SU1755083A1 - Способ исследовани прочности конструкции при ударе о преграду и стенд дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Использование1 при испытани х на прочность конструкций при ударе о преграду . Сущность изобретени  способ заключаетс  в том, что конструкцию разгон ют до расчетной скорости и деформируют ее на расчетную величину, соудар   с преградой, при этом в интервале времени 0 Дг п к конструкции прикладывают дополнительное усилие, направленное к преграде, а затем уменьшают дополнительное усилие до величины, обеспечивающей неизменность расчетной величины деформации конструкции , при этом скорость разгона конструкции равна скорости во врем  ее штатной эксплуатации , А7 определ етс  как разница между моментом времени приложени  дополнительного усили  и моментом времени начала соударени  конструкции с преградой , п - врем , за которое деформаци  конструкции достигает расчетной величины. 2 с.п ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к области испытаний и может быть использовано при испытани х на прочность конструкций при ударе их о преграду.

На практике актуальной  вл етс  проблема исследований прочности конструкций при ударе их о преграду с последующим силовым воздействием на конструкцию, например осевым сжатием. Такие случаи на- гружени  могут возникать при эксплуатации реальных конструкций в различных отрасл х техники, например в транспортном машиностроении , строительстве и других отрасл х.

Приведем несколько конкретных примеров . Рассмотрим движение нескольких расположенных друг за другом транспортных средств (автомобили, железнодорожные вагоны, автомобили с прицепами). В аварийных ситуаци х, например при столкновении одного транспортного средства с преградой, это транспортное средство испытывает комбинированное нагружение: сначала ударное нагружение от столкновени  с преградой, характеризующеес  контактным усилием и перегрузками, а затем или одновременно с этим нагружение со стороны движущихс  за ним транспортных средств.

Отдельные узлы транспортных средств, например бампер, кабина, капот, при соударении транспортного средства с преградой также испытывают комбинированное нагружение: с одной стороны они нагружены ударным воздействием, которое от встречи с преградой характеризуетс  контактным

44 СЛ СЯ О 00 СО,

усилием и перегрузками, а с другой стороны - одновременно нагружение от наседающей массы транспортного средства, при отом величина деформировани  нагружаемой конструкции может быть ограничена, например величина деформации капота ограничена расположенным в нем двигателем ,

Также на практике возможен случай транспортировани  негабаритного груза в транспортном контейнере, который может выступать за габариты транспортного средства . При наезде транспортного средства на преграду транспортируемый груз испытывает нагружение как от взаимодействи  с преградой, так и от усилий, возникающих при перемещении в процессе деформации груза транспортного средства, при этом величина деформировани  груза может быть ограничена деформационной способностью контейнера.

Таким образом, приведенные из практики примеры нагружени  конструкций, позвол ют установить следующее.

Существует проблема экспериментального исследовани  прочности конструкций на совместное действие ударной нагрузки от встречи с преградой, котора  характеризуетс  контактным усилием и перегрузкой, и нагрузки, приложенной от надвигающейс  при деформировании конструкции взаимодействующей с ней массы. При этом нагрузки могут быть приложены как одно- временно, так и со сдвигом по времени, а величина деформации может быть ограниченной

Натурные испытани  не всегда могут быть приемлемы из-за ограниченного количества натурных образцов, выделенных дл  проведени  испытани , или их высокой стоимости , больших габаритов и массы.

Известен способ исследовани  прочности конструкции при ударном воздействии, основанный на том, что испытуемый обьект устанавливают на наковальне и до удара он остаетс  неподвижным: в процессе удара наковальн  перемещаетс  незначительно; в зоне контакта молота и наковальни помещаетс  деформируемый элемент в виде прокладки или крешера

Недостатком известного способа испытаний  вл етс  то, что услови  испытаний отличаютс  от натурных условий нагружени , так как в процессе испытаний создаетс  только часть нагрузки котора  возникает от встречи с преградой, а друга  часть нагрузки , возникающа  от перемещени  взаимодействующей с конструкцией массы, не создаетс .

Известный стенд содержит молот, станину , подвеску молота, фиксирующее устройство , поворотную траверсу, противовес, подвеску наковальни и наковальню.

Стенд обладает теми же недостатками, что и известный способ.

Известен способ исследовани  прочности конструкций при ударе о воду (преграду ), реализованный в стенде дл 

исследовани  прочности конструкций при ударе о воду, основанный на том, что испытуемую конструкцию креп т к раме и далее к стреле с установкой заданного угла входа испытуемой модели (конструкции) в воду.

Стрела выводитс  в рабочее положение. При помощи механизма подъема стрела устанавливаетс  на заданный угол, определ ющий рассто ние от модели до поверхности воды (преграды). В таком положении удар

модели о воду может быть осуществлен как при свободном падении со стрелой, так и под действием дополнительной внешней силы, величина которой регулируетс  набором грузов. Удар модели о воду заканчиваетс  ее торможением и остановкой

Недостатки этого способа те же, что и описанного выше

Известен стенд, содержащий водоем (преграду) и устройство дл  подъема (разгона ) модели (испытуемой конструкции), при этом устройство дл  разгона выполнено в виде стрепы регулируемой жесткости, укрепленной но барабане, поворотно смонтированном на неподвижной оси и св занным

через тормозное устройство с приводом и через муфту сцеплени  с механизмом принудительного опускани  стрелы, на свободном конце которой при помощи универсального шарнира укреплена модель , а механизм принудительного опускани  стрелы выполнен в виде трособлочной системы, кинематически св занной с барабаном и несущей груз.

Недостатки такого стенда те же, что и

описанного выше.

Цель изобретени  - приближение условий испытаний к натурным при одновременном упрощении испытаний.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в

известном способе исследовани  прочности конструкций при ударе о преграду, основанном на том, что конструкцию разгон ют до расчетной скорости и деформируют ее на расчетную величину,соудар   с преградои , согласно изобретению в интервале времени 0 Ј Дг п к конструкции прикладывают дополнительное усилие, направленное к преграде и обеспечивающее неизменность расчетной величины деформации конструкции, причем Лг определ етс  как разница между моментом времени приложени  дополнительного усили  и моментом времени начала соударени  конструкции с преградой, а т - врем , за которое деформаци  конструкции достигает расчетной величины.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном стенде дл  исследова- ни  прочности конструкций при ударе о преграду , содержащем основание, разгонное устройство, подвижно установленное относительно основани , крепежную плату, установленную на разгонном устройстве и снабженную узлами креплени  к ней испытываемой конструкции, преграду, установленную на основании, согласно изобретению стенд снабжен, упорной плитой , жестко закрепленной на разгонном устройстве со стороны, противоположной узлам креплени  конструкции, выполненным деформируемыми и обращенным к преграде , толкателем, установленным между крепежной платой и упорной плитой, св занными между собой разрушаемым жестким элементом, подключенным к датчику деформации конструкции, установленному на переднем торце ограничител  деформаций конструкции, выполненного в виде упора , жестко закрепленного на крепежной плате со стороны установки на нее узлов креплени  конструкции, и механизмом ограничени  обратного хода разгонного устройства , выполненным с возможностью срабатывани  при соприкосновении конструкции с преградой, а крепежна  плата установлена относительно разгонного устройства с возможностью перемещени  в сторону преграды.

На фиг.1 изображен общий вид стенда до встречи испытуемой конструкции с преградой; на фиг.2 - общий вид стенда в момент встречи испытуемой конструкции с преградой; на фиг.З - общий вид стенда в процессе деформировани  конструкции; на фиг,4 - общий вид стенда в момент взаимодействи  упоров с преградой.

Пример. Стенд дл  исследовани  прочности конструкций при ударе о преграду содержит разгонное устройство, выполненное в виде тележки 1 с колесными парами 2, которые обеспечивают перемещение тележки относительно основани  3 стенда, В тележке 1 в продольном ее направлении выполнен паз 4, в котором установлена траверса 5, снабженна  подшипниками качени  6. Размер траверсы 5 в продольном направлении меньше, чем соответствующий размер паза 4 на величину hi, и в силу этого траверса 5 имеет возможность перемещени  в пазу 4 в продольном направлении на величину И1. На траверсе 5 перпендикул рно ей жестко за- креплена крепежна  плата 9. В верхней стенке 7 паза выполнен вырез 10, позвол ющий перемещатьс  в пазу траверсе 5 совместно с крепежной платой 9 на рассто ние не менее, чем hi. На крепежной

0 плате 9 размещены узлы 11 дл  креплени  испытуемой конструкции 12. Узлы 11 креплени  конструкции 12 выполнены деформируемыми и обращены к преграде 13. жестко закрепленной на основании 3 стенда. На

5 тележке 1 разгонного устройства жестко закреплена упорна  плита 14. причем закреплена она с противоположной узлам 11 стороны крепежной платы 9. Между крепежной платой 9 и упорной плитой 14 размеще0 ны скрепленные с ними толкатель 15 (силовозбудитель) и разрушаемый жесткий элемент 16. Источник давлени , подающий рабочее тело в полость силовозбудител  15, не показан. Ограничитель деформации вы5 полней в виде упора 17, жестко закрепленного на крепежной плате 9 со стороны установки на ней узлов 11 креплени  испытуемой конструкции. Дл  определенности примем, что с качестве испытуемой конст0 рукции 12 вз та цилиндрическа  оболочка, а в качестве ограничител  деформации - цилиндрическа  оболочка 17. установленна  соосно с испытуемой оболочкой 12 и охватывающа  . На преграде 13 закрепле5 на сменна  прокладка 18, предназначенна  дл  непосредственного взаимодействи  с испытуемой конструкцией.

Механизм ограничени  обратного хода разгонного устройства выполнен следую0 щим образом.

На оси 19, жестко закрепленной на основании 3 стенда, с возможностью поворота установлен кронштейн 20. Левое плечо кронштейна упираетс  в основание 3 стен5 да, на правом плече кронштейна выполнен крючок 21. Кронштейн 20 справа от оси 19 вращени  скреплен с пружиной 22, котора  другим концом скреплена с основанием 3 стенда. Пружина 22 обеспечивает поджатие

0 левого плеча кронштейна к основанию 3 стенда. На ограничителе деформации жестко закреплен датчик деформации 23, обращенный своим штырьком к преграде 13. Стенд готов т к испытани м следую5 щим образом.

На преграде 13 закрепл ют сменную прокладку 18, выполненную из материала реальной преграды, с-которой при эксплуатации конструкции может произойти соударение, т.е. использование сменной

прокладки позвол ет производить испытани  с любыми преградами.

Далее закрепл ют испытываемую конструкцию 12 (цилиндрическую оболочку) с помощью узлов креплени  11 на крепежной плате 9, затем закрепл ют упоры 17 (цилиндрическую оболочку), а на ней закрепл ют датчик деформации 23. Крепежную плату 9 отвод т в крайнее правое положение, обеспечива  между левым торцом траверсы 5 и левой боковой стенкой 8 паза требуемый зазор, в нашем случае зазор равен или больше hi, при этом траверса 5 своим другим (правым) торцом поджата к правой боковой стенке 8 паза (фиг.1). Датчик деформаций электрически через систему управлени  (не показана) св зан с разрушаемым жестким элементом 16. Торец испытуемой оболочки 12 выступает за торец ограничител  деформации (оболочки 17) на величину Ндвф., т.е. на величину расчетной деформации испытываемой оболочки 12.

Работает стенд следующим образом.

Тележку 1 с установленной на ней с испытуемой оболочкой 12 помещают на заранее рассчитанном рассто нии Н от преграды 13 (фиг.1). Величина Н выбираетс  из услови , чтобы используемые дл  разгона тележки 1 устройства обеспечили тележке требуемую скорость V в момент соприкосновени  торца оболочки 12 с преградой 13. Дл  разгона тележки 1 могут быть исполь- .зованы устройства такие, как, например, электромотор, привод щий в движение колесные пары 2; толкатели; наклонна  плоскость , по которой скатываетс  тележка 1 и т.д. Приводитс  в действие разгонное устройство , тележка 1 совместное испытуемой оболочкой разгон етс  до требуемой скорости V и с этой скоростью оболочка 12 ударно взаимодействует с преградой 13 (или при наличии со сменной прокладкой 18, закрепленной на преграде 13).

В момент соприкосновени  оболочки 12 с преградой 13 с ней же взаимодействует и шток датчика деформации 23, замер ющий величину деформации испытываемой оболочки 12. При движении тележки 1 по основанию 3 стенда упорна  плита 14 взаимодействует с крючком 21 кронштейна 20, при этом происходит вращение кронштейна 20 на оси 19, крючок 21 поднимаетс , а левое его плечо опускаетс , при дальнейшем движении тележки 1 кронштейн 20 под действием пружины 22 совершает-обратное вращение до упора его левого коромысла в основание 3 стенда, при этом задн   стенка упорной плиты 14 взаимодействует с внутренней поверхностью крючка 21 кронштейна 20 (фиг.2). В этом положении тележка

зафиксирована от смещени  в направлении , противоположном первоначальному ее движению. Фиксаци  тележки 1 осуществ-- л етс  в момент касани  торца оболочки 12

преграды 13, что достигаетс  тем, что заранее выбираютс  равные размеры Н: размер между преградой 13 и торцом испытываемой оболочки 12 устанавливаетс  равным размеру между наружной поверхностью

упорной плиты 14 и внутренней поверхностью крючка 21 кронштейна 20 (фиг.1).

Примем, что врем  деформировани  конструкции на величину расчетной деформации Ндеф. равно ri, а начало деформировани  оболочки 12, т.е. момент касани  штока датчика деформации 23, соответствует моменту времени г 0. Тогда в интервале времени Дт, определ емом соотношением 0 Дт г, разрушаетс  жесткий элемент 16, и дополнительное усилие, создаваемого силовозбудителем 15, воздействует на крепежную плату 9, а через нее на испытуемую оболочку 12. Воздействие на оболочку 12 дополнительного усили 

Р возможно по той причине, что тележка 1 зафиксирована от смещени  от преграды 13 тем, что упорна  плита 14 взаимодействует с крючком 21 кронштейна 20, а крепежна  плата 9 имеет возможность смещатьс  к

преграде 13, так как между траверсой 5 и боковой стенкой 8 имеетс  зазор не менее hi S Ндеф. (т.е. не менее величины расчет- ной деформации оболочки 12). Такой же зазор имеетс  и между крепежной панелью 9

и левой частью верхней стенки 8. Жесткий элемент 16 может разрушатьс , например, по команде, котора  выдаетс  от системы управлени , св занной с датчиком деформации 23. От соударени  оболочки 12 с

преградой 13 оболочка 12 нагружаетс  контактным усилием, и в тот же момент на ее элементы 24, закрепленные в ней, воздействует перегрузка, возникающа  из-за торможени  тележки 1.

При действии этих силовых факторов испытуема  оболочка Т2 деформируетс  (фиг.З). Величина деформации оболочки устанавливаетс  заранее путем соответствующей установки ограничител  деформации. Деформирование оболочки прекращаетс  в тот момент, когда торец ограничител  деформации соприкасаетс  с преградой 13 (фиг,4).

Жесткость узлов креплени  11 испытуемой оболочки может измен тьс  и выбираетс  из услови , чтобы обеспечить эквивалентность по жесткости наседающей части конструкции.

Claims (2)

1.Способ исследовани  прочности конструкции при ударе о преграду, заключающийс  в том, что конструкцию разгон ют до расчетной скорости и деформируют ее на расчетную величину, соудар   с преградой, отличающийс  тем, что, с целью приближени  условий испытани  к натурным при одновременном упрощении испы- таний, в интервале времени 0 Дт;ЈГ1К конструкции прикладывают дополнительное усилие, направленное к преграде и обеспечивающее неизменность расчетной величины деформации конструкции, причем Д т определ етс  как разница между моментом времени приложени  дополнительного усили  и моментом времени начала соударени  конструкции с преградой, a fi - врем , за которое деформаци  конструкции достигает расчетной величины.

2.Стенд дл  исследовани  прочности конструкции при ударе о преграду, содержащий основание, разгонное устройство, подвижно установленное относительно ос- новани , крепежную плиту, установленную

на разгонном устройстве и снабженную узлами креплени  к ней испытываемой конструкции , преграду, установленную на основании стенда, и ограничитель деформации конструкции, установленный на разгонном устройстве, отличающийс  тем, что, с целью приближени  условий испытани  к натурным при одновременном упрощении испытаний, он снабжен упорной плитой, жестко закрепленной на разгонном устройстве со стороны, противоположной узлам креплени  конструкции, выполненным деформируемыми и обращенным к преграде, толкателем, установленным между крепежной платой и упорной плитой, св занными между собой разрушаемым жестким элементом , подключенным к датчику деформации конструкции, установленному на переднем торце ограничител  деформации конструкции, выполненного в виде упора, жестко закрепленного на крепежной плате со стороны установки на нее узлов креплени  конструкции, и механизмом ограничени  обратного хода разгонного устройства, выполненным с возможностью срабатывани  при соприкосновении конструкции с преградой, а крепежна  плата установлена относительно разгонного устройства с возможностью пеоемещени  в сторону преграды .

J19 22 20

Г7//

-W // ,21

Qi- / /

17 ъ%-Ј L 16

///J/////S fl rfr /SS

ss

Ю 1

5 2

Фиг. i

13 /0

12 1

/J

Фиг. 4