СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ПАНЕЛЕЙ

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.