RU2249803C1 - Bench for strength testing of structure - Google Patents
Bench for strength testing of structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2249803C1 RU2249803C1 RU2003122815/28A RU2003122815A RU2249803C1 RU 2249803 C1 RU2249803 C1 RU 2249803C1 RU 2003122815/28 A RU2003122815/28 A RU 2003122815/28A RU 2003122815 A RU2003122815 A RU 2003122815A RU 2249803 C1 RU2249803 C1 RU 2249803C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- movable platform
- test
- platform
- test object
- load
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к стендам для испытаний на прочность конструкций, преимущественно малых космических аппаратов (МКА) и других летательных аппаратов, при действии квазистатических нагрузок и может быть использовано в ракетно-космической и авиационной технике при проведении наземной отработки прочности конструкций.The invention relates to stands for testing the strength of structures, mainly small spacecraft (MCAs) and other aircraft, under the action of quasistatic loads and can be used in rocket and space and aviation technology during ground testing of structural strength.
Анализ случаев нагружения МКА и КА показывает, что большинство из них носят импульсный характер, приближающийся к низкочастотному гармоническому воздействию с частотой колебаний 2-5 Гц, период колебаний Т=0,5-0,2 с, включая нагружение МКА (КА) на переходных режимах движения при транспортировании их различными видами транспорта, подъемно-такелажные работы с МКА (КА), полетные случаи участка выведения МКА (КА) ракетой-носителем (РН): старт, разделение ступеней (РН), сброс головного обтекателя РН, отделение МКА (КА) от РН. Поэтому условия работы конструкции в большинстве расчетных случаев можно рассматривать как квазистатическое нагружение. Квазистатическими нагрузками принято считать медленно изменяющиеся нагрузки по времени с частотой не более 5 Гц.Analysis of the cases of loading of the MCA and spacecraft shows that most of them are pulsed in nature, approaching a low-frequency harmonic effect with an oscillation frequency of 2-5 Hz, the oscillation period is T = 0.5-0.2 s, including the loading of the MCA (spacecraft) on transition modes of movement during transportation by various modes of transport, lifting and lifting operations with a spacecraft (SC), flight cases of a space for launching a spacecraft (SC) with a carrier rocket (LV): start, separation of stages (LV), discharge of the head fairing of the LV, separation of the MKA ( KA) from the pH. Therefore, the operating conditions of the structure in most design cases can be considered as quasistatic loading. Quasi-static loads are considered to be slowly varying loads over time with a frequency of not more than 5 Hz.
Традиционные методы испытаний на статическую прочность и широко применяемые на практике стенды для поэтапного нагружения конструкций сосредоточенными (дискретными) силами и моментами с помощью балочно-рычажных систем (см. "Конструкция летательных аппаратов" под редакцией С.Н.Кана, М., Оборонгиз, 1963 г. стр.167, 168, рис.6.26) в связи с компактностью силовых корпусов и миниатюрностью составных частей и элементов малых космических аппаратов (массой до 200-250 кг) делают такие стенды нагружения непригодными для испытаний конструкций МКА, т.к. в этом случае требуется изготовление большого количества специальных силовых макетов приборов, громоздких балочно-рычажных систем и нагружающих цепей (испытательной оснастки.) для обеспечения приложения сосредоточенных нагрузок к конструкции МКА. С другой стороны, упрощение схем нагружения и сокращение объемов вспомогательной оснастки приведет к неточности создания напряженно-деформированного состояния испытываемой конструкции, к возможному перегрузу или недогрузу ее отдельных элементов. Проведение испытаний конструкций на прочность с использованием данного стенда требует изготовления специальных опытных образцов МКА, оснащенных силовыми макетами, предназначенными для приложения испытательных нагрузок, а также большой объем оснастки в виде балочно-рычажных систем и силовых цепей нагружения, что приводит к значительным затратам материальных средств при проведении наземной экспериментальной отработки прочности.Traditional methods of testing for static strength and stands widely used in practice for phased loading of structures with concentrated (discrete) forces and moments using beam-lever systems (see "Aircraft Design" edited by S.N. Kan, M., Oborongiz, 1963, p. 167, 168, Fig. 6.26) due to the compactness of the power cases and the miniaturization of the components and elements of small spacecraft (weighing up to 200-250 kg), such loading stands are unsuitable for testing MCA designs, since in this case, the manufacture of a large number of special power mock-ups of devices, bulky beam-link systems and loading chains (test rigs) is required to ensure the application of concentrated loads to the design of the MCA. On the other hand, simplification of loading schemes and a reduction in the volume of auxiliary equipment will lead to inaccuracy in creating a stress-strain state of the test structure, to the possible overload or underload of its individual elements. Strength testing of structures using this test bench requires the manufacture of special prototypes of MCA equipped with power models designed for applying test loads, as well as a large amount of equipment in the form of beam-lever systems and power load chains, which leads to significant material costs when conducting ground experimental testing of strength.
Существующие стенды для ударных испытаний (см. книгу “Технология сборки и испытаний космических аппаратов” под редакцией И.Т.Беляева, И.А.Зернова, “Машиностроение”, М., 1990 г., стр.133) и установки копрового типа (см. книгу “Нестационарная аэроупругость тонкостенных конструкций” под редакцией А.В.Кармишина, “Машиностроение”, М., 1982 г., стр.132, 133, рис.8.1.а) не позволяют нагрузить объект испытаний квазистатическими нагрузками, в области низких частот не более 5 Гц, а реализуют нагружение испытываемой конструкции исключительно воздействиями ударного характера в области высоких частот, превышающих частоту 100 Гц (длительность ударного импульса менее 0,005 с).Existing stands for impact tests (see the book “Technology for Assembly and Testing of Spacecraft” edited by I.T. Belyaev, I.A. Zernov, “Mechanical Engineering”, Moscow, 1990, p. 133) and copra-type installations (see the book “Unsteady aeroelasticity of thin-walled structures” edited by A.V. Karmishin, “Mechanical Engineering”, Moscow, 1982, pp. 132, 133, Fig. 8.1.a) do not allow the test object to be loaded with quasistatic loads, in low-frequency region of not more than 5 Hz, and they realize the loading of the test structure exclusively by impact of a different nature in the region of high frequencies exceeding the frequency of 100 Hz (the duration of the shock pulse is less than 0.005 s).
Рассмотренные стенды для испытаний конструкций на прочность не позволяют полно и точно провести имитацию штатных условий нагружения конструкций при их наземной отработке прочности, особенно по продолжительности действия испытательных нагрузок, т.е. не позволяют провести испытания конструкций от действия квазистатических (низкочастотных) нагрузок. Например, время действия нагрузок на испытываемую конструкцию в процессе проведения испытаний на стенде приложения сосредоточенных нагрузок на 1-2 порядка больше времени силовых воздействий на конструкцию в условиях штатной эксплуатации. Это происходит из-за значительного времени приложения и балансировки нагрузок, прикладываемых к испытываемой конструкции, с помощью балочно-рычажных нагружающих систем. Кроме этого, для испытаний на статическую и динамическую прочность необходимо изготовление как минимум двух испытательных образцов конструкции: один силовой макет испытываемой конструкции для проведения статических испытаний, а другой - натурно-весовой макет для проведения динамических испытаний.The considered stands for testing structural strength do not allow a complete and accurate simulation of the standard loading conditions of structures during their surface testing of strength, especially in terms of the duration of the test loads, i.e. do not allow testing of structures from the action of quasistatic (low-frequency) loads. For example, the duration of the loads on the test structure during testing at the bench of application of concentrated loads is 1-2 orders of magnitude longer than the time of force impacts on the structure under normal operation. This is due to the significant application time and load balancing applied to the test structure using beam-link loading systems. In addition, for testing for static and dynamic strength, it is necessary to produce at least two test samples of the structure: one power model of the structure under test for conducting static tests, and the other - full-scale model for carrying out dynamic tests.
В результате анализа патентной и научно-технической литературы, в качестве прототипа заявленного стенда и способа его сборки и настройки принято техническое решение, представленное в книге “Технология сборки и испытаний космических аппаратов” под редакцией И.Т.Беляева, И.А.Зернова, “Машиностроение”, М., 1990 г., стр.137, в которой описан стенд для испытаний конструкций на прочность и способ его настройки, а именно:As a result of the analysis of patent and scientific and technical literature, as a prototype of the claimed stand and a method of assembling and configuring it, a technical solution was made, presented in the book “Technology for Assembly and Testing of Spacecraft” edited by I. T. Belyaev, I. A. Zernov, “Mechanical Engineering”, Moscow, 1990, p. 137, which describes a stand for testing structural strength and how to configure it, namely:
- резонансная установка с пружинным приводом (блоком) для испытаний конструкций, состоящая из опорного основания, на которое установлен пружинный привод (блок) вертикального обжатия, стыковочного кольца для закрепления объекта испытаний (ОИ), установленного на пружинный привод (блок), а также устройства измерений инерционных перегрузок;- a resonant installation with a spring drive (block) for testing structures, consisting of a support base on which a spring drive (block) of vertical compression is installed, a docking ring to fix the test object (OI) installed on the spring drive (block), and also a device inertial overload measurements;
- способ настройки резонансной установки, заключающийся в том, что пружинный привод (блок) настраивают на резонансную частоту собственных колебаний ОИ, устанавливают ОИ на стыковочное кольцо и производят нагружение его испытательными нагрузками с замером инерционных перегрузок.- a method for tuning a resonant installation, namely, that the spring drive (block) is tuned to the resonant frequency of the natural oscillations of the OI, install the OI on the docking ring and load it with test loads with measurement of inertial overloads.
При испытаниях конструкций с помощью данного стенда нагружение ОИ осуществляется за счет его колебаний на пружинном блоке (приводе) с частотами, соответствующими резонансным частотам собственных колебаний ОИ.When testing structures using this test bench, the loading of the OI is carried out due to its vibrations on the spring block (drive) with frequencies corresponding to the resonant frequencies of the natural vibrations of the OI.
Недостатком данного стенда для испытаний на прочность является невозможность нагружения испытываемых конструкций квазистатическими (статическими) нагрузками в низкочастотной области до 5 Гц, действующими в одном направлении по отношению к какой-либо оси ОИ. Данный стенд позволяет нагрузить ОИ знакопеременными нагрузками колебательного характера, причем в околорезонансной области максимальными нагрузками с реализацией (получением) максимальных коэффициентов усиления, т.е. провести испытания конструкций на динамическую прочность. Недостатком способа сборки и настройки установки является сложность регулировки пружинного привода под переменную массу разных ОИ и настройка (изменение жесткости) пружинного привода в соответствии с резонансными частотами собственных колебаний разных ОИ.The disadvantage of this test bench for strength is the impossibility of loading the test structures with quasistatic (static) loads in the low-frequency region up to 5 Hz, acting in one direction with respect to any axis of the OI. This stand allows you to load OI alternating loads of an oscillatory nature, and in the near-resonance region with maximum loads with the implementation (receipt) of maximum amplification factors, i.e. to test structures for dynamic strength. The disadvantage of the method of assembly and setup of the installation is the difficulty of adjusting the spring drive for the variable mass of different OI and tuning (changing stiffness) of the spring drive in accordance with the resonant frequencies of natural oscillations of different OI.
Целью (задачей) предлагаемого устройства стенда для испытаний конструкций и способа его сборки и настройки является нагружение испытываемых конструкций квазистатическими нагрузками (в области низких частот до 5 Гц), действующими в одном направлении.The purpose (task) of the proposed device of the test bench for structures and the method of its assembly and adjustment is to load the tested structures with quasistatic loads (in the low frequency range up to 5 Hz) operating in one direction.
Для достижения поставленной цели (задачи) предлагаемый стенд для испытаний на прочность снабжен подвижной (перемещаемой) платформой, установленной над пружинным блоком на заданной высоте. Подвижная платформа имеет возможность перемещения вниз с помощью кареток вдоль вертикально установленных и жестко связанных с опорным основанием направляющих стоек. Перемещаемые каретки жестко связаны с подвижной платформой, снабжены роликами и обеспечивают перемещение платформы "вверх-вниз" вдоль направляющих стоек. Устройство фиксации размещено между подвижной платформой и пружинным блоком на направляющих стойках и предназначено для установки и удержания подвижной платформы на заданной высоте над пружинным блоком. Снизу со стороны пружинного блока на подвижную платформу закреплены балансировочный груз и демпфирующее устройство.To achieve the goal (task), the proposed bench for strength tests is equipped with a movable (movable) platform mounted above the spring block at a given height. The movable platform has the ability to move down with the help of carriages along vertically mounted and rigidly connected with the support base of the guide racks. The movable carriages are rigidly connected to the movable platform, equipped with rollers and allow the platform to move up and down along the guide racks. The locking device is located between the movable platform and the spring block on the guide racks and is designed to install and hold the movable platform at a given height above the spring block. From below, from the side of the spring block, a balancing weight and a damping device are fixed to the movable platform.
Сверху на подвижную платформу установлено стыковочное кольцо с возможностью изменения своего положения на подвижной платформе, для чего кольцо снабжено опорными узлами с устройствами регулировки наклона и смещения в плоскости относительно платформы. На стыковочное кольцо устанавливается и закрепляется объект испытаний (ОИ).A docking ring is mounted on top of the movable platform with the ability to change its position on the movable platform, for which the ring is equipped with support nodes with devices for adjusting the inclination and offset in the plane relative to the platform. A test object (OI) is mounted and fixed to the docking ring.
Нагружение испытываемой конструкции, закрепленной на подвижной платформе через стыковочное кольцо, квазистатическими нагрузками при проведении испытаний происходит в процессе торможения подвижной платформы на пружинном блоке после ее перемещения (падения) с заданной высоты до соприкосновения с пружинным блоком постоянной жесткости. Величина жесткости пружинного блока выбирается из условия обеспечения нагружения ОИ низкочастотными (квазистатическими) нагрузками с частотой f не более 5 Гц. В процессе торможения на пружинном блоке ОИ нагружается полусинусоидальным (гармоническим) импульсом, максимальное (амплитудное) значение которого будет зависеть от высоты перемещения (падения) ОИ.The load of the test structure, mounted on a movable platform through the docking ring, with quasistatic loads during testing occurs during braking of the movable platform on the spring block after it is moved (dropped) from a given height until it comes into contact with the spring block of constant stiffness. The stiffness of the spring block is selected from the condition of providing the loading of the low-frequency (quasistatic) loads with a frequency f of not more than 5 Hz. In the process of braking on the spring block, the OI is loaded with a half-sine (harmonic) impulse, the maximum (amplitude) value of which will depend on the height of movement (fall) of the OI.
Из известных соотношений движения тел при свободном падении и теории колебаний массы на пружине постоянной жесткости (см., например, книгу “Колебания в инженерном деле” С.П. Тимошенко, Д.Х.Янг, У.Уивер. “Машиностроение”, М., 1985 г., глава 1, параграф 1.1, стр.16-20) амплитудное значение перегрузки, действующей на ОИ, равно:From the known relations of the motion of bodies during free fall and the theory of mass oscillations on a spring of constant stiffness (see, for example, the book “Fluctuations in Engineering”, S. P. Timoshenko, D.Kh. Yang, U. Weaver. “Mechanical Engineering”, M ., 1985,
где:Where:
h - высота подъема объекта испытаний;h is the height of the test object;
g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;g = 9.81 m / s 2 - acceleration of gravity;
k=const - жесткость пружинного блока;k = const is the stiffness of the spring block;
mΣ - суммарная масса тормозимого на пружинном блоке груза (подвижной части стенда, балансировочного груза и ОИ);mΣ is the total mass of the load braked on the spring block (the moving part of the stand, the balancing load, and the OI);
Жесткость k пружинного блока стенда задается постоянной, поэтому для получения постоянной частоты f приложенной нагрузки (вынужденных колебаний ОИ на пружинном блоке при его торможении) не более 5 Гц необходимо задать массу подвижной части стенда с ОИ также постоянной величины, что при различных массах ОИ обеспечивается установкой на подвижную платформу балансировочного груза определенной массы. Масса дополнительно устанавливаемого груза выбирается из условия, чтобы суммарная масса ОИ, балансировочного груза, и подвижной части стенда (в данном случае это масса подвижной платформы, стыковочного кольца и кареток) была постоянной величины (см. формулу 
Основным нагружающим элементом стенда является пружинный блок постоянной жесткости, который обеспечивает нагружение ОИ квазистатическими нагрузками при испытаниях на прочность конструкций с помощью предлагаемого стенда.The main loading element of the test bench is a spring block of constant stiffness, which provides loading of OI with quasistatic loads during structural strength tests using the proposed test bench.
Демпфирующее устройство, выполненное, например, из резины, установленное в нижней части подвижной платформы или на балансировочном грузе (при его наличии), предназначено для исключения (“фильтрации”) высокочастотных ударных нагрузок с тем, чтобы обеспечить приложение к ОИ низкочастотного полусинусоидального импульса (основной приложенной нагрузки) без искажений и наложений на него высокочастотных нагрузок ударного характера, возможных в момент соприкосновения подвижной платформы (с установленным на ней ОИ) после ее перемещения с заданной высоты. Из условия исключения этих ударных нагрузок выбирается жесткость демпфирующего устройства.A damping device made, for example, of rubber, mounted in the lower part of the mobile platform or on the balancing weight (if any) is designed to exclude ("filter") high-frequency shock loads in order to ensure that a low-frequency half-sinusoidal pulse is applied to the OI applied load) without distortion and the imposition of high-frequency shock loads on it, possible at the moment of contact of the moving platform (with the OI installed on it) after its movement from the rear constant height. From the condition for the exclusion of these shock loads, the stiffness of the damping device is selected.
В устройстве стенда предусмотрена регулировка положения ОИ по отношению к подвижной платформе. Это необходимо, во-первых, для обеспечения приложения к ОИ нагрузок в боковых направлениях при проведении испытаний на прочность, во-вторых, для обеспечения прохождения вектора приложенной к ОИ нагрузки со стороны пружинного блока по линии, проходящей точно (в пределах допуска) через совместный центр масс ОИ, балансировочного груза и подвижной части стенда (подвижной платформы, стыковочного кольца и кареток), чтобы обеспечить нагружение ОИ в основном (вертикальном) направлении и исключить (или свести к минимуму) воздействия в неосновных (горизонтальных) направлениях в процессе нагружения ОИ, возможные при несовпадении вектора приложенной нагрузки с линией, на котором лежит совместный центр масс. Для обеспечения этих условий конструкция стенда снабжена специальными опорными устройствами, с помощью которых стыковочное кольцо закреплено на подвижной платформе. Эти устройства позволяют регулировать положение кольца на платформе, а значит и положение ОИ, неподвижно и жестко закрепленного на стыковочном кольце, по отношению к оси пружинного блока, которая является и осью жесткости симметричного пружинного блока. Во-первых, ОИ может устанавливаться на стыковочном кольце в различные положения при повороте вокруг своей продольной оси (угол установки меняется дискретно с определенным шагом). Во-вторых, в опорных узлах или в платформе выполнены пазы (по двум направлениям), в пределах которых опорные узлы могут перемещаться и тем самым изменять положение стыковочного кольца в плоскости платформы.The device of the stand provides for the adjustment of the position of the OI in relation to the movable platform. This is necessary, firstly, to ensure lateral loads are applied to the OI during strength tests, and secondly, to ensure that the vector of the load applied to the OI from the spring block passes along a line passing exactly (within the tolerance) through the joint the center of mass of the OI, the balancing load and the moving part of the stand (mobile platform, docking ring and carriages) in order to ensure the loading of the OI in the main (vertical) direction and to exclude (or minimize) the effects in minor (g horizontal) directions in the process of loading the OI, possible if the vector of the applied load does not coincide with the line on which the joint center of mass lies. To ensure these conditions, the stand design is equipped with special support devices, with the help of which the docking ring is mounted on a movable platform. These devices allow you to adjust the position of the ring on the platform, and therefore the position of the OI, fixedly and rigidly fixed to the docking ring, with respect to the axis of the spring block, which is also the axis of stiffness of the symmetric spring block. Firstly, the OI can be installed on the docking ring in various positions when turning around its longitudinal axis (the installation angle changes discretely with a certain step). Secondly, in the support nodes or in the platform, grooves are made (in two directions), within which the support nodes can move and thereby change the position of the docking ring in the plane of the platform.
В-третьих, противоположные опорные узлы попарно снабжены цилиндрическими шарнирами (одна пара) и регулируемыми винтовыми стяжками, закрепленными на осях (другая пара), которые позволяют стыковочному кольцу занимать различные наклонные положения в зависимости от регулировки длины стяжек путем их "вывинчивания-завинчивания". Кроме того, регулировку положения совместного центра масс ОИ и подвижной части стенда можно осуществлять и с помощью соответствующего смещения положения балансировочного груза относительно подвижной платформы.Thirdly, the opposite support nodes are provided with cylindrical hinges (one pair) and adjustable screw ties fastened to the axles (another pair), which allow the docking ring to occupy various inclined positions depending on the adjustment of the length of the couplers by “unscrewing-screwing”. In addition, the adjustment of the position of the joint center of mass of the OI and the movable part of the stand can be carried out using the corresponding offset of the position of the balancing weight relative to the movable platform.
Жесткость подвижной платформы, стыковочного кольца и его опор на платформе также выбирается достаточно высокой, чтобы не влиять на частоту приложенной нагрузки со стороны пружинного блока к ОИ и исключить второстепенные колебания ОИ на пружинном блоке в процессе нагружения, т.е. обеспечить передачу механических воздействий на ОИ с минимальными искажениями.The rigidity of the movable platform, the docking ring and its supports on the platform is also selected high enough so as not to affect the frequency of the applied load from the side of the spring unit to the OI and to exclude secondary oscillations of the OI on the spring unit during loading, i.e. ensure the transmission of mechanical stresses on the OI with minimal distortion.
Предлагаемый стенд для испытаний на прочность снабжен устройством фиксации подвижной платформы, которое установлено на направляющих стойках между подвижной платформой и пружинным блоком. Данное устройство предназначено для:The proposed bench for strength tests is equipped with a locking device for the movable platform, which is installed on the guide racks between the movable platform and the spring block. This device is intended for:
- удержания подвижной платформы с ОИ на заданной высоте перед началом испытаний;- holding the mobile platform with the OI at a given height before the start of the test;
- перемещение подвижной платформы с ОИ вдоль направляющих стоек с заданной высоты при расфиксации устройства;- moving the mobile platform with the OI along the guide racks from a given height when the device is unlocked;
- улавливание, торможение и удержание подвижной платформы с ОИ на обратном ходе пружин блока (при их разжатии) в конце нагружения ОИ. При этом торможение и удержание платформы происходит на меньшей высоте по сравнению с высотой ее сброса.- trapping, braking and holding the movable platform with the OI on the reverse stroke of the unit springs (when they are unclenched) at the end of the OI loading. In this case, the braking and holding of the platform occurs at a lower height compared to the height of its discharge.
Устройство сброса и фиксации представляет собой тормозное устройство пневматического типа с системой рычагов и фиксаторов. Управление устройством может осуществляться как с помощью ручного привода, так и в автоматическом режиме.The reset and fixation device is a pneumatic type brake device with a system of levers and clamps. Device control can be carried out either using a manual drive or in automatic mode.
Предлагаемое устройство стенда для испытаний конструкций на прочность собирают и настраивают перед началом испытаний с помощью проведения следующих операций.The proposed device test bench for structural strength testing is assembled and configured before testing using the following operations.
Настройку пружинного блока на фиксированную частоту испытаний производят установкой на подвижную платформу балансировочных грузов переменной массы в зависимости от массы ОИ, но при этом суммарную массу ОИ, балансировочного груза и подвижной части стенда (подвижная платформа, стыковочное кольцо и каретки) задают постоянной величины, т.е. выполняя равенство:The spring unit is set to a fixed test frequency by installing balancing weights of variable mass on a moving platform depending on the mass of the UI, but the total mass of the OI, balancing weight and the moving part of the stand (moving platform, docking ring and carriages) is set to a constant value, t. e. fulfilling the equality:
где:Where:
mΣ - суммарная постоянная масса груза, тормозимого при испытаниях на пружинном блоке;mΣ is the total constant mass of the load braked when tested on a spring block;
mOИ - масса ОИ;m OI - mass of OI;
mБГ - масса балансировочного груза;m BG - mass of balancing load;
mСТ - масса подвижной части стенда.m ST is the mass of the moving part of the stand.
Таким образом, при испытаниях конструкций различной массы настройка параметров стенда по нагрузке (обеспечение фиксированной частоты колебаний пружинного блока с тормозимым на нем грузом) производится путем установки балансировочного груза соответствующей массы.Thus, when testing structures of various masses, setting the bench parameters for load (ensuring a fixed oscillation frequency of the spring block with a load braked on it) is done by setting the balancing load of the corresponding mass.
Затем на подвижную платформу (или балансировочный груз) устанавливают демпфирующее устройство, предназначенное для исключения ударных нагрузок. На стыковочное кольцо закрепляют груз-макет (ГМ), масса которого равна массе ОИ. При установке ГМ на стыковочное кольцо обеспечивают положение центра масс ГМ на линии, совпадающей с вертикальной осью пружинного блока. На ГМ устанавливают устройства измерений инерционных перегрузок и производят предварительную настройку стенда путем перемещения подвижной платформы с ГМ на пружинный блок с разных высот, проводя при этом замеры инерционных перегрузок на ГМ. При данной операции осуществляют настройку стенда по частоте, амплитуде приложенного импульса, контролируют время действия нагрузок, строят зависимость полученных перегрузок на ГМ от высоты сброса подвижной платформы с ГМ. При необходимости корректируют величину массы балансировочного груза (устанавливают или убирают отдельные части груза) для получения фиксированной частоты приложенной нагрузки от пружинного блока, возможна также корректировка высоты сброса ГМ для получения заданной величины перегрузки. Окончательно по результатам предварительных перемещений (сбросов) подвижной платформы с ГМ определяют испытательную высоту перемещения для ГМ.Then, a damping device designed to eliminate shock loads is installed on a moving platform (or balancing weight). A load prototype (GM) is fixed to the docking ring, the mass of which is equal to the mass of the OI. When installing the GM on the docking ring, they provide the position of the center of mass of the GM on the line coinciding with the vertical axis of the spring block. Inertial overload measuring devices are installed on the GM and the bench is pre-configured by moving the movable platform from the GM to the spring block from different heights, while measuring inertial overloads on the GM. In this operation, the stand is tuned in terms of frequency, amplitude of the applied impulse, the duration of the loads is monitored, the dependence of the received overloads on the GM on the discharge height of the moving platform with the GM is built. If necessary, adjust the value of the mass of the balancing load (install or remove individual parts of the load) to obtain a fixed frequency of the applied load from the spring unit, it is also possible to adjust the discharge height of the GM to obtain a given value of the load. Finally, according to the results of preliminary displacements (discharges) of the moving platform with the GM, the test height of movement for the GM is determined.
Затем вместо ГМ на стыковочное кольцо устанавливают ОИ и производят регулировку его положения путем изменения положения стыковочного кольца относительно подвижной платформы с помощью устройств наклона и смещения, тем самым устанавливая ОИ в необходимое положение при испытании. После соответствующей установки ОИ производят тарировочные (пробные) перемещения подвижной платформы с ОИ с высот, составляющих 15-25% от предварительно определенной испытательной высоты для ГМ, при этом производят замер инерционных перегрузок на ОИ. По результатам замера перегрузок на ОИ уточняют (при необходимости) значение испытательной высоты перемещения для ОИ, после чего поднимают подвижную платформу с ОИ на уточненную высоту над пружинным блоком и фиксируют ее в этом положении, т.е. на этой высоте с помощью устройства фиксации подвижной платформы относительно направляющих стоек.Then, instead of the GM, the OI is installed on the docking ring and its position is adjusted by changing the position of the docking ring relative to the movable platform using tilt and bias devices, thereby setting the OI to the required position during the test. After the appropriate installation of the OI, calibration (test) movements of the mobile platform from the OI are carried out from heights of 15-25% of the predefined test height for the GM, while the inertial overloads on the OI are measured. Based on the results of measuring the overloads on the OI, the value of the test travel height for the OI is specified (if necessary), after which the movable platform from the OI is lifted to the specified height above the spring block and fixed in this position, i.e. at this height using the locking device of the movable platform relative to the guide racks.
Затем проводят квалификационные (зачетные) испытания ОИ путем перемещения подвижной платформы с ОИ с уточненной высоты на пружинный блок и последующего торможения на нем.Then, qualification (test) tests of the OI are carried out by moving the moving platform from the OI from the specified height to the spring block and subsequent braking on it.
Проведение операций по предварительной настройке (калибровке) стенда с помощью ГМ, а также проведение тарировочных (пробных) сбросов ОИ с высот, составляющих 15-25% от предварительно определенной испытательной высоты для ГМ, позволяют определить зачетную высоту испытаний, при перемещении с которой на пружинный блок, на ОИ будет получена заданная испытательная перегрузка.Carrying out operations for pre-setting (calibrating) the test bench using a GM, as well as conducting calibration (test) discharges of the OI from heights of 15-25% of the predefined test height for the GM, allows you to determine the test height, when moving from it to the spring unit, the specified test overload will be received at the OI.
В связи с тем, что нагружение ОИ квазистатическими нагрузками происходит в процессе его торможения на пружинном блоке, т.е. при его движении, то ОИ должен имитировать массово-инерционные и жесткостные характеристики конструкции. Поэтому в качестве испытываемого образца конструкции в условиях предложенного стенда можно использовать макет конструкции, предназначенный для отработки динамической прочности, что приведет к уменьшению затрат и экономии средств на изготовление опытного (отработочного) макета испытываемого изделия (т. к. отпадет необходимость изготовления силового макета для проведения испытаний на прочность на стенде статического нагружения с помощью балочно-рычажных систем - аналог).Due to the fact that the loading of OI with quasistatic loads occurs during its braking on the spring block, i.e. during its movement, the OI should imitate the mass-inertial and stiffness characteristics of the structure. Therefore, as a test sample of the structure under the conditions of the proposed stand, you can use a model of the structure designed to work out dynamic strength, which will reduce costs and save money on the manufacture of an experimental (testing) model of the test product (since there will be no need to make a power model for Strength tests on a static loading bench using beam-lever systems - analogue).
Таким образом, предлагаемое устройство стенда для испытаний на прочность позволяет нагрузить испытываемую конструкцию квазистатическими нагрузками. За счет предлагаемых операций заявленный способ позволяет собрать и настроить стенд для испытаний конструкций на прочность квазистатическими нагрузками.Thus, the proposed device test bench for strength allows you to load the test structure with quasistatic loads. Due to the proposed operations, the claimed method allows you to collect and configure the stand for testing structures for strength by quasi-static loads.
На фигуре 1 изображен общий вид стенда для испытаний конструкций на прочность квазистатическими нагрузками. Составные части стенда изображены в исходном положении перед началом испытаний.The figure 1 shows a General view of the stand for testing structures for strength by quasi-static loads. The components of the stand are shown in the initial position before the test.
На фигуре 2 изображен общий вид сбоку стенда для испытаний в исходном положении при наклонном положении ОИ на стыковочном кольце.The figure 2 shows a General side view of the test bench in the initial position with the inclined position of the OI on the docking ring.
На фигуре 3 изображен общий вид стенда при проведении испытаний конструкций, в момент нагружения ОИ при торможении на пружинном блоке.The figure 3 shows a General view of the stand during testing of structures at the time of loading the OI when braking on the spring block.
Стенд для испытаний конструкций на прочность квазистатическими нагрузками состоит из неподвижной и подвижной (перемещаемой) частей.The test bench for structural strength with quasi-static loads consists of fixed and movable (movable) parts.
Неподвижная часть стенда состоит из опорного основания 1, пружинного блока 2, установленного и закрепленного на опорном основании 1, и направляющих стоек 3, вертикально установленных также на основании 1. Пружинный блок 2 состоит из верхней платы 4 и нижней платы 5, между которыми установлен набор пружин сжатия 6. Нижней платой 5 пружинный блок крепится к основанию 1, а верхней платой 4 взаимодействует с подвижной частью стенда при проведении прочностных испытаний. Набор пружин 6 состоит из отдельных пружин разного диаметра и жесткости, объединенных в группы и соосно установленных одна в другую (параллельное соединение пружин) таким образом, чтобы суммарная жесткость всех пружин, входящих в состав блока, была постоянна и выбрана из условия обеспечения частоты собственных колебаний пружинного блока с испытываемой конструкцией не более 5 Гц (оптимальной с точки зрения габаритов пружин блока и нагружения ОИ квазистатическими нагрузками может считаться частота 2-4 Гц).The fixed part of the stand consists of a
Подвижная часть стенда с помощью, например, крана или тельфера (на фигурах условно не показаны) устанавливается над пружинным блоком 2 на заданной высоте и состоит из платформы 7, на которой сверху закреплено стыковочное кольцо 8 с возможностью регулировки своего положения на подвижной платформе 7, а снизу - балансировочный груз 9 (при необходимости) и демпфирующее устройство 10. На стыковочное кольцо 8 устанавливается и закрепляется объект испытаний (ОИ) 11, на котором размещаются в необходимых точках устройства (датчики) измерения инерционных перегрузок (на фигурах условно не показаны). Подвижная платформа 7 снабжена каретками 12 с роликами 13, позволяющими ей перемещаться вниз - вверх вдоль вертикально установленных на опорном основании 1 направляющих стоек 3. К нижней части платформы 7 со стороны пружинного блока 2 при необходимости крепится балансировочный груз 9, к нижней части которого крепится демпфирующее устройство 10. При отсутствии балансировочного груза 9 демпфер 10 крепится непосредственно к нижней части платформы 7.The movable part of the stand using, for example, a crane or hoist (not shown conventionally in the figures) is mounted above the
Стенд для испытаний снабжен устройствами регулировки положения стыковочного кольца 8 с закрепленным на нем ОИ 11 относительно подвижной платформы 7 и устройством фиксации платформы 7 на стойках 3 на заданной высоте относительно пружинного блока 2.The test bench is equipped with devices for adjusting the position of the
При жестком неподвижном креплении ОИ 11 на стыковочном кольце 8 его необходимое положение при испытаниях может регулироваться за счет изменения наклона и смещения стыковочного кольца 8 относительно подвижной платформы 7. Например, необходимый наклон кольца 8 с закрепленным на нем ОИ 11 может меняться с помощью специальных опорных узлов. При этом одна пара узлов 14 снабжена цилиндрическими шарнирами 15 типа ось - проушина, а другая пара узлов 16 снабжена регулируемыми винтовыми стяжками 17 (см. фигуру 2). Регулировка положения стыковочного кольца 8 относительно платформы 7 в ее плоскости может осуществляться за счет одновременного смещения опорных узлов 14 и 16 в соответствующих пазах (на фигурах условно не показанных), выполненных либо в платформе, либо в самих опорных узлах. Кроме того, возможен поворот ОИ 11 относительно своей продольной оси при установке ОИ 11 на стыковочное кольцо 8. Возможность поворота ОИ 11 на стыковочном кольце 8, возможность наклона самого кольца 8 на платформе 7, а также возможность смещения кольца 8 в плоскости платформы 7, во-первых, позволяют нагрузить ОИ 11 нагрузками в различных боковых направлениях при испытаниях, во-вторых, обеспечивают прохождение вектора приложенной нагрузки от пружинного блока 2 через совместный центр масс подвижной части стенда (платформы 7, стыковочного кольца 8 и двух кареток 12), балансировочного груза 9 и ОИ 11.With fixed fixed mounting of the
Подвижная часть стенда удерживается на определенной заданной высоте над пружинным блоком 2 перед началом испытаний ОИ 11 с помощью устройства фиксации 18, установленного на направляющих стойках 3 между платформой 7 и пружинным блоком 2. Устройство фиксации 18 обеспечивает удержание подвижной платформы 7 с ОИ 11 от ее перемещения вдоль направляющих стоек 3, перемещение (сброс) подвижной платформы 7 с ОИ 11 на пружинный блок 2 при своей расфиксации, а также улавливание, торможение и удержание ее в конце нагружения ОИ 11 на обратном ходе (разжатии) пружин блока 2. Это необходимо для исключения повторного падения платформы 7 с ОИ 11 на пружинный блок 2 с нерасчетной высоты. Торможение и удержание платформы 7 с ОИ 11 осуществляется на меньшей высоте по сравнению с расчетной высотой сброса. Устройство 18 представляет собой тормозное устройство, например, с пневматическим приводом.The movable part of the stand is held at a certain predetermined height above the
Стенд для испытаний конструкций собирают и настраивают следующим образом.The test bench structures are assembled and configured as follows.
На основание стенда 1 устанавливают пружинный блок 2 с определенной постоянной жесткостью. На подвижную платформу 7 со стороны пружинного блока 2 закрепляют балансировочный груз 9 с определенной массой, необходимой для обеспечения низкочастотных колебаний (с частотой не более 5 Гц) ОИ 11 на пружинном блоке 2. На нижнюю часть балансировочного груза 9 закрепляют демпфирующее устройство 10. При отсутствии балансировочного груза 9, демпфер 10 устанавливают непосредственно на нижнюю часть платформы 7.A
Затем производят настройку и контроль нагрузочных характеристик стенда, для чего на стыковочное кольцо 8 подвижной платформы 7 устанавливают ГМ (на фигурах условно не показан), масса которого равна массе ОИ 11. И проводят предварительные сбросы подвижной платформы 7 с ГМ с замером перегрузок на ГМ с помощью устройств (датчиков) измерения инерционных перегрузок, по результатам чего определяют испытательную высоту сброса для ГМ.Then, the load characteristics of the stand are set up and controlled, for which a GM (conventionally not shown in the figures) is installed on the
После этого вместо ГМ на стыковочное кольцо 8 устанавливают ОИ 11 в необходимое положение для испытаний, производят регулировку положения стыковочного кольца 8 на подвижной платформе 7 путем соответствующей установки опор 14 и 16 и изменения угла наклона кольца 8 на платформе 7 с помощью регулируемых винтовых стяжек 17. Затем поднимают платформу 7 с ОИ 11 на высоту, составляющую 15-25% от предварительно определенной высоты перемещения для ГМ, и проводят тарировочные (пробные) испытания с замером инерционных перегрузок на ОИ, по результатам которых уточняют (при необходимости) и окончательно определяют высоту перемещения ОИ. После чего подвижную платформу 7 с ОИ 11 поднимают вверх на уточненную высоту над пружинным блоком 2 по направляющим стойкам 3 с помощью кареток 12, устанавливают и фиксируют ее на этой высоте с помощью устройства фиксации 18. Таким образом, стенд собран, настроен и подготовлен для проведения испытаний конструкций на прочность квазистатическими нагрузками. При этом подвижная платформа стенда с ОИ установлена на заданной высоте, необходимой для зачетного нагружения ОИ.After that, instead of the GM,
Работа стенда при испытаниях конструкций на прочность осуществляется следующим образом.The work of the stand when testing structures for strength is as follows.
При расфиксации устройства 18 (управление устройством 18 может осуществляться с помощью ручного привода или дистанционно в автоматическом режиме) платформа 7 с закрепленным на ней через стыковочное кольцо 8 ОИ 11 перемещается вниз (падает) с помощью кареток 12 вдоль направляющих стоек 3 до соприкосновения с пружинным блоком 2. Перемещаясь (падая) с заданной высоты h, вся подвижная часть стенда (платформа 7, стыковочное кольцо 8 и каретки 12) с балансировочным грузом 9 и ОИ 11 приобретают скорость 
Действующая максимальная перегрузка при испытаниях определяется соотношением 
В данном случае от массы m ОИ перегрузка зависеть не будет, т.к. подвижная часть стенда догружена до постоянной массы mΣ с тем, чтобы обеспечить фиксированную частоту f внешней нагрузки (не более 5 Гц), приложенной со стороны пружинного блока стенда к ОИ.In this case, the overload will not depend on the mass m ОИ, since the movable part of the stand is loaded to a constant mass mΣ in order to provide a fixed frequency f of the external load (not more than 5 Hz) applied from the side of the spring block of the stand to the OI.
После максимального сжатия пружинного блока 2 (соответствует перегрузке nmax) начинается обратный ход (разжатие) пружин 6 блока 2 и уменьшение нагрузок от nmax до 0. При этом возможен отрыв платформы 7 с ОИ 11 от пружинного блока 2 (при этом происходит снятие нагрузки с ОИ). С помощью устройства фиксации 18 происходит улавливание, торможение и удержание подвижной части стенда на высоте h1, меньшей заданной высоты h. После этого при необходимости может быть произведен либо подъем платформы 7 с ОИ 11 на ту же высоту и повторный сброс, либо перемещение платформы 7 с ОИ 11 вниз, перемонтаж ОИ 11 в новое положение, соответствующее другому расчетному случаю нагружения, и подъем платформы 7 с ОИ 11 на соответствующую высоту согласно программе испытаний.After the maximum compression of the spring block 2 (corresponds to an overload of n max ), the return stroke (unloading) of the
Использование заявленного стенда для испытаний конструкций на прочность и способа его сборки и настройки по сравнению с прототипом и аналогами позволяет нагрузить испытываемую конструкцию квазистатическими нагрузками, более точно имитирующими эксплуатационные воздействия на конструкцию, значительно снижает объем вспомогательной оснастки, необходимой для проведения испытаний, позволяет использовать динамический макет испытываемого изделия для статических испытаний и тем самым уменьшить затраты на изготовление материальной части для проведения прочностных испытаний, а также существенно сокращает время проведения зачетных испытаний.The use of the claimed test bench for structural strength tests and the method of assembling and adjusting it in comparison with the prototype and analogues allows loading the test structure with quasistatic loads that more accurately simulate operational effects on the structure, significantly reduces the amount of auxiliary equipment needed for testing, and allows using a dynamic layout tested products for static tests and thereby reduce the cost of manufacturing material parts for strength tests, as well as significantly reducing the time of the credit test.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003122815/28A RU2249803C1 (en) | 2003-07-21 | 2003-07-21 | Bench for strength testing of structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003122815/28A RU2249803C1 (en) | 2003-07-21 | 2003-07-21 | Bench for strength testing of structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003122815A RU2003122815A (en) | 2005-01-27 |
| RU2249803C1 true RU2249803C1 (en) | 2005-04-10 |
Family
ID=35138583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003122815/28A RU2249803C1 (en) | 2003-07-21 | 2003-07-21 | Bench for strength testing of structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2249803C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2476846C1 (en) * | 2011-11-02 | 2013-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Звезда" имени академика Г.И. Северина" | Calibration bench |
| RU2661067C1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-07-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" | Strength test bench control system |
| RU2761677C1 (en) * | 2021-07-30 | 2021-12-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method for assembling a turntable for a test facility for an accident-resistant fuel system of a helicopter |
| RU2762782C1 (en) * | 2021-04-02 | 2021-12-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for impact testing of objects |
| RU2812209C1 (en) * | 2023-09-26 | 2024-01-25 | Акционерное общество "Рязанское конструкторское бюро "Глобус" (АО "РБК "Глобус") | Harmonic vibration stand |
-
2003
- 2003-07-21 RU RU2003122815/28A patent/RU2249803C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2476846C1 (en) * | 2011-11-02 | 2013-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Звезда" имени академика Г.И. Северина" | Calibration bench |
| RU2661067C1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-07-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" | Strength test bench control system |
| RU2762782C1 (en) * | 2021-04-02 | 2021-12-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for impact testing of objects |
| RU2761677C1 (en) * | 2021-07-30 | 2021-12-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method for assembling a turntable for a test facility for an accident-resistant fuel system of a helicopter |
| WO2023009025A1 (en) * | 2021-07-30 | 2023-02-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method of assembling a rotating platform of a testing system |
| RU2812209C1 (en) * | 2023-09-26 | 2024-01-25 | Акционерное общество "Рязанское конструкторское бюро "Глобус" (АО "РБК "Глобус") | Harmonic vibration stand |
| RU2812209C9 (en) * | 2023-09-26 | 2024-03-19 | Акционерное общество "Рязанское конструкторское бюро "Глобус" (АО "РКБ "Глобус") | Harmonic vibration stand |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003122815A (en) | 2005-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5003811A (en) | Shock testing apparatus | |
| RU2595322C2 (en) | System and method for simulating high-intensity pyrotechnic shock | |
| CN102124315B (en) | Specimen loading apparatus and method | |
| CN105352694B (en) | A kind of impact test for simulating impact body power consumption is with dropping hammer | |
| CN113074894B (en) | Landing buffer system drop test device and method | |
| CN209258417U (en) | A kind of helicopter landing gear falls shake comprehensive experimental device | |
| CN102841025A (en) | Drop hammer impact testing apparatus | |
| EP1976760B1 (en) | System for and method of monitoring free play of aircraft control surfaces | |
| US5400640A (en) | Pyrotechnic shock machine | |
| CN108918074A (en) | A kind of shock loading analog machine and application method based on intellectual material damper | |
| RU2249803C1 (en) | Bench for strength testing of structure | |
| RU2401424C1 (en) | Stand to test reinforced concrete elements for short-duration dynamic compression | |
| CN110395415B (en) | Universal zero-gravity unloading device | |
| CN110186746B (en) | Structure test loading device and test method for keeping lateral direction and axial direction vertical | |
| CN105043703B (en) | General shock absorber the static and dynamic experiment platform | |
| US3557603A (en) | Shock machine | |
| CN107380344B (en) | Multifunctional loading device for hydrostatic free attenuation test of floating body model | |
| CN107975561A (en) | A kind of vehicle-mounted precision equipment and its vehicle-mounted vibration-isolating platform | |
| CN107036802A (en) | A kind of shock absorber overloading-vibrating environment pilot system and test method | |
| RU2249804C2 (en) | Method of loading structures during strength testing | |
| Scharton | Force limited vibration testing | |
| RU142191U1 (en) | STAND FOR DYNAMIC TESTS OF A CHASSIS MODEL OF A VEHICLE | |
| RU2775360C1 (en) | Method for determining the dynamic characteristics of flexible extended structures by experiment | |
| CN114313323B (en) | Evaluation method of gravity environment in lander touch simulation test | |
| RU2000545C1 (en) | Stand to test radar sensors of height |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080722 |