Способ испытания кольцевых образцов при повторных нагрузках
Изобретение относится к способам механических испытаний конструкционных материалов в условиях, близких к реальным. Цель изобретения-повышение достоверности результатов путем геометрического моделирования и имитации реальных условий нагружения кольцевых элементов подводных аппаратов. Предварительно изготавливают два одинаковых основных кольцо Торцы основных колец склеивают или осусл С Риг.З
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
510 50) 2
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4777804/28 (22) 04,01 90 (46} 07.06.92. Бюл. hh 21 (71} Николаевский кораблестроительный институт им. адм. С.О.Макарова и Институт проблем прочности AH УССР (72) И.И.Дьячков, В.Е.Марченко и.И.А.Сазонов (53) 620.174 (088.8) (56) Полешко А.П., Солуянов В.Г. Исследование прочности стекла методом радиального сжатия кольцевых образцов. — Проблемы прочности, 1979. hh 11, с. 78 — 81. д
„, . Ж,, 1739258 А1
"(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ
ОБРАЗЦОВ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПОВТОРНЫХ НАГРУЗКАХ (57) Изобретение относится к способам механических испытаний конструкционных материалов в условиях, близких к реальным.
Цель изобретения — повышение достоверности результатов путем геометрического моделирования и имитации реальных условий нагружения кольцевых элементов подводHbix аппаратов. Предварительно изготавливают два одинаковых основных кольца.
Торцы основных колец склеивают или осу1739258
3 ществляют между ними контакт через промежуточное кольцо или через два металлических кольца-обрамления, каждое из которых с помощью клея жестко соединяют с торцом соответствующего основного кольца. Свободные. торцы полученного соединения герметизируют при помощи прокладки
8, опорного кольца 9, крышек 10 и 11, Серию изготовленных образцов с узлами соединений испытывают. различным внешним поИзобретение относится к области механических испытаний конструкционных, преимущественно неметзллических материалов в условиях близких к реальным условиям эксплуатации.
Известен способ испытания на сжатие образцов из хрупких неметаллических материалов типа неорганического стекла, ситалла или керамики, включающий приложение к торцам цилиндрического образца сжимающей нагрузки и регистрацию параметров испытаний. Так как к образцу прикладывают только осевую нагрузку, укаэанный способ не может быть использован для корректного моделирования условий работы материала, используемого в качестве конструкционного для корпусов гидрофизических приборов (элементов плавучести), Описанный способ предназначен для определения предельных значений характеристик прочности исследуемого материала, но не конструктивного элемента подводного аппарата в условиях близких к реальным условиям эксплуатации, в частности не учитывается приложение равномерно распределенного давления по всей наружной поверхности образца, изменение величины давления в процессе нагружения.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ испытания кольцевых образцов на прочность при повторных нагрузках, включающий операции приложения к наружной боковой поверхности образца, изготовленного из хрупкого неметаллического материала, нагрузки, направленной по радиусу к его ocu.
В укаэанном способе образец устанавливают между опорами пресса так, что плоскости опор оказываются параллельными между собой и касательными к наружйой цилиндрической поверхности образца, 3атем нагружают образец сжимающими усилиями до его разрушения. По результатам вторным статическим монотонно изменяющимся гидростатическим давлением с различными в зависимости от толщины и диаметра основных колец скоростями нагружения. По результатам испытаний прочности кольцевых образцов устанавливают оптимальные геометрические параметры узла соединения при заданной скорости повторного нагружения, 4 з.п. ф-лы, 3 ил. регистрации параметров его деформаций судят о прочности исследуемого материала.
Конструкции, используемые при освое5 нии Мирового океана, как правило, подвергаются в процессе эксплуатации равномерно распределенному по наружной поверхности монотонно изменяющемуся гидростатическому давлению. Описанный
10 способ не позволяет корректно моделировать процесс нагружения реальной оболочечной конструкции, например узла соединения прочного корпуса подводного аппарата, поскольку образец нагружают
15 усилиями расположенными лишь в одной диаметральной плоскости перпендикулярной оси образца.
Цель изобретения — повышение достоверности результатов путем геометрическо20 го моделирования и имитации реальных условий нагружения кольцевых элементов подводных аппаратов.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу испытания кольцевых об25 разцов на прочность при повторных нагрузках, включающему операции приложения к .наружной боковой поверхности образца, изготовленного из хрупкого неметаллического материала, нагрузки, регистрации па30 раметров его деформации, кольцевые образцы изготавливают из двух частей, соединенных торцами через промежуточный элемент, свободные торцы выполняют в виде конических поверхностей с вершинами
35 на оси колец, герметизируют их крышками с ответными коническими поверхностями, соосно устанавливают и нагружают в осевом направлении, а нагрузку к наружной боковой поверхности образцов приклады40 вают повторно статически монотонно изменяющимся гидростатическим давлением с различными скоростями, с учетом которых и судят о прочности кольцевых образцов. При этом промежуточным элементом (элемента1739258 ми) склеивают части кольцевых элементов или осуществляют между ними контакт..
С целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметрами h/R 0,05, где и и R — соответственно толщина и радиус элемента, нагруженио осуществляют со скоростью
0,01 v 0,09 MПа/с.
С целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметром 0,1 «< h/R «0,15, нагружение осуществляют со скоростью
0.08 ч 0,20 МПа/с.
С целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметром h/8 > 0,15, нагружение осуществляют со скоростью 0,16 v 0,30 МПа/с.
На фиг.1 показан схематично корпус гидрофизического прибора; на фиг.2 — конструкция кольцевого образца-модели: а— узел неразъемного клеевого соединения элементов корпуса гидрофизического прибора; б — узел разъема элементов корпуса гидрофизического прибора; на фиг.3 — схема установки, реализующей предлагаемый способ.
Кольцевой образец (фиг. 2а) содержит два-одинаковых кольца 1 и 2, изготовленных из хрупкого неметаллического материала— стекла марки 13в. Между торцами колец 1 и
2 имеется клеевой шов 3, выполненный составом "Спрут-6М". Указанный образец является моделью узла неразъемного клеевого соединения элементов корпуса гидрофизического прибора (фиг,1, узел А).
При закреплении торцовых зон колец 1 и 2 (фиг. 2б) в металлических кольцах-обрамлениях 4, описанный образец используют в качестве модели узла разъема элементов корпуса прибора (фиг.1, узел Б).
Установка, реализующая предлагаемый способ (фиг.3}, содержит камеру 5 высокого. давления. соединенную посредством коммуникаций с механизмом генерации гидростатического давления и регистрирующими приборами МЭД, КСД.
В камере 5 имеется подставка 6, предназначенная для размещения. на ней образца 7. На свободных торцах образца 7 установлены через промежуточные элементы — прокладку 8 и опорное кольцо 9- крышки 10 и 11. При этом сопрягаемые поверхности торцовых зон образца 7, прокладки 8, опорного кольца 9 и крышек 10 и
11 выполнены коническими. Вершины конусов расположены во внутренней полости образца 7, лежит на его оси и направлены внутрь образца 7. Оптимальное значение узла а при вершине конусов составляет
135 — 140 . В примере а= 1400
Установка снабжена устройством 12 регулируемой жесткости — упругим элемен5 том, предназначенным для размещения в камере 5 серии образцов 7, состоящей, например, из пяти образцов.
Испытанию подвергали серию образцов (фиг. 2а), содержащих по два одинако10 вых кольца 1 и 2 с отношением h/R - 0,05, Геометрические размеры образцов серии следующие: наружный диаметр образца 0200 мм, толщина стенки колец 1 и 2 h - 5,0 мм, высота колец 1 и 2(6-8)h,7h -36 мм. Для
15 образцов серии исходную толщину клеевого шва 3 выбирали различной, при этом для первого образца д=0,12мм.для второго д=
0,08 мм, третьего д = 0,05 мм, четвертого д =
0,04 мм, пятого д - 0,03 мм.
20 Способ реализуется следующим образом.
В камере 5 размещают пять образцов 7 (фиг.3). Образцы 7 подвергают испытанию повторными нагрузками, моделируя воз25 можные реальные условия эксплуатации подводного аппарата. При этом в камере 5 монотонно со скоростью 0,07 МПа/с повышали давление до 30 МПа, а затем с такой же скоростью снижали до атмосферного. В
30 процессе испытаний регистрировали количество циклов нагружения, уровень давления при разрушении одного из образцов серйи. Аналогично проводили испытания серий толстостенных и средней толщины
35 образцов с соединениями. По результатам испытаний путем геометрического модели. рования устанавливали оптимальную толщину стенки оболочки h и толщину клеевого шва д для указанных. условий нагружения
40 (фиг. 2а), Испытанию подвергали серию кольцевых образцов(фиг. 2б). содержащих два одинаковых кольца 1 и 2 средней толщины (h/R
= 0,12) из стекла марки МКР-1. Торцовые
45 зоны колец 1 и 2 закреплены при помощи клея "Спрут-6М" в кольцах-обрамлениях 4, изготовленных из титанового сплава ВТ16 и сопряжены между собой опорными плоскими поверхностями. Образцы имели следую50 щие геометрические размеры (фиг. 2б): наружный диаметр 0 200 мм, толщина стенки колец 1 и 2 h--12,0мм, высота колец
1 и 2 (7-9)h, 7h = 84 мм, высота колец-обрамлений 4 т1-0,7, h-8.5 мм. Исходную толщи55 ну t основания кольца-обрамления 4 для каждого образца серии задавали различную: t равно 6 мм для nepsoro, 4 мм для второго, 3 мм для третьего, 2 мм для четвертого, 1 мм для пятого колец.
1739258
По результатам испытаний устанавливали при заданной толщине стенки образца
h оптимальную толщину оснований колецобрамлений 4 (фиг. 26}, По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет повысить достоверность моделирования при испытаниях условий близких к реальным условиям эксплуатации кольцевых элементов подводных аппаратов в условиях высокого давления путем геометрического моделирования за счет испытаний зон оболочечных конструкций, ответственных за разрушение.
Формула изобретения
1. Способ испытания кольцевых образцов на.прочность при повторных нагрузках, заключающийся в том, что нагрузку прикладывают к наружной боковой поверхности образца,. регистрируют параметры его деформации, по которым судят о прочности образца. о t л и ч а ю шийся тем, что. с целью повышения достоверности путем геометрического моделирования и имитации реальных условий нагружения кольцевых элементов подводных аппаратов, кольцевые образцы изготавливают из двух частей. соединенных торцами через промежуточный элемент, свободные торцы выполняют в виде конических поверхностей с вершинами на оси колец, герметизируют их крышками с ответными коническими поверхностями, соосно устанавливают и нагружают в осевом направлении, а нагрузку к наружной боковой поверхности образцов прикладывают повторно статически монотонно изменяющимся гидростатическим
5 давлением с различными скоростями, с учетом которых судят о прочности образцов.
2. Способ по и 1, отличающийся тем, что промежуточным элементом склеивают части кольцевых элементов или осуще10 ствляют между ними: контакт.
3. Способпопп.1и2,отличающийс я тем, что, с целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметром й/Я < 0,05, 15 где h u R - соответственно толщина и радиус элемента, нагружение осуществляют со скоростью v
0,01 ч 0,09 МПа/с.
4. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й20 с я тем, что, с целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметром 0,1 h/RS
0.15, нагружение осуществляют со скоростью 0,08 ч 0,20 MIla/с.
25 5. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности при моделировании нагружения кольцевых элементов с параметром Ь/В X 0,15, нагружение осуществляют со 6соро30 стью 0,16 «v О,ЗОМПа/с.
1739258
Составитель И.Сазонов
Техред M.Mîðãåíòàë
Корректор, М.Пожо
Редактор Е,Папп
Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 1998 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
