Стенд для испытаний панелей

Полезная модель относится к области испытаний летательных аппаратов на прочность, в частности, к средствам испытаний на сжатие металлокомпозиционных соединений подкрепленных панелей из ПКМ с металлическими поясами.

В полезной модели пояс рассматривается как охватывающий панель из ПКМ металлический разрезной контур, образующий совместно с панелью составной образец.

Составной образец размещен в, исключающих возможность изгиба, вертикальных шарнирных опорах, расстояние между которыми регулируется в зависимости от ширины составного образца, и деформируется под давлением скользящего в опорах пуансона, опертого на верхнюю нажимную плиту испытательной машины, создавая на границе металлокомпозиционного соединения равномерное нагружение.

Предложенный стенд позволяет расширить технические возможности при определении прочностных параметров металлокомпозиционного соединения как разъемного, так и не разъемного и повысить точность воспроизведения граничных условий в соединениях, работающих на сжатие на 10-15%. Результаты параметрических экспериментальных работ позволят создавать рациональные металлокомпозиционные соединения, учитывающие реальную ориентацию слоев композиционного материала, технологию его формообразования и деградацию свойств материала при эксплуатации ЛА, крайне актуальные в настоящее время.

Полезная модель относится к области испытаний летательных аппаратов на прочность, в частности, к средствам испытаний на сжатие подкрепленных панелей из полимерных композиционных материалов (ПКМ) с металлокомпозиционными соединениями.

Из существующего уровня техники известен стенд для испытания образцов материалов и элементов конструкций, состоящий из n испытательных машин, в которых закреплены испытываемые образцы с установленными тензорезисторными датчиками, и многоточечной измерительной системы, которая содержит n+1 выносных коммутаторов датчиков, при этом соответствующие измерительные входы каждого из n выносных коммутаторов системы соединены с выходами тензорезисторов и датчиков подготовленного к испытаниям образца и постоянно соединены с выходами динамометров испытательных машин, а измерительные входы n+1-го коммутатора системы соединены с выходами имитаторов сигналов типов датчиков, подсоединенных к n коммутаторам, измерительные выходы коммутаторов системы через измерительную магистраль соединены с измерительным входом измерительно-управляющего блока системы, управляющие входы коммутаторов системы через магистраль управления соединены с управляющим выходом измерительно-управляющего блока системы, а информационный вход и выход измерительно-управляющего блока системы через интерфейсный блок соединен с соответствующим портом компьютера (патент на полезную модель RU 96651, МПК G01D 9/00, опубл. 10.08.2010). Стенд не обеспечивает испытание опертых по контуру панелей из слоистых композиционных материалов с металлокомпозиционными соединениями при действии сжимающего усилия.

Известен стенд испытательный для панелей из полистирола, армированных профилированным металлом, содержащий нагружающее устройство, включающее электродвигатель, подвижную и неподвижную опоры, систему управления и измерения, горизонтально расположенную силовую раму, закрепленную на двух подставках и состоящую из левой, правой, верхней и нижней балок, соединенных болтами, при этом к левой балке закреплен электромеханический привод, движущий подвижную опору, а на подвижной и неподвижной опорах смонтированы зажимные устройства (патент на полезную модель RU 82038, МПК G01N 3/08, опубл. 10.04.2009). Данное техническое решение не обеспечивает определение прочности составных образцов с металлокомпозиционными соединениями.

Известен стенд для испытания многослойных панелей, состоящий из основания, в котором размещен привод с электродвигателем, двух колонн, жестко закрепленных на основании, двух червячно-винтовых домкратов, подвижной траверсы с закрепленными на ней винтами, верхней неподвижной траверсы (нажимной плиты), жестко закрепленной к колоннам, датчиков силы, один из которых установлен на верхней неподвижной траверсе, а другой - на подвижной траверсе (нажимной плите) снизу по центру машины, размещенный на правом домкрате датчик угловых перемещений, кронштейны с конечными выключателями и блок управления (патент на полезную модель RU 77436, МПК G01N 3/08, опубл. 20.10.2008). Недостатком данного технического решения является то, что оно не обеспечивает возможности определения прочности металлокомпозиционных соединений при нагружении сжимающей нагрузкой.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является стенд для испытаний панелей, состоящий из испытательной машины, в которой между нажимными плитами, одна из которых опирается на регулируемый сферический шарнир, установлена панель, изготовленная из слоистого полимерного композиционного материала, опорные торцы которой помещены в распорные обоймы с призматическими скользящими вкладышами, подкрепляющими торцы панели по всему внутреннему контуру. Внешний контур панели стесняет пластина, соединенная с распорной обоймой (патент на полезную модель RU 128930, МПК G01N 3/08, опубл. 10.06.2013).

Недостатком данного технического решения является то, что оно не позволяет нагружать сжимающим усилием металлокомпозиционное соединение и определять распределение и перераспределение нагрузки между крепежными элементами в исходном состоянии композиционного материала и после деградации его свойств в процессе, имитирующим эксплуатацию ЛА.

Недостатком всех вышеуказанных технических решений является отсутствие возможности испытаний на сжатие панелей из ПКМ с металлокомпозиционными соединениями с обеспечением равномерного распределения нагрузки по торцам составного образца и определением нагрузки между крепежными элементами соединения.

Задачей и техническим результатом полезной модели является разработка стенда, повышающего точность воспроизведения граничных условий за счет равномерного приложения усилий на контуре металлокомпозиционного соединения, обеспечивать учет характера распределения, перераспределения усилий между элементами крепежа и анизотропии композиционного материала, при испытаниях гладких или подкрепленных панелей из ПКМ, соединенных с металлическим контуром, после воздействия различных факторов внешней среды (теплосмен, влагонасыщения, авиационного топлива, ультрафиолетового облучения на крейсерском режиме полета, разряда молнии).

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в стенд для испытаний панелей, состоящий из испытательной машины, в которой между нажимными плитами, одна из которых опирается на регулируемый сферический шарнир, установлена панель, выполненная из слоистого полимерного композиционного материала, введены вертикальные шарнирные стойки, жесткий пуансон и прямоугольный металлический контур, панель из полимерного композиционного материала размещена внутри прямоугольного разрезного металлического контура и соединена с ним стандартным крепежом, образующим металлокомпозиционное соединение, также металлический разрезной контур образует совместно с панелью составной образец, панель из полимерного композиционного материала с присоединенным металлическим контуром опирается ненагруженными кромками на вертикальные шарнирные стойки, а жесткий пуансон установлен в вертикальных шарнирных стойках с возможностью скольжения в них при нагружении горизонтальных кромок металлического контура составного образца и оперт на нажимную плиту испытательной машины, вертикальные шарнирные стойки выполнены с возможностью регулирования расстояния между ними в зависимости от ширины составного образца.

На металлокомпозиционном соединении и на подкрепленной панели в стенде установлены тензорезисторы.

Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1, на которой приведен стенд для испытаний на сжатие панелей из ПКМ, соединенных с разрезным металлическим контуром типовым крепежом, образующим металлокомпозиционное соединение.

На фиг. 2 приведено положение составного образца в вертикальных шарнирных стойках, подкрепленная панель из ПКМ и ее соединение с металлическим контуром.

На фиг. 1 и 2 показаны: подкрепленная панель 1, разрезной металлический контур 2 (разрезной металлический контур образует совместно с панелью составной образец), металлокомпозиционное соединение 3 составного образца, вертикальные шарнирные стойки 4, пуансон 5, тензорезисторы 6, расположенные на подкрепленной панели 1 и металлокомпозиционном соединении, отверстия 7 для крепления разрезного контура в кондукторе перед соединением его с панелью из ПКМ.

Подкрепленная панель 1, выполненная из слоистого ПКМ, соединена с охватывающим ее разрезным металлическим контуром 2, который, в свою очередь, жестко закреплен через отверстия 7 в специальном кондукторе, обеспечивающим параллельность плоских нагруженных кромок составного образца. Жесткий пуансон 5 установлен в вертикальных шарнирных стойках с возможностью скольжения.

Контур 2 с панелью 1 размещен в вертикальных шарнирных стойках 4 (их положение регулируется в зависимости от ширины составного образца), обеспечивающих опирание вертикальных ненагруженных кромок 8.

Горизонтальные кромки 9 нагружаются за счет надавливания на них жесткого пуансона 5, скользящего в шарнирных стойках 4 и опертого на нажимную плиту 10 испытательной машины.

Разрез 11 в металлическом контуре позволяет при надавливании пуансоном на горизонтальную кромку контура деформировать только металлокомпозиционное соединение между панелью из ПКМ и металлическим контуром и получать достоверную информацию о распределении усилий между крепежными элементами, при этом вертикальные шарнирные стойки 4 препятствуют искривлению металлокомпозиционного соединения 3 на ненагруженных кромках контура при действии сжимающих нагрузок.

Работает стенд следующим образом. Разрезной контур 2 устанавливают и закрепляют через отверстия 7 в жестком кондукторе для последующего обеспечения параллельности горизонтальных кромок составного образца (1-2) при многократном использовании контура.

Внутрь контура 2 вставляют широкую панель из ПКМ с заранее просверленными и развернутыми отверстиями под требуемый крепеж металлокомпозиционного соединения 3.

Детали 1 и 2 соединяют требуемым крепежом, удаляют из кондуктора и размещают между вертикальных шарнирных стоек 4, обеспечивающих шарнирное опирание ненагруженных кромок. Зазор между рабочей поверхностью вертикальной шарнирной стойки и кромкой контура составляет примерно 0,1 мм.

На верхний торец составного образца помещают пуансон 5 с параллельными плоскостями. Их отклонение от плоскостности не более 0,05 мм. Составной образец, размещенный в исключающих возможность изгиба вертикальных стойках, деформируется под давлением скользящего в стойках пуансона, опертого на верхнюю нажимную плиту испытательной машины, создавая на границе металлокомпозиционного соединения равномерное нагружение.

Положение верхней нажимной плиты 10, действующей на пуансон 5, устанавливают с помощью регулируемого сферического шарнира 12 и фиксируют для дальнейшего равномерного деформирования составного образца с металлокомпозиционным соединением 3. Основанием для регулировки и фиксации в определенном положении служат показания тензорезисторов 6, установленных в металлокомпозиционном соединении и на панели из ПКМ.

Предложенный стенд позволяет расширить технические возможности при определении прочностных параметров металлокомпозиционного соединения как разъемного, так и неразъемного и повысить точность воспроизведения граничных условий в соединениях, работающих на сжатие, на 10-15%. Результаты параметрических экспериментальных работ позволят создавать рациональные металлокомпозиционные соединения, учитывающие реальную ориентацию слоев композиционного материала, технологию его формообразования и деградацию свойств материала при эксплуатации ЛА, крайне актуальные в настоящее время.

1. Стенд для испытаний панелей, состоящий из испытательной машины, в которой между нажимными плитами, одна из которых опирается на регулируемый сферический шарнир, установлена панель, выполненная из полимерного композиционного материала, отличающийся тем, что в него введены вертикальные шарнирные стойки, жесткий пуансон и прямоугольный металлический контур, панель из полимерного композиционного материала размещена внутри прямоугольного разрезного металлического контура и соединена с ним стандартным крепежом, образующим металлокомпозиционное соединение, при этом металлический разрезной контур образует совместно с панелью составной образец, панель из полимерного композиционного материала с присоединенным металлическим контуром опирается ненагруженными кромками на вертикальные шарнирные стойки, а жесткий пуансон установлен в вертикальных шарнирных стойках с возможностью скольжения в них при нагружении горизонтальных кромок металлического контура составного образца и оперт на нажимную плиту испытательной машины, вертикальные шарнирные стойки выполнены с возможностью регулирования расстояния между ними в зависимости от ширины составного образца.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что в металлокомпозиционном соединении и на подкрепленной панели установлены тензорезисторы.

РИСУНКИ