RU2414690C1 - Stand for testing objects on alternating-sign impact loads - Google Patents
Stand for testing objects on alternating-sign impact loads Download PDFInfo
- Publication number
- RU2414690C1 RU2414690C1 RU2009138696/28A RU2009138696A RU2414690C1 RU 2414690 C1 RU2414690 C1 RU 2414690C1 RU 2009138696/28 A RU2009138696/28 A RU 2009138696/28A RU 2009138696 A RU2009138696 A RU 2009138696A RU 2414690 C1 RU2414690 C1 RU 2414690C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tip
- reservoir
- liquid
- pulse
- platform
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытаний объектов однократными знакопеременными ударными импульсами нагрузки (перегрузки).The invention relates to testing equipment, in particular, to stands for testing objects with single alternating shock pulses of a load (overload).
Известен стенд для натурных испытаний изделий на знакопеременные ударные перегрузки, содержащий эстакаду, молот с одной гидропружиной, рабочую платформу для крепления испытуемого изделия, подвижную в направлении удара, тормозное устройство и буферную массу с другой гидропружиной, установленную между рабочей платформой и тормозным устройством. Буферная масса выполнена с возможностью регулирования жесткости, снабжена сменными грузами и может перемещаться в направлении удара (см. а.с. СССР №315075, МПК G01M 7/00, опубл. 21.IX.1971. Бюл. №28).A known stand for full-scale testing of products for alternating shock overloads containing a flyover, a hammer with one hydraulic spring, a working platform for mounting the test product, movable in the direction of impact, a brake device and a buffer mass with another hydraulic spring installed between the working platform and the brake device. The buffer mass is made with the possibility of controlling stiffness, equipped with removable weights and can move in the direction of impact (see AS USSR No. 315075, IPC
Недостатком этого стенда является то, что формирование знакопеременного импульса перегрузки осуществляется гидропружинами в совокупности с контактирующими элементами молота, рабочей платформы и буферной массы, в которых неизбежны и даже необходимы пластические деформации для обеспечения требуемых длительностей положительной и отрицательной фаз импульса. На этом стенде нельзя обеспечить наперед заданный произвольный закон изменения перегрузки во времени. Кроме того, стенд как механическая система с зазорами, с подвижными и контактирующими элементами без отсечки влияния элементов, создающих первую положительную фазу импульса перегрузки, на формирование второй отрицательной фазы импульса перегрузки, не имеет возможности обеспечить непрерывный, без задержек во времени, переход положительной фазы импульса в отрицательную фазу. Предварительная тарировка стенда для этого является трудоемкой и неэффективной, поскольку стабильность и точность воспроизведения импульсов перегрузки от опыта к опыту на стенде с описанным формированием импульса перегрузки заведомо невелика.The disadvantage of this stand is that the formation of an alternating overload pulse is carried out by hydraulic springs in conjunction with the contacting elements of the hammer, working platform and buffer mass, in which plastic deformations are inevitable and even necessary to ensure the required durations of the positive and negative phases of the pulse. At this stand it is impossible to provide a predetermined arbitrary law of change in overload in time. In addition, the stand as a mechanical system with gaps, with moving and contacting elements without cutting off the influence of the elements creating the first positive phase of the overload pulse on the formation of the second negative phase of the overload pulse, does not have the ability to provide a continuous, without time delay, transition of the positive phase of the pulse in the negative phase. Preliminary calibration of the stand for this is time-consuming and inefficient, since the stability and accuracy of reproduction of overload pulses from experience to experience on a stand with the described formation of an overload pulse is obviously small.
Кроме того, не исключаются повторные соударения рабочей платформы с молотом за счет упругой составляющей силового взаимодействия рабочей платформы с гидропружинами молота и буферной массы. Это возможно, т.к. нет ограничителей для перемещения молота и рабочей платформы. Молот в конце первой положительной фазы импульса перегрузки, отскочив от рабочей платформы, может заехать на эстакаду. После повторного съезда с эстакады, приобретя начальную скорость, молот будет готов для последующего взаимодействия с рабочей платформой. При этом скорость рабочей платформы может быть уже не нулевой, как это было во время первого взаимодействия с молотом, поскольку рабочая платформа после взаимодействия с буферной массой может перемещаться навстречу скатывающемуся с эстакады молоту с некоторой скоростью.In addition, repeated collisions of the working platform with the hammer due to the elastic component of the force interaction of the working platform with the hydraulic springs of the hammer and the buffer mass are not ruled out. This is possible because There are no limits for moving the hammer and the work platform. The hammer at the end of the first positive phase of the overload impulse, having bounced off the working platform, can enter the overpass. After the second exit from the overpass, having acquired the initial speed, the hammer will be ready for subsequent interaction with the working platform. Moreover, the speed of the working platform may no longer be zero, as it was during the first interaction with the hammer, since the working platform, after interacting with the buffer mass, can move towards the hammer rolling down from the flyover at a certain speed.
Наиболее близким аналогом заявляемого стенда, выбранным в качестве прототипа, является стенд для испытаний изделий на знакопеременные нагрузки, содержащий основание с направляющими, установленную в направляющих подвижную платформу для крепления испытуемого изделия, расположенные с противоположных сторон платформы и взаимодействующие с ней ударник и подвижную буферную массу, закрепленный на буферной массе со стороны платформы первый упругий элемент (пружину), который с целью воспроизведения много цикловой нагрузки скреплен с платформой, тормозное устройство буферной массы, устройство для разгона ударника в виде ствола, связанного с источником сжатого газа, второй упругий элемент, закрепленный на платформе со стороны ствола (см. а.с. СССР №690352, МПК2 G01M 7/00, опубл. 05.10.1979. Бюл. №37).The closest analogue of the claimed stand, selected as a prototype, is a stand for testing products for alternating loads, containing a base with rails installed in the rails of a movable platform for mounting the test product, located on opposite sides of the platform and interacting with it, a drummer and a movable buffer mass, the first elastic element (spring) mounted on the buffer mass from the platform side, which is attached to the plateau in order to reproduce a lot of cyclic load my mass buffer braking device, a device for impactor acceleration of the trunk associated with the source of pressurized gas, a second elastic member mounted on the platform from the stem (see. AS USSR №690352, IPC 2 G01M 7/00, publ 05.10.1979. Bull. No. 37).
Недостатками этого стенда является невозможность создания однократного знакопеременного импульса перегрузки и использование в качестве формирователя импульсов перегрузки упругих пружин и дополнительной буферной массы, с помощью которых нельзя заранее задать требуемую форму и параметры импульса и с заданной стабильностью и точностью воспроизвести от опыта к опыту. Кроме того, на этом стенде по той же причине, что и на предыдущем стенде, не может быть обеспечен непрерывный, без задержек во времени, переход положительной фазы импульса в отрицательную фазу.The disadvantages of this stand are the impossibility of creating a single alternating overload pulse and the use of elastic springs and additional buffer mass as a shaper of overload pulses, with the help of which it is impossible to set the desired pulse shape and parameters in advance and reproduce it from experience to experience with the given stability and accuracy. In addition, for this reason, for the same reason as at the previous stand, a continuous, without time delay, transition of the positive phase of the pulse to the negative phase cannot be provided.
Задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в разработке стенда, позволяющего проводить исследования работоспособности объектов, которые в процессе эксплуатации подвергаются однократному знакопеременному импульсу перегрузки с наперед заданными формой и параметрами и могут при этом находиться под гидростатическим давлением столба жидкости при свободном погружении объекта на заданную глубину.The problem solved by the claimed invention is to develop a stand that allows to conduct studies of the health of objects that, during operation, are subjected to a single alternating overload pulse with predetermined shape and parameters and may be under hydrostatic pressure of a liquid column when the object is freely immersed at a given depth.
Технический результат, который может быть получен в результате использования заявляемого стенда, состоит в обеспечении исследований испытываемого объекта однократным знакопеременным импульсом перегрузки с наперед заданной формой и параметрами, в том числе и с имитацией нахождения его в затопленном состоянии на заданной глубине в жидкости, причем процесс создания положительной и отрицательной фаз знакопеременного импульса перегрузки, воздействующих на объект испытаний (ОИ), происходит без взаимного влияния между ними, чем обеспечивается максимальное соответствие форме и параметрам задаваемого импульса перегрузки.The technical result, which can be obtained by using the inventive stand, is to provide studies of the test object with a single alternating overload pulse with a predetermined shape and parameters, including with an imitation of being in a flooded state at a given depth in the liquid, the process of creating positive and negative phases of alternating impulse overload, affecting the test object (OI), occurs without mutual influence between them, which ensures maximum compliance with the shape and parameters of the specified overload pulse is given.
Указанный технический результат достигается с помощью стенда для испытаний ОИ на знакопеременные ударные нагрузки, содержащего основание с направляющими, ствол для разгона ударника, платформу для размещения объекта испытаний, перемещаемую по направляющим в направлении удара, тормозное устройство, отличающегося от прототипа тем, что дополнительно снабжен первым и вторым цилиндрическими резервуарами с жидкостью, установленными с двух сторон на платформе соосно стволу, первый профилированный наконечник закреплен на переднем торце ударника соосно ему с возможностью ввода во входное отверстие, закрытое мембраной, первого резервуара с жидкостью, тормозное устройство выполнено в виде второго профилированного наконечника, закрепленного на основании напротив ствола соосно ему с возможностью ввода во входное отверстие, закрытое мембраной, второго резервуара с жидкостью.The specified technical result is achieved by using a test bench for alternating impact loads containing a base with guides, a barrel for accelerating the striker, a platform for placing the test object, moving along the guides in the direction of impact, a braking device that differs from the prototype in that it is additionally equipped with the first and the second cylindrical reservoirs of liquid mounted on both sides of the platform coaxially with the barrel, the first shaped tip is mounted on the front end of the ud nick coaxially to input it into the inlet opening closed by a membrane, the first fluid reservoir, the braking device is designed as a second profiled tip, mounted to the base opposite the stem is coaxially to input it into the inlet opening closed by a membrane, the second liquid reservoir.
Ствол может быть снабжен отверстиями для стравливания газа после достижения ударником заданной скорости. На выходе ствола может быть установлен, по крайней мере, один крешер, предназначенный для упора в него ударника после формирования положительной фазы импульса.The barrel may be provided with openings for bleeding gas after the drummer reaches a predetermined speed. At least one crusher can be installed at the exit of the barrel, designed to support the hammer after the formation of a positive phase of the pulse.
На наружную торцовую поверхность входных отверстий первого и второго резервуаров соосно резервуарам может быть установлено по кольцу, поперечное сечение которых выполнено в виде прямоугольной трапеции и ориентировано так, что большее основание кольца примыкает к наружной торцевой поверхности входного отверстия соответствующего резервуара, а диаметр входного отверстия, образованного острой кромкой кольца, меньше диаметра внутренней боковой поверхности соответствующего резервуара, причем площадь кольцевого зазора между соответствующим наконечником и острой кромкой кольца меньше площади кольцевого зазора между внутренней боковой поверхностью соответствующего резервуара и соответствующим наконечником.On the outer end surface of the inlet openings of the first and second reservoirs, coaxially to the tanks can be installed in a ring, the cross section of which is made in the form of a rectangular trapezoid and oriented so that the larger base of the ring is adjacent to the outer end surface of the inlet of the corresponding reservoir, and the diameter of the inlet formed the sharp edge of the ring is less than the diameter of the inner side surface of the corresponding reservoir, and the area of the annular gap between the corresponding yuschim sharp edge tip and ring is less than the area of the annular gap between the inner lateral surface of the respective reservoir and respective tip.
В первом резервуаре может быть установлен нормально закрытый обратный клапан, выполненный с возможностью срабатывания при возникновении разрежения внутри жидкости первого резервуара.A normally closed non-return valve may be installed in the first tank, which can be activated when a vacuum occurs inside the liquid of the first tank.
Платформа стенда может быть выполнена с возможностью размещения ОИ в контейнере с жидкостью в затопленном состоянии и с возможностью регулировки давления заполняющей контейнер жидкости.The platform of the stand can be made with the possibility of placing OI in a container with liquid in a flooded state and with the ability to adjust the pressure of the liquid filling the container.
Стенд может быть снабжен демпфером из пористого материала, размещенным в стволе сзади за ударником по ходу его движения.The stand can be equipped with a damper made of porous material placed in the barrel behind the drummer in the direction of its movement.
Радиусы поперечного сечения первого r1(z1) и второго r2(z2) профилированных наконечников соответственно на расстоянии z1 и z1 от их носка могут быть выбраны из условия:The radii of the cross section of the first r 1 (z 1 ) and second r 2 (z 2 ) shaped tips, respectively, at a distance of z 1 and z 1 from their sock can be selected from the condition:
где ri - радиус входного отверстия первого (i=1) или второго (i=2) резервуара;where r i is the radius of the inlet of the first (i = 1) or second (i = 2) tank;
ψi(zi) - безразмерная функция профиля соответствующего наконечника, определяется из соответствующего выражения:ψ i (z i ) is the dimensionless profile function of the corresponding tip, is determined from the corresponding expression:
или or
в которыхin which
mУН; mПЭ - соответственно суммарные массы ударника и наконечника или платформы с размещенными на ней элементами (резервуарами, объектом испытаний и контейнером для него);m UN ; m PE - respectively, the total mass of the drummer and the tip or platform with the elements placed on it (tanks, test object and container for it);
ρ1, ρ2 - плотность жидкости соответственно в первом и втором резервуаре;ρ 1 , ρ 2 - the density of the liquid, respectively, in the first and second reservoir;
- площадь входного отверстия соответственно в первом и втором резервуаре; - the area of the inlet in the first and second reservoir, respectively;
aУН(z1), aПЭ(z2) - соответственно ускорения центров масс ударника с первым наконечником и платформы с размещенными на ней элементами в зависимости от проникания носка наконечников в первый или второй резервуар соответственно на величину z1 и z2;a CN (z 1 ), a PE (z 2 ) - respectively, the acceleration of the centers of mass of the drummer with the first tip and the platform with the elements placed on it, depending on the penetration of the tip of the tips into the first or second reservoir, respectively, by the values of z 1 and z 2 ;
VУН(z1); VПЭ(z2) - соответственно скорость центров масс ударника с первым наконечником и платформы с размещенными на ней элементами в зависимости от проникания носка наконечников в первый или второй резервуар соответственно на величину z1 и z2.V CN (z 1 ); V PE (z 2 ) is, respectively, the velocity of the centers of mass of the striker with the first tip and the platform with elements placed on it, depending on the penetration of the tip of the tips into the first or second reservoir, respectively, by the value of z 1 and z 2 .
Снабжение стенда первым и вторым цилиндрическими резервуарами с жидкостью, установленными с двух сторон платформы, первым профилированным наконечником, закрепленным на переднем торце ударника соосно ему с возможностью ввода во входное отверстие, закрытое мембраной, первого резервуара с жидкостью, выполнение тормозного устройства в виде второго профилированного наконечника, закрепленного на основании напротив ствола соосно ему с возможностью ввода во входное отверстие, закрытое мембраной, второго резервуара с жидкостью, обеспечивают нагружение объекта испытаний знакопеременным импульсом перегрузки с заданными формой и параметрами без взаимного влияния положительной и отрицательной фаз импульса, что повышает точность задаваемых параметров импульса.Supply the stand with the first and second cylindrical reservoirs of liquid mounted on both sides of the platform, the first profiled tip mounted on the front end of the drummer coaxially with the possibility of introducing into the inlet, closed by the membrane, the first reservoir of fluid, the braking device in the form of a second profiled tip fixed on the base opposite the barrel coaxially with it with the possibility of introducing into the inlet, closed by a membrane, a second reservoir with liquid, I provide loading the test object alternating pulse overload predetermined shapes and parameters without mutual influence of the positive and negative pulse phases, which improves the accuracy of the pulse-defined parameters.
Размещение в стволе сзади за ударником по ходу его движения демпфера из пористого материала позволяет сгладить резкие пики давления при разгоне ударника в стволе, что облегчит контроль разгона ударника и повысит точность задаваемых параметров импульса перегрузки.Placing a damper made of a porous material in the barrel behind the drummer in the direction of the drummer makes it possible to smooth out sharp pressure peaks during acceleration of the drummer in the barrel, which will facilitate control of the drummer acceleration and increase the accuracy of the set parameters of the overload pulse.
Выполнение в стволе отверстий позволяет после достижения ударником заданной скорости для реализации положительной фазы импульса перегрузки стравливать газ из ствола, чтобы дальнейшее движение ударника осуществлялось по инерции, приближая тем самым условия нагружения к заданным.The holes in the barrel make it possible, after the drummer reaches the set speed to realize the positive phase of the overload pulse, to pit the gas from the barrel so that the further movement of the drummer is carried out by inertia, thereby bringing the loading conditions closer to the set ones.
Выполнение контейнера с возможностью размещения ОИ в затопленном состоянии в контейнере с жидкостью с регулировкой давления в ней позволяет имитировать воздействие как ударной нагрузки, так и гидростатического давления на ОИ на заданной глубине в жидкости.The implementation of the container with the possibility of placing OI in a flooded state in a container with a liquid with pressure control in it allows you to simulate the impact of both shock load and hydrostatic pressure on the OI at a given depth in the liquid.
Выполнение радиусов поперечного сечения первого и второго профилированных наконечников на расстоянии z1 и z2 от носка соответствующего наконечника из условия (1) позволяет задавать различные формы и параметры знакопеременных импульсов перегрузки.The implementation of the radii of the cross section of the first and second shaped tips at a distance of z 1 and z 2 from the toe of the corresponding tip from the condition (1) allows you to set various shapes and parameters of alternating overload pulses.
Установка на выходе ствола, по крайней мере, одного крешера, предназначенного для упора в него ударника после формирования положительной фазы импульса, позволяет произвести остановку ударника, устраняя тем самым его искажающее силовое влияние на формирование отрицательной фазы импульса.Installing at least one crusher at the barrel exit, designed to support the hammer after the formation of a positive pulse phase, allows the hammer to stop, thereby eliminating its distorting force effect on the formation of the negative pulse phase.
Установка на наружную торцевую поверхность входных отверстий первого и второго резервуаров соосно резервуарам по кольцу с заданными параметрами их поперечного сечения позволяет формировать положительную и отрицательную фазы импульса перегрузки с несколькими локальными экстремумами, что дает возможность использовать стенд для испытаний ОИ, подвергающихся монотонно изменяющемуся знакопеременному импульсу перегрузки с наложенными колебаниями.Installation on the outer end surface of the inlet openings of the first and second reservoirs coaxially to the reservoirs in a ring with predetermined parameters of their cross-section allows the positive and negative phases of the overload pulse to be formed with several local extremes, which makes it possible to use a test bench for OI subjected to a monotonically alternating alternating overload pulse with superimposed oscillations.
Установка обратного клапана в первом резервуаре, срабатывающего при возникновении разрежения в жидкости при выходе первого профилированного наконечника из первого резервуара вследствие остановки ударника крешером, обеспечит разрыв механической связи первого профилированного наконечника с первым резервуаром и беспрепятственное перемещение платформы с ОИ при формировании отрицательной фазы импульса перегрузки.Installing a non-return valve in the first tank, which is triggered when a rarefaction occurs in the liquid when the first profiled tip leaves the first reservoir due to the stop of the hammer by the cracker, will provide a break in the mechanical connection of the first profiled tip with the first reservoir and unimpeded movement of the platform with OI during the formation of the negative phase of the overload pulse.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 изображен в разрезе заявляемый стенд для испытаний объектов на знакопеременные ударные нагрузки.Figure 1 shows a section of the inventive stand for testing objects for alternating shock loads.
На фиг.2 изображено положение элементов стенда в конце формирования положительной фазы знакопеременного импульса перегрузки, в момент касания ударником крешера.Figure 2 shows the position of the elements of the stand at the end of the formation of the positive phase of an alternating impulse overload, at the moment the drummer touches the crash.
На фиг.3 изображена схема работы стенда при формировании положительной фазы импульса n+(t) перед внедрением первого наконечника в первый резервуар (пунктиром) и в процессе внедрения.Figure 3 shows a diagram of the operation of the stand during the formation of the positive phase of the pulse n + (t) before the introduction of the first tip into the first tank (dotted line) and in the process of implementation.
На фиг.4 изображены графики изменения скоростей V*УН(t); и VПЭ(t) соответственно ударника и первого наконечника (суммарной массой (mУН) и платформы с размещенными на ней резервуарами, объектом испытания и контейнером для него (суммарной массой mПЭ) при формировании положительной фазы импульса n+(t), а также их относительная скорость .Figure 4 shows graphs of changes in speeds V * UN (t); and V PE (t), respectively, of the striker and the first tip (with a total mass of ( mU ) and a platform with tanks placed on it, the test object and a container for it (with a total mass of m PE ) during the formation of a positive pulse phase n + (t), and also their relative speed .
На фиг.5 изображена схема установки нормально закрытого обратного клапана в первом резервуаре в исходном положении (пунктиром) и после срабатывания.Figure 5 shows a diagram of the installation of a normally closed check valve in the first tank in the initial position (dotted line) and after operation.
На фиг.6 изображена схема работы стенда при формировании отрицательной фазы импульса n-(t) в процессе внедрения второго профилированного наконечника во второй резервуар.Figure 6 shows a diagram of the operation of the stand during the formation of the negative phase of the pulse n - (t) during the implementation of the second profiled tip in the second tank.
На фиг.7 изображены форма заданного знакопеременного импульса перегрузки, поле допусков для реализации при испытании по ГОСТ 28213-89 и его возможная реализация на предлагаемом стенде.Figure 7 shows the shape of a given alternating impulse overload pulse, the field of tolerances for implementation during testing according to GOST 28213-89 and its possible implementation on the proposed stand.
Стенд для испытаний объектов на знакопеременные нагрузки (см. фиг.1) содержит основание 1 с направляющими 15, на котором соосно между собой на определенном расстоянии друг от друга закреплены второй профилированный наконечник 2 и цилиндрический ствол 3 для разгона ударника 6. В промежутке между стволом 3 и вторым профилированным наконечником 2 свободно, строго вдоль линии, соединяющей их центры, перемещается с использованием скользящей пары 16 или пары качения 22 по направляющим 15 платформа 8, на которой установлен контейнер 9 с ОИ 10 и первым и вторым резервуарами с жидкостью 11 и 12 соответственно. Тормозное устройство выполнено в виде второго профилированного наконечника 2, закрепленного на основании 1 напротив ствола 3 соосно ему.The test bench for objects under alternating loads (see Fig. 1) contains a
Внутри ствола 5 для разгона ударника 6 может находиться камера высокого давления 4 с размещенным в ней зарядом 5 из пороха либо из взрывчатого вещества или камера высокого давления 4 может быть соединена через клапан с воздушным аккумулятором давления (ВАД, на фиг.1 не показаны) и находится свободно перемещаемый вдоль него ударник 6. Ударник 6 может быть отделен от камеры высокого давления 4 демпфером 7 из пористого материала для сглаживания резких пиков давления газа от задействованного заряда 5 или при подаче воздуха из ВАД′а. На переднем торце ударника 6 соосно ему закреплен первый профилированный наконечник 19, мидель которого меньше диаметра ударника 6 настолько, чтобы на образованный таким образом уступ мог опираться закрепленный на выходе ствола, на внутренней стороне открытой части ствола 3, по крайней мере, один крешер 18, обеспечивающий остановку ударника 6 после формирования положительной фазы импульса n+(t). На платформе 8, со стороны, обращенной к стволу 3, и соосно ему установлен первый резервуар 11 с жидкостью и с нормально закрытым обратным клапаном 23, а с другой стороны, обращенной ко второму профилированному наконечнику 2, и соосно ему установлен второй резервуар 12 с жидкостью.Inside the
Чтобы исключить искажающее влияние на формируемую первым профилированным наконечником 19 положительную фазу импульса перегрузки усилия от внедрения второго профилированного наконечника 2 во второй резервуар 12, входное отверстие во втором резервуаре 12 в начальный момент должно располагаться на расстоянии Δ от носка второго профилированного наконечника 2, определяемом из выражения:In order to eliminate the distorting effect on the positive phase of the force overload pulse generated by the first profiled
где g=9,806 м/с2 - гравитационное ускорение. Это расстояние, на которое переместится платформа 8 при воздействии на нее положительной фазы импульса перегрузки n+(t).where g = 9,806 m / s 2 - gravitational acceleration. This is the distance that
Входные отверстия в резервуарах 11 и 12, заполненных жидкостью, закрыты мембранами 14 и 13 соответственно и расположены с возможностью последовательного ввода в них соответственно первого 19 и второго 2 наконечников.The inlets in the
В центральной части корпуса ствола 3 может располагаться ряд отверстий 17 таким образом, чтобы после достижения ударником 6 заданной скорости для реализации положительной фазы импульса перегрузки n+(t) газ из камеры высокого давления 4 стравливался, и дальнейшее движение ударника 6 осуществлялось бы по инерции, что приближает условия нагружения к заданным условиям.In the central part of the
ОИ 10 в контейнере 9 может закрепляться традиционно с помощью различных переходных элементов определенной жесткости или для исключения влияния на нагружение ОИ элементов крепления находиться в контейнере 9 в затопленном состоянии путем погружения в жидкость с обеспечением заданной плавучести q:
, ,
где G - вес ОИ, Рвыт - сила, выталкивающая ОИ из жидкости. Варьируя плавучестью q, можно влиять и на амплитуду воздействующей на ОИ перегрузки n*(t):where G is the weight of the OI, Pout is the force that pushes the OI out of the liquid. By varying the buoyancy q, it is possible to influence the amplitude of the overload n * (t) acting on the OI:
n*(t)=q·n(t),n * (t) = qn (t),
где n(t) - перегрузка, действующая на контейнер с ОИ, заполненный жидкостью.where n (t) is the overload acting on the container with OI filled with liquid.
При размещении ОИ 10 в контейнере 9 в затопленном состоянии в жидкости может создаваться необходимое давление, например, с помощью газового пузыря в контейнере, для имитации воздействия гидростатического давления на ОИ, находящегося на определенной глубине в жидкости.When the
Первый и второй профилированные наконечники 19 и 2 при последовательном внедрении в противоположных направлениях соответственно в первый и второй резервуары 11 и 12 оказывают наперед заданное знакопеременное силовое воздействие на ОИ 10, размещенный в контейнере 9 на платформе 8. Профили первого и второго наконечников 19 и 2 выполняются в соответствии с приведенным выше выражением (1). При этом профиль первого наконечника 19 должен быть выполнен с учетом влияния на формируемый импульс перегрузки перемещения первого резервуара 11, находящегося на незакрепленной платформе 8.The first and second profiled
Установка на наружные торцевые поверхности входных отверстий первого резервуара 11 и второго резервуара 12 (см. фиг.1 и 2) соответственно первого кольца 20 и второго кольца 21, поперечное сечение которых выполнено в виде прямоугольной трапеции и ориентировано так, что большее основание кольца примыкает к наружной торцевой поверхности входного отверстия соответствующего резервуара, площади кольцевых зазоров между острыми кромками этих колец и профилированными наконечниками 19 и 2 будут меньше площадей кольцевых зазоров между соответствующими внутренними боковыми поверхностями резервуаров и наконечниками, обеспечивает формирование положительной и отрицательной фаз импульса перегрузки с несколькими локальными экстремумами, что может быть использовано для автономных испытаний внутреннего элемента ОИ, подвергающегося монотонно изменяющемуся знакопеременному импульсу перегрузки с наложенными колебаниями.Installation on the outer end surfaces of the inlets of the
Нормально закрытый обратный клапан 23 (см. фиг.5) установлен в придонной зоне первого резервуара 11 с тем, чтобы при внедрении первого профилированного наконечника 19 в первый резервуар 11 возможные завихрения жидкости внутри резервуара не могли привести к преждевременному срабатыванию клапана.A normally closed check valve 23 (see FIG. 5) is installed in the bottom zone of the
Работает стенд следующим образом.The stand works as follows.
После открытия клапана ВАД′а или от задействования заряда 5 в камере 4 возникает высокое давление газа, который через демпфер 7 или непосредственно воздействует на ударник 6 и разгоняет его в стволе 3 до заданной скорости. После достижения ударником 6 заданной скорости в стволе 3 за счет освобождения корпусом ударника отверстий 17 в стволе 3 из камеры высокого давления 4 газ стравливается. Ударник 6 по инерции перемещается вдоль ствола 3 и первый профилированный наконечник 19 с заданной скоростью VУН0, разорвав мембрану 14, внедряется в первый резервуар 11, который находился в покое на платформе 8. За счет инерционных сил при прохождении жидкости через кольцевой зазор между первым профилированным наконечником 19 и входным отверстием в первом резервуаре 11 формируется положительная фаза n+(t) знакопеременного импульса перегрузки. Под воздействием этого импульса ударник 6 тормозится, а платформа 8 с размещенным на ней ОИ 10, ускоряется в силу третьего закона Ньютона: (см. фиг.3) и приобретает скорость VПЭ0, равную скорости VУНК ударника 6 в конце формирования положительной фазы импульса перегрузки (VПЭ0=VУНК). Сопротивлением движению платформы 8 по направляющим 15 с использованием скользящей пары 16 или пары качения 22 при этом можно пренебречь.After opening the VAD'a valve or from activating the
Ударник 6 после полного внедрения первого профилированного наконечника 19 в первый резервуар 11 приходит в соприкосновение с крешером 18 и тормозится. При этом выходу первого профилированного наконечника 19, жестко связанного с ударником 6, из первого резервуара 11, продолжающему по инерции движение вместе с платформой 8 со скоростью VПЭ0, препятствует возникающее разрежение в жидкости первого резервуара 11, которое приводит к искажению формируемого импульса. Под воздействием этого разрежения срабатывает обратный клапан 23 (см. фиг.5), через который происходит сообщение полости первого резервуара 11 с жидкостью с атмосферой и механическая связь между первым профилированным наконечником 19 и первым резервуаром 11, установленным на платформе 8, разрывается.
Переместившийся вместе с платформой 8 к этому моменту времени на расстояние Δ второй резервуар 12 с начальной скоростью VПЭ0=VУНК, натыкается на второй профилированный наконечник 2. Второй профилированный наконечник 2 разрывает мембрану 13 на втором резервуаре 12, входит в него и формирует на платформе 8 и нагружаемом ОИ 10 отрицательную фазу n-(t) знакопеременного импульса перегрузки.Moving together with the
Приведем пример выполнения стенда для нагружения сборки в составе ОИ 10 в контейнере 9, двух резервуаров 11 и 12 с жидкостью и платформы 8 суммарной массой mПЭ=20000 кг знакопеременным импульсом перегрузки n(t), представленным выражением (4) и в графическом виде на фиг.7. Это последовательность двух полу синусоидальных импульсов с различными параметрами:Here is an example of a test bench for loading the assembly as part of
где t - текущее время;where t is the current time;
., τ+=5 мс - соответственно максимальная величина перегрузки и длительность положительной фазы импульса; ., τ + = 5 ms - respectively, the maximum value of the overload and the duration of the positive phase of the pulse;
., τ-=5.55…мс - соответственно максимальная величина перегрузки и длительность отрицательной фазы импульса. ., τ - = 5.55 ... ms - respectively, the maximum value of the overload and the duration of the negative phase of the pulse.
Параметры положительной n+(t) и отрицательной фаз n-(t) знакопеременного импульса перегрузки n(t} должны быть согласованы между собой исходя из равенства по модулю величин импульсов фаз. Фазы знакопеременного импульса перегрузки n(t) приняты полусинусоидального вида потому, что они относятся к стандартным формам импульсов, для которых согласно ГОСТ 28213-89 определяются поля допусков при воспроизведении в реальных условиях испытаний. Кроме того, расчеты с ними можно провести в аналитическом виде.The parameters of the positive n + (t) and negative phases n - (t) of the alternating overload pulse n (t} should be consistent with each other on the basis of equal modulus values of the phase pulses.The phases of the alternating overload pulse n (t) are half-sinusoidal because they relate to standard pulse shapes for which tolerance fields are determined according to GOST 28213-89 when reproduced under real test conditions, and they can also be calculated in an analytical form.
Процесс создания положительной n+(t) и отрицательной n-(t) фаз знакопеременного импульса перегрузки, воздействующих на сборку с ОИ 10, рассмотрим независимо друг от друга, поскольку конструктивно обеспечено отсутствие между ними взаимовлияния, и поэтому импульс, формируемый стендом, в максимальной степени будет приближен к предварительно заданному импульсу.The process of creating positive n + (t) and negative n - (t) phases of an alternating overload pulse affecting the assembly with
Положительная фаза n+(t) знакопеременного импульса перегрузки на ОИ 10 создается при взаимодействии двух масс mУН и mПЭ. За одну из них (mУН=1000 кг) принята суммарная масса ударника 6 с первым профилированным наконечником 19, движущаяся с начальной скоростью VУН0, а за другую (mПЭ=20000 кг) - покоящаяся (VПЭ0=0) суммарная масса платформы 8 с размещенными на ней контейнером 9, ОИ 10 и двух резервуаров 11 и 12 с жидкостью. Взаимодействие масс схематически представлено на фиг.3.The positive phase n + (t) of an alternating overload pulse at
Необходимое для исключения взаимовлияния положительной фазы импульса на отрицательную и, наоборот, начальное расстояние Δ между входным отверстием во втором резервуаре 12 и вторым профилированным наконечником 2 определим путем двойного интегрирования положительной фазы импульса перегрузки n+(t) за время его действия τ+=5 мс:The necessary to eliminate the influence of the positive phase of the pulse on the negative and, conversely, the initial distance Δ between the inlet in the
. .
Исходя из принятого соотношения масс и равенства импульсов перегрузки, действующих на эти взаимодействующие массы, получим, что при торможении массы mУН на нее должен действовать импульс перегрузки nУН(t), определяемый из следующего выражения:Based on the accepted mass ratio and the equality of the overload pulses acting on these interacting masses, we get that when braking the mass m UN , the overload impulse n UN (t) should act on it, determined from the following expression:
. .
Чтобы такой импульс перегрузки был реализован при торможении массы mУН, она должна обладать начальной скоростью , которую определим путем интегрирования импульса перегрузки nУН(t):For such an overload pulse to be realized during braking of the mass m UN , it must have an initial velocity , which is determined by integrating the overload pulse n UN (t):
. .
Под воздействием импульса nУН(t) масса mУН тормозится, ее скорость при этом будет изменяться по законуUnder the influence of the momentum n VN (t), the mass m VN is inhibited, and its speed will change according to the law
, ,
а масса mПЭ под воздействием того же импульса будет разгоняться и приобретать скоростьand the mass m PE under the influence of the same pulse will accelerate and gain speed
. .
Относительная скорость взаимного смещения масс mУН и mПЭ при этом будет происходить по закону:The relative velocity of the mutual displacement of the masses m UN and m PE in this case will occur according to the law:
и она обращается в нуль в момент времени, равныйand it vanishes at time equal to
. .
По величине это меньше заданной длительности τ+=5 мс положительной фазы импульса n+(t) (см. фиг.4), и к моменту времени масса mПЭ (сборка с ОИ) не приобретет требуемую для реализации отрицательной фазы импульса n-(t) скорость VПЭ0. Поэтому определенная выше начальная скорость должна быть увеличена на величину VПЭ0=VПЭ(τ+), т.е. начальная скорость VУН0 ударника 6 с первым профилированным наконечником 19 должна быть равна .In magnitude, it is less than the specified duration τ + = 5 ms of the positive phase of the pulse n + (t) (see Fig. 4), and by the time mass m PE (assembly with OI) does not acquire the velocity V PE0 required for the implementation of the negative phase of the pulse n - (t). Therefore, the initial velocity determined above should be increased by the value of V PE0 = V PE (τ + ), i.e. the initial speed V UN0 of the hammer 6 with the first profiled
Тогда для полученной таким образом начальной скорости VУН0 ударника 6 и для заданного импульса перегрузки n+(t) профиль первого наконечника 19, который обеспечит и получение заданного импульса, и остаточную скорость его, равную скорости платформы 8, необходимую для реализации отрицательной фазы импульса, должен быть рассчитан согласно приведенному выше выражению (1) в следующем виде:Then, for the initial speed V VN0 of the hammer 6 obtained in this way and for a given overload pulse n + (t), the profile of the
где r1(z1) - радиус первого профилированного наконечника 19 в сечении на расстоянии z1 от его носка;where r 1 (z 1 ) is the radius of the first profiled
r1 - радиус входного отверстия первого резервуара 11;r 1 is the radius of the inlet of the
ψ1(z1) - безразмерная функция профиля первого наконечника, определяемая из выраженияψ 1 (z 1 ) is the dimensionless function of the profile of the first tip, determined from the expression
в которомwherein
- площадь входного отверстия первого резервуара 11; - the area of the inlet of the
aУН(z1) - ускорение центра масс ударника 6 и первого профилированного наконечника 19 в зависимости от проникания носка первого профилированного наконечника 19 в первый резервуар 11 на величину z1;a CN (z 1 ) is the acceleration of the center of mass of the
VУН(z1) - скорость центра масс ударника 6 и первого профилированного наконечника 19 в зависимости от проникания носка первого профилированного наконечника 19 в первый резервуар 11 на величину z1.V UN (z 1 ) is the velocity of the center of mass of the
Необходимые для расчета зависимости aУН(z1) и VУН{z1) легко определяются, поскольку известны импульсы перегрузки nУН(t) и nПЭ(t) соответственно на массах mУН и mПЭ.The dependences a VN (z 1 ) and V VN (z 1 ) required for the calculation are easily determined, since overload pulses n VN (t) and n PE (t) are known for masses m VN and m PE .
Непосредственно после формирования положительной фазы импульса n+(t) происходит выборка зазора Δ и разогнанный до скорости VПЭ0 второй резервуар 12 натыкается на второй профилированный наконечник 2 и начинается формирование второй отрицательной фазы n-(t) знакопеременного импульса перегрузки. Схема взаимодействия инерционного элемента mПЭ с жестко закрепленным на основании 1 вторым профилированным наконечником 2 при этом представлена на фиг.6.Immediately after the formation of the positive phase of the pulse n + (t), the gap Δ is sampled and the
На фиг.6 (помимо обозначений элементов конструкции, которые соответствуют обозначениям элементов на фиг.1) обозначено:In Fig.6 (in addition to the designation of structural elements that correspond to the designation of the elements in figure 1) is indicated:
r2 - внутренний радиус входного отверстия второго резервуара 12;r 2 is the inner radius of the inlet of the
r2(z2) - радиус поперечного сечения второго профилированного наконечника 2 на расстоянии z2 от его носка;r 2 (z 2 ) is the radius of the cross section of the second profiled
VПЭ - скорость нагружаемой сборки при воздействии отрицательной фазы импульса n-(t).V PE is the speed of the loaded assembly under the influence of the negative phase of the pulse n - (t).
Профиль второго профилированного наконечника 2 для создания на массе mПЭ отрицательной фазы n-{t) знакопеременного импульса перегрузки определяется по приведенным выше зависимостям (5) и (6) с заменой подстрочных индексов соответственно УН на ПЭ и 1 на 2. Кроме того, при необходимости, можно учесть уменьшение массы mПЭ на величину массы вытесненной жидкости из первого резервуара 11 при формировании положительной фазы импульса перегрузки n+{t).The profile of the second profiled
Полученный знакопеременный импульс перегрузки n(t) на предлагаемом стенде с указанием поля допусков для его реализации согласно ГОСТ 28213-89 приведен на фиг.7.The obtained alternating impulse momentum n (t) at the proposed stand with an indication of the tolerance field for its implementation according to GOST 28213-89 is shown in Fig.7.
Незначительные отклонения от требуемой формы концов положительной и отрицательной фаз импульса, не выходящие за поле допусков по ГОСТ 28213-89, связаны с реализацией конструктивных особенностей профилированных наконечников (уменьшение их миделя в хвостовых частях с целью устранения технологических сложностей по обеспечению требуемой профилировки при изготовлении, а также установки конуса в их носовых частях для исключения плоского удара о поверхность жидкости в резервуарах).Slight deviations from the desired shape of the ends of the positive and negative phases of the pulse, not exceeding the tolerance range according to GOST 28213-89, are associated with the implementation of the design features of profiled tips (reducing their midsection in the tail parts in order to eliminate technological difficulties in ensuring the required profiling during manufacture, and also installation of the cone in their bow parts to exclude a flat impact on the surface of the liquid in the tanks).
Для принятых параметров знакопеременного импульса с максимальной величиной перегрузки в 100 ед., действующего на объект испытания 10 (см. фиг.1) в составе сборки общей массой 20000 кг и внутренних радиусов резервуаров 11 и 12 r1=r2=300 мм ствол 3 может иметь длину 2…3 м при диаметре ≈1 м, а элементы (ОИ 10, резервуары 11 и 12 и контейнер 9), установленные на подвижной платформе 8, в зависимости от габаритов ОИ 10 могут иметь длину 1,5…8 м и общая длина стенда может составить величину примерно 10 м. В камере высокого давления 4 и в резервуарах с жидкостью 11 и 12 могут создаваться давления примерно 4МПа. Такое давление при толщине стенки примерно 50 мм сможет выдержать с двойным запасом такой материал, как 30ХГСА.For the adopted parameters of an alternating impulse with a maximum overload of 100 units, acting on test object 10 (see Fig. 1) as part of an assembly with a total mass of 20,000 kg and internal radii of the
Таким образом, предлагаемый стенд реализуем на практике, тем более при меньших габаритах и массе объекта испытаний. На нем могут быть реализованы знакопеременные импульсы перегрузки произвольной формы общей длительностью до нескольких десятков миллисекунд и с максимальным уровнем перегрузки до нескольких сотен единиц.Thus, the proposed stand is put into practice, especially with the smaller dimensions and mass of the test object. On it alternating overload pulses of arbitrary shape with a total duration of up to several tens of milliseconds and with a maximum level of overload of up to several hundred units can be realized.
Claims (9)
где ri - радиус входного отверстия первого (i=1) или второго (i=2) резервуара;
ψi(zi) - безразмерная функция профиля соответствующего наконечника, определяется из соответствующего выражения:
или
в которых
myн; mпэ - соответственно суммарные массы ударника и наконечника или платформы с размещенными на ней элементами (резервуарами, объектом испытаний и контейнером для него);
ρ1, ρ2 - плотность жидкости соответственно в первом и втором резервуаре;
, - площадь входного отверстия соответственно в первом и втором резервуаре;
аун(z1), апэ(z2) - соответственно ускорения центров масс ударника с первым наконечником и платформы с размещенными на ней элементами в зависимости от проникания носка наконечников в первый или второй резервуар соответственно на величину z1 и z2;
Vyн(z1); Vпэ(z2) - соответственно скорость центров масс ударника с первым наконечником и платформы с размещенными на ней элементами в зависимости от проникания носка наконечников в первый или второй резервуар соответственно на величину z1 и z2.7. The stand according to claim 1, characterized in that the radii of the cross section of the first r 1 (z 1 ) and second r 2 (z 2 ) shaped tips at a distance of z 1 and z 2 from the tip of the corresponding tip are selected from the condition:
where r i is the radius of the inlet of the first (i = 1) or second (i = 2) tank;
ψ i (z i ) is the dimensionless profile function of the corresponding tip, is determined from the corresponding expression:
or
in which
m yn ; m pe - respectively, the total mass of the drummer and the tip or platform with the elements placed on it (tanks, test object and container for it);
ρ 1 , ρ 2 - the density of the liquid, respectively, in the first and second reservoir;
, - the area of the inlet in the first and second reservoir, respectively;
and un (z 1 ) and pe (z 2 ) are, respectively, the acceleration of the centers of mass of the striker with the first tip and the platform with elements placed on it, depending on the penetration of the tip of the tips into the first or second reservoir, respectively, by the values of z 1 and z 2 ;
V yn (z 1 ); V pe (z 2 ) - respectively, the speed of the centers of mass of the striker with the first tip and the platform with the elements placed on it, depending on the penetration of the tip of the tips into the first or second reservoir, respectively, by the value of z 1 and z 2 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009138696/28A RU2414690C1 (en) | 2009-10-19 | 2009-10-19 | Stand for testing objects on alternating-sign impact loads |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009138696/28A RU2414690C1 (en) | 2009-10-19 | 2009-10-19 | Stand for testing objects on alternating-sign impact loads |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2414690C1 true RU2414690C1 (en) | 2011-03-20 |
Family
ID=44053779
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009138696/28A RU2414690C1 (en) | 2009-10-19 | 2009-10-19 | Stand for testing objects on alternating-sign impact loads |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2414690C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2579811C1 (en) * | 2014-12-26 | 2016-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for dynamic testing (versions) |
RU2582206C1 (en) * | 2014-11-05 | 2016-04-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of forming hydraulic impact loads |
RU168467U1 (en) * | 2016-10-17 | 2017-02-06 | Аркадий Николаевич Попов | SHOCK TEST STAND |
-
2009
- 2009-10-19 RU RU2009138696/28A patent/RU2414690C1/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2582206C1 (en) * | 2014-11-05 | 2016-04-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of forming hydraulic impact loads |
RU2579811C1 (en) * | 2014-12-26 | 2016-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for dynamic testing (versions) |
RU168467U1 (en) * | 2016-10-17 | 2017-02-06 | Аркадий Николаевич Попов | SHOCK TEST STAND |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2029995B1 (en) | Shock and launch apparatus | |
RU2414690C1 (en) | Stand for testing objects on alternating-sign impact loads | |
US3226974A (en) | Shock testing apparatus | |
RU2467300C1 (en) | Dynamic test bench | |
RU2280849C1 (en) | Bed for dynamic testing | |
US3209580A (en) | Device for preventing multiple rebounds of an impacting mass | |
CN109142100A (en) | The appraisal procedure and shock machine of impact test | |
CN105953997B (en) | A kind of high acceleration shock testing machine | |
US6161425A (en) | Process and device for checking a hollow body section | |
RU2008133110A (en) | TEST METHOD FOR SHOCK IMPACTS | |
RU2406074C2 (en) | Impact test stand | |
US3750457A (en) | Pneumatic machine for the creation of mechanical shocks of variable amplitude and intensity | |
SU1322105A1 (en) | Bench for performing impact testing | |
RU2682979C1 (en) | Method and stand for modeling biaxial shock load to test object | |
RU2694127C1 (en) | Dynamic load reproducing bench | |
RU2442122C1 (en) | Method and device for component mechanical tests | |
RU2481563C1 (en) | Object impact test bench | |
SU855418A1 (en) | Plant for impact testing of articles | |
RU126133U1 (en) | IMPACT STAND | |
RU2815360C2 (en) | Method of combined braking of test object | |
SU1481630A1 (en) | Stand for material impact testing | |
SU567109A1 (en) | Arresting device for a shock testing stand | |
SU1037103A2 (en) | Impact test bed | |
RU2346254C1 (en) | Hydrodynamic brake | |
RU2173449C1 (en) | Technique forming overload pulse during impact tests |