Стенд для испытаний на выносливость консольных конструкций
Полезная модель относится к области испытательной техники, в частности, к конструкции стендов, которые предназначены для однонаправленных испытаний на выносливость динамическим способом консольных конструкций балочного типа: крыльев большого удлинения, лопастей ветроэнергетических установок и их лонжеронов. Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача проведения усталостных испытаний резонансным способом без нагружения при этом здания или сооружения значительными динамическими нагрузками, что позволяет снизить требования к прочности здания или сооружения. Для достижения названного технического эффекта в предлагаемом стенде для испытаний на выносливость преимущественно натурных консольных конструкций динамическим способом, содержащем портал, устройство для соединения испытываемой конструкции с порталом, вибровозбудитель для возбуждения вынужденных колебаний, систему определения резонансных частот, систему автоматического поддержания частоты и амплитуды вынуждающей силы и систему измерения и регулирования нагружения, устройство для соединения испытываемой конструкции с порталом выполнено в виде системы мягкой подвески.
Полезная модель относится к области испытательной техники, в частности, к конструкции стендов, которые предназначены для однонаправленных испытаний на выносливость динамическим способом консольных конструкций балочного типа: крыльев большого удлинения, лопастей ветроэнергетических установок и их лонжеронов.
Наиболее близкой к предлагаемой модели является принятая в качестве прототипа установка для усталостных испытаний на повторные нагрузки, использованная при испытаниях крыльев транспортного самолета С-46 (Хастон В., «Сравнение результатов испытаний натурных конструкций на нагрузки постоянной амплитуды и на случайные ступенчатые нагрузки для выявления критических компонентов», Сб.«Усталостная прочность и долговечность самолетных конструкций», М., Машиностроение, 1965 г., стр.251-253).Установка содержит силовой портал с силовой опорой для крепления испытываемой конструкции, вибровозбудитель для возбуждения вынужденных колебаний конструкции на резонансной частоте, систему автоматического поддержания постоянной частоты и амплитуды вынуждающей силы, системы измерения и регулирования нагрузки. Все названные признаки, кроме силового портала и силовой опоры для крепления испытываемой конструкции, присутствуют в настоящем техническом решении.
Недостатком стенда, принятого в качестве прототипа, является то, что при испытании консольно закрепленной крупной конструкции, например, лонжерона или лопасти мощной ветроэнергетической установки, создаваемые в ее заделке динамические усилия значительной величины (изгибающий момент и др.) передаются на стенд и, далее, на здание, которое подвергается недопустимо большому динамическому
нагружению. Поэтому для проведения динамических испытаний крупногабаритных конструкций требуются уникальные испытательные сооружения.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача проведения усталостных испытаний резонансным способом без нагружения при этом здания или сооружения значительными динамическими нагрузками, что позволяет снизить требования к прочности здания или сооружения.
Для достижения названного технического эффекта в предлагаемом стенде для испытаний на выносливость преимущественно натурных консольных конструкций динамическим способом, содержащем портал, устройство для соединения испытываемой конструкции с порталом, вибровозбудитель для возбуждения вынужденных колебаний, систему определения резонансных частот, систему автоматического поддержания частоты и амплитуды вынуждающей силы и систему измерения и регулирования нагружения, устройство для соединения испытывамой конструкции с порталом выполнено в виде системы мягкой подвески. В качестве подвески могут использоваться, например, резиновые шнуры, пневмоамортизаторы, пружины и т.п. Точки крепления амортизаторов к конструкции выбираются не менее чем в двух сечениях, в районе узлов колебаний, где амплитуда минимальная, а жесткость подвески выбирается достаточно малой, чтобы при колебаниях конструкции амплитуды усилий в подвеске были в допустимых пределах, и на рабочем режиме не возбуждались "нулевые тона". Это имеет место при частоте колебаний конструкции на подвеске, как жесткого тела, менее 0.10-0.25 частоты изгибных колебаний, на которой производится испытание конструкции. Такое закрепление конструкции не является силовым, и она может совершать практически свободные изгибные колебания. В результате динамические нагрузки на здание или силовой каркас испытательного
сооружения уменьшаются практически до нуля; передается только вес конструкции.
Кроме того, дополнительно, для нагружения корневого участка конструкции и стыка предусматривается инерционный противовес. Противовес стыкуется с испытываемой конструкцией в единый объект. Размеры, момент инерции, масса и жесткость противовеса подбираются из условия получения при испытаниях требуемой величины нагрузок в стыке. Противовес не связан жестко со стендом, нагрузки, приходящие на него с конструкции, уравновешиваются силами инерции и на стенд не передаются.
Могут использоваться два варианта подвешивания конструкции с противовесом. В первом варианте мягкая подвеска связана только с испытываемой конструкцией. Во втором варианте противовес непосредственно подвешен на мягкой подвеске, отвечающей предыдущим требованиям.
Отличительным признаком предлагаемого стенда для испытаний на выносливость консольных конструкций является то, что устройство для соединения испытываемой конструкции с порталом выполнено в виде мягкой подвески (резиновые шнуры, пневмоамортизаторы, мягкие пружины), которая воспринимает вес конструкции и практически не передает переменные динамические нагрузки. Для нагружения стыка и корневого участка конструкции переменными нагрузками на рабочем режиме в стенде предусматривается инерционный противовес, с которым стыкуется конструкция. Противовес может иметь свою мягкую подвеску, аналогичную подвеске конструкции.
Благодаря мягкой подвеске динамические нагрузки на здание или силовой каркас испытательного сооружения уменьшаются практически до нуля; передается только вес конструкции. Инерционный противовес, не связанный жестко со стендом, позволяется при испытаниях нагрузить стык и корневой участок конструкции переменными нагрузками без их
передачи на портал и здание. Поэтому портал может быть не силовым. Не требуется проектировать и изготавливать мощное сооружение для крепления консоли. Испытания могут производиться в существующих залах для статических испытаний на прочность.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации, решений, содержащих такой признак, не обнаружено. Следовательно, можно сделать заключение о том, что предложенное решение неизвестно для настоящего уровня техники и соответствует критерию охраноспособности -«новое».
Предложенное решение может найти применение в машиностроении, ветроэнергетике, строительстве и т.д., где требуется определять экспериментально ресурс удлиненной консольной конструкции типа крыла, лопасти или лонжерона, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».
Предлагаемое техническое решение поясняется рисунками фиг.1,2.
На фиг.1 изображен стенд для испытаний на выносливость консольных конструкций на мягкой подвеске.
На фиг.2 изображен стенд для испытаний на выносливость консольных конструкций на мягкой подвеске с инерционным противовесом.
Изображенный на фиг.1 и 2 стенд содержит портал 1, систему мягкой подвески 2, на которой в выбранных сечениях подвешена испытываемая конструкция 3, силовой вибровозбудитель 4, блок управления 5, соединенный с пультом управления 6. Блок управления 5 через систему поиска и удержания резонансной частоты 7 и систему измерения и регулирования уровня нагружения 8 осуществляет управление вибровозбудителем 4 с целью создания заданного нагружения конструкции 3. Первичными источниками информации служат акселерометры 9 и тензорезисторы 10, установленные на конструкции 3, и акселерометр 11, установленный на подвижной части вибровозбудителя 4.
Программа нагружения (уровень нагружения, число циклов,' частота) задается автоматически или оператором с пульта 6.
Работа стенда осуществляется следующим образом. На испытываемой конструкции 3 в выбранных сечениях устанавливают акселерометры 9 и тензорезисторы 10. Тензорезисторы 10 подключают к системе измерения и регулирования нагружения 8 и статически тарируют по величине внутренних силовых факторов (изгибающие моменты, перерезывающие силы, напряжения). Подготовленную таким образом конструкцию 3 при помощи мягкой подвески 2 подвешивают на разгрузочной балке, присоединяют вибровозбудитель 4 с усилителем мощности и системами управления 7, 8 и пультом оператора 6. Акселерометры 9 подключают к системе поиска и поддержания режима 7. Подключают систему измерения и регулирования нагружения 8. На фиг.2 к конструкции 3 подсоединен инерционный противовес 12.
Изображенный на фиг.1 стенд работает следующим образом. Возбуждают вынужденные колебания конструкции 3 гармонической силой от вибровозбудителя 4 с произвольно выбранной постоянной амплитудой и изменяющейся частотой. Определяют собственные (резонансные) частоты и соответствующие им эпюры внутренних силовых факторов (измеряемых по показаниям тензорезисторов 10). Исходя из заданной величины внутренних силовых факторов, выбирают амплитуду вынуждающей силы на резонансной частоте и проводят испытания на выносливость до заданного числа циклов нагружения или до разрушения.
Перед испытанием конструкции 3 с инерционным противовесом (фиг.2) путем расчета динамического нагружения подбирают массу, момент инерции и размеры инерционного противовеса 12 для получения требуемых усилий (изгибающий момент и др.) в корневой части конструкции и ее стыке с противовесом 12. Испытываемую конструкцию 3 с установленным на нее инерционным противовесом 12 закрепляют в стенде на подвеске 2. Испытания осуществляется также как на фиг.1.
1. Стенд для испытания на выносливость консольных конструкций динамическим способом, содержащий портал, устройство для соединения испытываемой конструкции с порталом, вибровозбудитель для возбуждения вынужденных колебаний, систему определения резонансных частот, систему автоматического поддержания частоты и амплитуды вынуждающей силы, систему измерения и регулирования нагружения, отличающийся тем, что устройство для соединения испытываемой конструкции с порталом выполнено в виде мягкой подвески, соединяющей конструкцию с порталом не менее чем в двух сечениях, причем жесткость подвески выбрана из условия отсутствия "нулевых тонов" колебаний конструкции на подвеске.
2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит инерционный противовес, жестко соединенный с корневым сечением испытываемой конструкции.
3. Стенд по п.2, отличающийся тем, что инерционный противовес так же, как испытываемая конструкция, соединен с порталом мягкой подвеской.
