СТЕНД ДЛЯ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЙ
IMPACT TESTING STAND

Данное изобретение относится к оборудованию для испытаний на ударные воздействия и может быть использовано при испытаниях на высокоинтенсивные ударные воздействия различных приборов и оборудования, имеющих в своем составе многослойные устройства в виде, например, пакетов пластин из композиционных материалов, сотовых панелей и т.д.
Известно достаточно много различных стендов для испытаний на ударные воздействия. Испытания проводятся с помощью вибрационных электродинамических стендов, стендов с падающими столами и т.д. (Вибрации в технике: Справочник в 6 томах. М.: Машиностроение, т.5 Измерения и испытания. / Под ред. М.Д.Генкина, 1981 г., стр.476-477). Существует в тоже время большой класс устройств, применяющих для создания ударного воздействия высокой интенсивности метаемый снаряд (это легкогазовые пушки, взрывное метание и т.д.).
Для проведения ударных испытаний используют различные подходы, которые описаны в патентных материалах: SU 1249363 A1, SU 1518691 A1, SU 1811276 А1 и ряд других. Наиболее близким устройством, обеспечивающим проведение ударных испытаний, является Способ испытаний на ударные воздействия и устройство для его реализации, пат. РФ №2244909 (прототип). Стенд для испытаний на ударные воздействия состоит из устройства для ударного нагружения, двух волноводов и устанавливаемого между ними объекта испытаний. Источником ударного воздействия является разделяющееся пироустройство, закрытое защитным кожухом. Между баллистическим маятником и волноводом установлен набор вкладышей с различной акустической податливостью, выполненных в виде стаканов на ножке с резьбой, а последний вкладыш из этого набора имеет специальное гнездо для установки пироустройства.
К недостаткам такого рассмотренного стенда для ударных испытаний относится то, что для определения механизмов демпфирования в многослойных конструкциях (типа сэндвич), выполненных из различных материалов, интегральная величина демпфирования (например, уменьшение амплитуды ускорений при прохождении ударной волны через устройство) при разных воздействиях может сильно отличаться. Это отличие объясняется различными механизмами демпфирования, реализующимися в разных материалах при различных уровнях ударных воздействий. Поэтому расположение такого устройства между двух волноводов с фланцами, к которым крепится объект испытаний, не является рациональным. Во фланцах возникают изгибные волны, и механизм демпфирования существенно искажается (амплитуда изгибной волны в 1.5 раза ниже продольной).
Задачей настоящего изобретения является повышение точности определения механизма демпфирования. Эта задача достигается тем, что между набором вкладышей с различной акустической податливостью и волноводом установлено стыковочное устройство, выполненное в виде толстостенного цилиндра с днищем, причем на внутреннем диаметре цилиндра выполнена резьба для соединения цилиндра с набором вкладышей, а в днище имеется отверстие для болта, при этом по краям днища выполнен буртик, диаметр и ширина которого равны диаметру и толщине стенок волновода, причем в торце волновода имеется вставка с отверстием, которое сопряжено с ответной частью болта при помощи резьбового соединения, а объект испытаний располагают между стыковочным устройством и торцом волновода.
Суть предлагаемого решения поясняется чертежами, где на фиг.1-3 показан стенд для испытаний на ударные воздействия, который состоит из устройства для ударного нагружения 1 и волноводов 2. Источником ударного воздействия является разделяющееся пиротехническое устройство 1. Между источником ударного воздействия 1 и волноводом 2 установлен набор вкладышей 3 с различной акустической податливостью, выполненных в виде стаканов на ножке с резьбой. Между набором вкладышей 3 и волноводом 2 установлено стыковочное устройство 4, выполненное в виде толстостенного цилиндра с днищем 5. На внутреннем диаметре цилиндра выполнена резьба 6 для соединения цилиндра с набором вкладышей, а в днище имеется отверстие 7 для болта 8, при этом по краям днища выполнен буртик 9. Диаметр и ширина буртика цилиндра равны диаметру и толщине стенок волновода, причем в торце волновода 2 имеется вставка 10 с отверстием с резьбой 11, диаметр и шаг которой равен диаметру и шагу болта, что обеспечивает сопряжение вставки 10 и болта 8. Объект испытаний 12 располагают между стыковочным устройством 4 и торцом волновода 2. Причем к торцам 13 волновода 2 плотно поджат объект испытаний 12 за счет буртика 9 стыковочного устройства 4 и болта 8. Для обеспечения передачи ударного воздействия непосредственно на исследуемый слой в объекте испытаний 12 (многослойное устройство) вырезается цилиндрическое отверстие 14 до нужного слоя 15.
Суть заявленного решения может быть пояснена следующим образом.
Так как диаметры стыковочного устройства и волноводов одинаковы, то ударная волна от стыковочного устройства в волновод будет передаваться непосредственно, а не через образование поперечных волн (по крайней мере, первый ее пик), изменение ее амплитуды может быть объяснено только рассеянием в слоях материала. Наличие буртика на стыковочном устройстве исключает передачу ударного воздействия на вставку. Кроме того, расположение объекта испытаний ближе к источнику ударного воздействия позволяет проводить нагружение с большими уровнями. Наличие отверстия в днище вставки позволяет подбирать нужного размера болты и уменьшает передачу ударного воздействия на вставку (из-за имеющихся зазоров). Помимо этого, объект испытаний легко монтируется до стыковки с пиротехническим устройством, когда уже требуются повышенные меры безопасности. Само пиротехническое устройство может быть установлено в любое удобное время.
Пример практического исполнения
Для защиты одного из чувствительных к ударным нагрузкам прибора монтажная плата была выполнена из многослойного материала (слои из алюминия, углепластика, стеклопластика и центральный слой из пеноматериала). Испытания по определению демпфирующих характеристик многослойного устройства проводились на стенде СПИ6.3480-0, показанном на фиг.1-3. Ударные воздействия варьировались от 1000g (использовался амортизационный стержень, состоящий из 5 слоев следующих материалов: текстолит-алюминий-сталь-алюминий-текстолит и стального стыковочного устройства) до ~10000g, когда разрывной болт устанавливался в стыковочное устройство. Регистрация ускорений проводилась по 4 точкам акселерометрами АВС052, а деформаций по 6 точкам тензодатчиками КФ5. Ударное воздействие варьировалось по 8 уровням (за счет изменения набора вкладышей и замены разрывных болтов 8×54 на менее мощные 8×55). На каждом уровне было выполнено по 3 срабатывания болтов. Регистрация и обработка результатов измерений проводилась в частотном диапазоне до 10 кГц. Суммарная погрешность не превысила 20%. Использование вышеназванного стенда позволило получить демпфирующие характеристики многослойной платы.
Например, в области частот до 2 кГц при моделировании всего многослойного устройства можно принять значения коэффициента VDAMP (для моделей в паке программ DYTRAN), связанного с коэффициентом критического демпфирования, величиной ~0,00008.
Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков, заявленных объектов.