УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СОЕДИНЕНИЙ СУДОВЫХ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ЦИКЛИЧЕСКУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

Полезная модель относится к области судостроения, в частности к установкам для испытаний на циклическую усталостную долговечность узлов и соединений конструктивных элементов судовых надстроек, изготовленных из полимерных композитных материалов и прикрепленных к металлическим корпусам судов с учетом эксплуатационных условий работы судов различных классов и проектов.
Известна установка для испытаний на усталость плоских образцов при изгибе, содержащая основание с закрепленными на нем испытуемыми образцами, кривошипный механизм, рычаг которого шарнирно связан со штоком с установленным на нем приспособлением для передачи нагрузки на образец, выполненным с возможностью регулирования своего положения относительно штока, причем приспособление сделано в виде диска, по ободу которого сделана канавка, при этом концевая часть каждого образца закреплена на установленной на основании установки стойке с расположенным на ней датчиком нагрузки образца при его изгибе, на противоположной концевой части которого закреплен зажим, снабженный установленным на оси роликом, размещаемым в рабочем состоянии установки в канавке обода приспособления (см. патент РФ №160927, 2016 г.).
Недостатком данного устройства является то, что горизонтальное положение испытуемого образца включает нагрузку от собственного веса образца только в одном направлении (вниз), в результате чего изгибающий момент изменяется во время испытаний образца.
Наиболее близкой по технической сути к предлагаемому устройству (прототипом) является установка для испытаний образцов на усталость при циклическом изгибе и статическом растяжении или сжатии, содержащая подвижный неподвижный захваты для испытуемого образца, механизм для статического нагружения, связанный с подвижным захватом, устройство для создания циклической изгибающей нагрузки, включающей возбудитель колебаний и резонатор, тягу, соединяющую резонатор с подвижным захватом, при этом для повышения точности испытания путем исключения взаимного влияния динамической и статической нагрузок, подвижный захват снабжен продольным пазом, а тяга установлена с возможностью перемещения в этом пазу (см. АС СССР №728044, 1980 г.).
Недостатком данного устройства является то, что в конструкции для создания циклической изгибающей нагрузки используются пружины, характеристики жесткости которых изменяются со временем, вследствие чего будут изменяться параметры нагружения образцов во время испытаний.
Техническая задача - создание установки, позволяющей проводить испытания на циклическую долговечность различных типов соединений конструктивных элементов судовых надстроек из полимерных композиционных материалов с металлическим корпусом судна с учетом собственного веса надстройки, ветровой нагрузки на надстройку и инерционных составляющих, возникающих в результате качки судна.
Технический результат - повышение эффективности работы устройства при использовании.
Он достигается тем, что известная установка, содержащая неподвижный захват и подвижный захват для испытуемого образца, штангу, дополнительно содержит раму и жестко прикрепленную к ней сверху стальную плиту, две опорные стойки, жестко прикрепленные к двум боковым сторонам рамы и снабженные в верхней части опорами, выполненными в виде сферических подшипников, в которых подвижно закреплен вал качающейся платформы, выполненной в виде прямоугольного стального листа, в верхней части которой подвижно закреплен вращающийся малый диск, который с помощью установленного на нем подшипника качения приводит в колебательное движение кулису, подвижно закрепленную в верхней части платформы и снабженную подвижным захватом испытуемого образца, который неподвижно закрепляется в неподвижном захвате, жестко закрепленном в верхней части платформы, металлический трос, который пропущен в верхней части испытуемого образца через верхние ролики, подвижно закрепленные в верхней части испытуемого образца, а в нижней части испытуемого образца металлический трос закреплен зажимными элементами с одной стороны неподвижного захвата и проходит через два направляющих ролика, жестко прикрепленных к платформе, при этом металлический трос жестко соединен с динамометром и талрепом, которые жестко закреплены в верхней части платформы, грузы, создающие инерционную силу на испытуемом образце и жестко закрепленные в верхней части испытуемого образца, вращающийся большой диск, к которому нижним концом подвижно прикреплена штанга, которая верхним концом подвижно прикреплена к нижней части платформы и создает качение платформы.
Рама и жестко прикрепленная к ней сверху стальная плита необходимы для закрепления на них основных структурных элементов устройства.
Опорные стойки, жестко прикрепленные к двум боковым сторонам рамы и снабженные в верхней части опорами, выполненными в виде сферических подшипников, необходимы для подвижного закрепления вала, который обеспечивает качение платформы в зависимости от выбранного угла качения.
Вращающийся малый диск с установленным на нем подшипником качения необходим для обеспечения колебательного движения кулисы, в результате чего испытуемый образец колеблется до своего разрушения.
Подвижный захват испытуемого образца обеспечивает подвижное закрепление испытуемого образца, а неподвижный захват обеспечивает жесткое закрепление испытуемого образца в верхней части платформы.
Металлический трос, 4 ролика, динамометр и талреп создают сжимающую нагрузку на испытуемый образец и моделирует весовой нагрузки на соединения корпусных конструкций судовых надстроек.
Грузы, жестко закрепленные в верхней части испытуемого образца, создают инерционные силы на испытуемом образце, величина которых зависит от их массы и от полученного ускорения в результате колебательного движения кулисы.
Штанга, которая подвижно прикреплена одним концом к нижней части платформы, а другим концом к вращающемуся большому диску, способствует превращению вращательного движения большого диска в колебательное движение платформы.
На чертежах изображено предлагаемое устройство (фиг. 1 - общий вид, фиг. 2 - вид сбоку).
Установка содержит раму 1, которая жестко закреплена на амортизационных опорах 2, необходимых для демпфирования нежелательных вибраций при работе установки, стальную плиту 3, жестко прикрепленную к верхней части рамы 1, платформу 4, качающуюся в зависимости от выбранного угла качки относительно вала 5, подвижно закрепленного в опорах, выполненных в виде сферических подшипников 6 и жестко закрепленных на двух опорных стойках 7, жестко прикрепленных к боковым сторонам рамы 1. При этом перемещение опорных стоек 7 в вертикальной плоскости дает возможность поднимать или опускать платформу 4 на требуемую высоту относительно стальной плиты 3, необходимую для достижения требуемых углов качки платформы 4.
Малый диск 8, который с помощью привода приводится во вращение, имеет отверстия, расположенные на разных расстояниях от оси вращения малого диска 8 для регулирования амплитуд колебательного движения испытуемого образца 9. Передача движения от малого диска 8 к испытуемому образцу 9 выполняется с использованием подшипника качения 10, кулисы 11 и подвижного захвата 12, жестко прикрепленного к верхней части кулисы 11. Подшипник качения 10 жестко прикреплен к малому диску 8 и совершает вращательное и поступательное движения в корпусе кулисы 11, амплитуда движения которой зависит от выбранной амплитуды колебательного движения испытуемого образца 9. Кулиса 11 перемещается на ограниченный угол в обе стороны относительно оси вращения 13 кулисы 11, опирающейся на радиальные подшипники (на чертеже не показаны) и подвижно закрепленной между кронштейнами 14, жестко закрепленными на платформе 4.
Испытуемый образец 9 состоит из двух частей, которые могут соединяться между собой разъемными и неразъемными способами, в зависимости от условий проведения исследований. Первая часть испытуемого образца 9 - прямоугольная пластина, изготовленная из полимерных композиционных материалов с размерами 460×60×10 мм и моделирующая стенку судовой надстройки, а вторая часть испытуемого образца 9 представляет собой две прямоугольных пластины с размерами 100×60×8 мм, изготовленных из судостроительной стали и моделирующих комингс верхней палубы судна. Испытуемый образец 9 жестко закреплен с нижней стороны в неподвижном захвате 15, состоящем из прижимающего болта и двух направляющих планок. В верхней части испытуемого образца 9 жестко закреплены грузы 16, создающие инерционную силу на испытуемом образце 9. Для создания сжимающей нагрузки на испытуемый образец 9 и моделирования весовой нагрузки на соединения корпусных конструкций судовых надстроек металлический трос 17 пропущен в верхней части испытуемого образца 9 через ролики 18 так, чтобы он не касался самого испытуемого образца 9, а в нижней части испытуемого образца 9 металлический трос 17 закреплен зажимными элементами (на чертеже не показаны) с одной стороны неподвижного захвата 15 и проходит через два направляющих ролика 19, один из которых жестко прикреплен к платформе 4. Для регулирования сжимающей нагрузки на испытуемый образец 9 металлический трос 17 жестко соединен с динамометром 20 и талрепом 21.
В нижней части рамы 1 на двух опорах, выполненных в виде радиальных подшипников 22, подвижно закреплена балансирующая ось 23, на которой подвижно закреплен балансирующий шкив 24, который с помощью привода приводится во вращение.
Балансирующая ось 23 - вращающаяся ось, которая необходима для уравновешивания инерционных сил, возникающих в результате качения платформы 4, и обеспечивает плавное движение платформы 4. При этом балансирующая ось 23 снабжена вращающимся большим диском 25, к которому нижним концом подвижно прикреплена штанга 26. Большой диск 25 приводит в плоско-параллельное движение штангу 26 и имеет отверстия на разном расстоянии от оси вращения большого диска 25 для регулирования угла качения платформы 4. При этом штанга 26 верхним концом подвижно прикреплена к нижней части платформы 4 и приводит ее в колебательное движение.
Для подсчета количества циклов до разрушения испытуемого образца 9 используются два счетчика циклов, состоящих из постоянного магнита (на чертеже не показан) и герметичного контакта (на чертеже не показан), электрически соединенного с электронным счетчиком циклов (на чертеже не показан). Один счетчик установлен для определения количества циклов колебательного движения кулисы 11, а другой для определения количества циклов колебательного движения платформы 4.
Устройство работает следующим образом.
Испытуемый образец 9 устанавливают на платформе 4, при этом нижнюю часть испытуемого образца 9 жестко закрепляют в неподвижном захвате 15, а верхнюю часть испытуемого образца 9 подвижно закрепляют в подвижном захвате 12. Перед началом работы устройства к верхней части испытуемого образца 9 жестко прикрепляют грузы 16 и настраивают сжимающую нагрузку в металлическом тросе 17 с использованием динамометра 20 и талрепа 21. Затем регулируют амплитуду колебательного движения кулисы 11 путем выбора отверстия на малом диске 8, в котором должна быть подвижно закреплена кулиса 11. Амплитуду колебательного движения платформы 4 регулируют закреплением нижнего сферического подшипника штанги 26 в определенном отверстии на большом диске 25.
При вращении малого диска 8 происходит передача колебательного движения испытуемому образцу 9 с помощью подшипника качения 10, кулисы 11 и подвижного захвата 12. Балансирующий шкив 24 передает вращательное движение большому диску 25 с помощью балансирующей оси 23, закрепленной в двух опорах, выполненных в виде радиальных подшипников 22. При этом балансирующий шкив 24 вращается вместе с большим диском 25, в результате чего штанга 26 движется плоскопараллельно и обеспечивает колебательное движение платформы 4, подвижно соединенной с верхним концом штанги 26. До разрушения соединения испытуемого образца 9 фиксируется количество циклов с помощью двух счетчиков циклов.
Положительный эффект предлагаемого устройства - установка позволяет проводить испытания на долговечность различных соединений корпусных конструкций судовых надстроек (клеевые, болтовые, заклепочные и комбинированные), изготовленных из полимерных композитных материалов, прикрепленных к металлическим корпусам с учетом эксплуатационных условий работы судна в различных акваториях, в зависимости от веса надстройки, ветровой нагрузки и инерционных сил, возникающих в результате качки судна. При проведении экспериментов обеспечивается любое количество рабочих циклов испытуемого образца, что способствует сокращению времени и материальных расходов при определении долговечности различных корпусных соединений, что позволяет выбрать оптимальный способ соединений с учетом эксплуатационных условий работы судна.