СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ ОБОЛОЧКИ ТИПА ТЕЛА ВРАЩЕНИЯ
METHOD OF STRENGTH TEST OF CASING WITH SHAPE OF BODY OF ROTATION

Изобретение относится к области машиностроения и авиационно-космической отрасли промышленности и может быть использовано при проведении наземных испытаний оболочек типа тел вращения.
Известен ряд способов испытаний на прочность оболочек типа тел вращения и их элементов [Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. - М.: Машиностроение, 1974, с.193], в которых нагружающее усилие на оболочку создается с помощью силовых лямок и приложено в одной или нескольких точках (рычажная система нагружения). Испытание на прочность по данным системам нагружения оболочек не позволяет точно воспроизводить расчетное распределение изгибающего момента по высоте оболочки из-за ограниченного количества точек приложения нагрузки геометрическими размерами рычажных механизмов и силовых лямок. Применение подобных систем нагружения ограничено также специфическими особенностями испытаний тонкостенных оболочек, где требуется распределение нагрузки по образующей и не допускается сосредоточение ее в одной или нескольких точках.
Наиболее близким по технической сущности является способ испытания на прочность оболочки типа тела вращения [патент РФ №2249196, G01N 3/08, публ. 27.03.2005], включающий нагружение оболочки поперечной силой и ее измерение датчиками силы, расположенными на опоре, на которой установлена оболочка. Однако испытание на прочность данным способом ограничено одной точкой приложения нагружающего усилия, что приводит к недостаточной точности воспроизведения нелинейного расчетного распределения изгибающего момента по высоте оболочки.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности воспроизведения расчетного распределения изгибающего момента по высоте оболочки при проведении испытаний на прочность.
Поставленная задача достигается тем, что предложен способ испытания на прочность оболочки типа тела вращения, включающий нагружение установленной на платформе оболочки поперечной силой, отличающийся тем, что нагружение оболочки поперечной силой осуществляют посредством вращения платформы вокруг неподвижной оси параллельной оси симметрии оболочки с установленными на ее внешней поверхности инерционными элементами, при этом масса инерционного элемента выбирается из условия:
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>M</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><msup><mi>ω</mi><mn>2</mn></msup><mo>⋅</mo><mi>R</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><mtext>                                              </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
i
где Δm - масса i-го инерционного элемента;
i
M - расчетное значение изгибающего момента в i-ой части оболочки;
i
m - масса i-ой части оболочки, на которой расположен i-ый инерционный элемент;
ω - угловая скорость вращения оболочки;
R - расстояние от оси симметрии оболочки до неподвижной оси вращения платформы;
i
h - расстояние от i-ой части оболочки до плоскости вращения платформы.
i
Условие (1) основывается на решении системы уравнений относительно Δm
<mrow><mrow><mo>{</mo><mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>M</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>M</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>M</mi><mrow><mi>i</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>,</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>M</mi><mrow><mi>i</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><msup><mi>ω</mi><mn>2</mn></msup><mo>⋅</mo><mi>R</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>M</mi><mrow><mi>i</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><msup><mi>ω</mi><mn>2</mn></msup><mo>⋅</mo><mi>R</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mo>;</mo></mtd></mtr></mtable></mrow><mtext>                                              </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
i
где M - расчетный изгибающий момент, действующий на i-ую часть оболочки;
i1
i
M - составляющая расчетного изгибающего момента i-ой части оболочки массой m;
i2
i
M - составляющая расчетного изгибающего момента инерционного элемента массой Δm.
i
i
i
i
На фигуре 1 приведены сравнительные схемы распределения изгибающего момента по высоте оболочки при испытаниях на прочность: а) расчетное распределение изгибающего момента M по высоте оболочки h; б) сравнение расчетного распределения изгибающего момента M по высоте оболочки h с распределением изгибающего момента при нагружении оболочки поперечной силой, приложенной в нескольких точках (рычажная схема нагружения); в) сравнение расчетного распределения изгибающего момента M по высоте оболочки h с распределением изгибающего момента при нагружении оболочки поперечной силой, приложенной в одной точке; г) сравнение расчетного распределения изгибающего момента M по высоте оболочки h с распределением изгибающего момента при испытании оболочки предлагаемым способом.
Фигура 1г показывает, что предложенный способ испытания на прочность оболочки типа тела вращения, по сравнению с прототипом, позволяет максимально точно приблизиться к расчетному значению распределения изгибающего момента по высоте оболочки. При необходимости увеличения точности воспроизведения расчетного изгибающего момента достаточно увеличить количество устанавливаемых инерционных элементов.
Способ поясняется фигурой 2. Испытываемую оболочку 1 устанавливают на платформу 2, вращающуюся вокруг неподвижной оси 3, параллельной оси симметрии оболочки 4. На внешней поверхности оболочки устанавливают инерционные элементы 5.
Предлагаемый способ испытания на прочность оболочки типа тела вращения позволяет повысить точность воспроизведения изгибающего момента по высоте оболочки, когда расчетное распределение имеет нелинейный характер. Способ может быть использован для создания средств испытания на прочность оболочек типа тел вращения, в частности, при проектировании и производстве головных ракетных обтекателей.