цилиндрических дисков либо диски устанавливаются внутри волноводов, на которых установлены акселерометры, оси чувствительности которых параллельны и перпендикулярны осям волноводов, при этом датчики деформаций расположены посредине между дисками, а сами диски жестко соединены с волноводами, в торцевой части которых со стороны источника ударных воздействий имеется резьба для установки сменных вкладышей обеспечивающих штатное разделение пироустройства.

3. Стенд по п.2, отличающийся тем, что между баллистическим маятником и волноводом установлен дополнительный набор вкладышей с различной акустической податливостью, выполненных в виде стаканов на ножке с резьбой, причем диаметр и шаг резьбы на внутренней поверхности стакана и внешней поверхности ножки двух соседних вкладышей дополнительного набора равны, а последний вкладыш из этого набора имеет специальное гнездо для установки пироустройства.

4. Стенд по п.3, отличающийся тем, что дополнительный набор вкладышей выполнен в виде толстостенных цилиндров с внутренней резьбой, причем соединение вкладышей проводится с помощью втулок, имеющих резьбу по внешней поверхности того же диаметра и шага, что и внутренняя резьба в цилиндрах, при этом длина втулки меньше полусуммы длин соединяемых цилиндров.

5. Стенд по п.3 или 4, отличающийся тем, что акустическая податливость и поперечная площадь дополнительных вкладышей различны, а на внешних поверхностях стаканов и толстостенных цилиндров выполнены лыски.

6. Стенд по п.3 или 4, отличающийся тем, что между вкладышами дополнительного набора установлены шайбы, акустическая податливость которых на порядок больше акустической податливости вкладышей.