СПОСОБ НАГРУЖЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ПРОЧНОСТЬ
METHOD OF LOADING STRUCTURE DURING STRENGTH TESTS

Изобретение относится к способам нагружения крупногабаритных конструкций, преимущественно отсеков ракет, при их испытаниях на прочность от действия низкочастотных ударных нагрузок и может быть использовано в ракетно-космической технике при проведении наземной отработки прочности конструкций.
Известен способ нагружения конструкций (Гудков А.И. и др. Методы и техника испытаний самолетов на прочность. - М.: Машиностроение, 1972 г.) при испытаниях на прочность, заключающийся в приложении к объекту испытаний статических сил. Однако для конструкций, подвергающихся воздействию низкочастотных ударных нагрузок (перегрузок, вызывающих движение конструкции как твердого тела и движение по основным тонам упругих колебаний конструкции), реализация такого способа требует многоточечного нагружения, имитирующего необходимое распределение нагрузок по элементам объекта испытаний. Указанное не всегда возможно реализовать с достаточной точностью и в любом случае обуславливает большую длительность и трудоемкость испытаний, высокие материальные затраты, так как требует изготовления специальных образцов испытуемого объекта и сложной испытательной оснастки, а также многократного проведения нагружений для воспроизведения различных комбинаций нагрузок.
Известен также способ ударного нагружения (патент России RU 2110051 с приоритетом от 27.04.1998 г.), при котором объект испытаний устанавливают на подвижную платформу, а затем тормозят ее, соударяя с жестким основанием. Основной недостаток такого способа применительно к воспроизведению низкочастотных ударных нагрузок заключается в малой длительности импульса перегрузки, что затрудняет воспроизведение низкочастотных нагрузок необходимого уровня, а увеличение амплитуды импульса перегрузки за счет второго последовательно расположенного тормозного устройства приводит к увеличению крутизны переднего фронта импульса нагрузки, что ведет к возбуждению интенсивных высокочастотных нагрузок.
В патенте России RU 2249804 с приоритетом от 20.12.2004 г. описан способ нагружения конструкций при испытаниях на прочность, где объект испытаний после разгона тормозится на упругом основании с фиксированной частотой собственных колебаний объекта испытаний на упругом основании, не превышающей 5 Гц. Такой способ испытаний отличается простотой его реализации и позволяет воспроизвести заданную величину перегрузки объекта испытаний как абсолютно твердого тела. Но при этом из-за ограничения частотного диапазона испытательного воздействия не возбуждаются упругие колебания конструкции и, следовательно, не воспроизводятся соответствующие им нагрузки.
Приведенные способы испытаний имеют существенный недостаток, заключающийся в ограничении габаритов объектов испытаний размерами испытательной платформы, что не позволяет проводить испытания крупногабаритных натурных конструкций, в частности отсеков ракет.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является возможность обеспечения проведения ударных испытаний конструкций, в частности натурных отсеков ракеты, без применения подвижной платформы и без специальных доработок испытуемого объекта.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании распределения нагрузок по элементам объекта испытаний, соответствующим эксплуатационным низкочастотным ударным нагрузкам.
Этот технический результат достигается путем сброса с заданной высоты испытуемой конструкции, в частности отсека ракеты, на тормозное устройство, содержащее кольцевое упругое основание с заданной жесткостью, которое обеспечивает получение распределенной по периметру корпуса отсека ракеты ударной нагрузки.
Предлагаемый способ иллюстрируется графическими материалами на примере ракетного отсека. На чертеже показан испытуемый ракетный отсек, схема его подвеса и тормозное устройство.
Испытуемый отсек ракеты 1 со смонтированными на его элементах датчиками ударных ускорений 2 устанавливается на технологическое кольцо 3, которое через тросовую подвеску 4 связано с траверсой 5. Траверса 5 кинематически связана с пирозамком 6 и системой улавливания 7 траверсы 5. Под технологическим кольцом 3 установлено смонтированное на жестком основании 8 тормозное устройство, состоящее из кольцевой подставки 9, на которой закреплено (например, приклеено) кольцевое упругое основание 10, выполненное преимущественно из резины. Пирозамок 6 предназначен для подвески испытуемого отсека на заданной высоте и снятия связи с элементами подвески для осуществления свободного падения испытуемого отсека. Для создания требуемого уровня нагрузок жесткость кольцевого упругого основания 10 определяют из соотношения:
2
2
С=π·М/τ, где
М - масса испытуемого отсека;
τ - заданная длительность полусинусоидального импульса перегрузки.
Выбор жесткости упругого основания в соответствии с заданной длительностью импульса перегрузки позволяет обеспечить необходимый частотный состав внешнего воздействия и, как следствие, осуществить имитацию требуемого распределения нагрузок по элементам испытуемого ракетного отсека.
Требуемая толщина h кольцевого упругого основания определяется из соотношения:
h=2·n·M·g/С, где
n - максимальная перегрузка отсека как твердого тела;
2
g=9,81 м/с - ускорение свободного падения.
Способ осуществляют следующим образом.
Испытуемый отсек ракеты 1 с установленными на его элементах датчиками ударных ускорений 2 поднимают на высоту Н (см. чертеж), определенную из соотношения
2
Н=C·h/2·M·g,
а путь δ, проходимый траверсой 5 до ее улавливания, выбирают из условия: δ≥2·Н.
Подачей команды на пирозамок 6 снимают кинематическую связь и осуществляют плоскопараллельное падение испытуемого отсека 1 на кольцевое упругое основание 10 тормозного устройства. По датчикам ударных ускорений 2 определяют достигнутый уровень нагрузок. Сравнивают полученные значения ударных ускорений с требуемыми и при необходимости корректируют высоту подъема Н испытуемого отсека. Процедуру продолжают до обеспечения требуемого уровня ударных ускорений с заданной точностью.
Требуемый частотный состав ударных ускорений обеспечивают за счет испытаний натурного отсека ракеты с установленными на нем штатными элементами и приборами.
Таким образом, предложенный способ ударных испытаний позволяет снять ограничения с размеров испытуемого отсека ракеты и достичь необходимого уровня нагрузок на элементах отсека с заданной точностью по амплитуде и частотному составу. Исключение подвижной платформы приводит к сокращению трудоемкости испытаний и уменьшению материальных затрат.
Источники информации
1. Патент RU 2085889, кл. G01М 7/00.
Способ испытаний на ударное воздействие, опубл. 1997 г.
2. Патент RU2110051, кл. G01M 7/08.
Способ формирования импульса перегрузки при ударных испытаниях, опубл. 1998 г.
3. Патент RU 2249804, кл. G01М 7/08.
Способ нагружения конструкции при испытаниях на прочность, опубл. 2004 г.
4. Патент RU 01811276, кл. G01М 7/08.
Способ испытания объекта на ударные воздействия, опубл. 1995 г.
5. Патент RU 02173449, кл. G01М 7/08.
Способ формирования импульса перегрузки при ударных испытаниях, опубл. 2001 г.
6. Патент RU 02234690, кл. G01М 7/08.
Способ испытаний на ударные воздействия аппаратуры и оборудования, опубл. 2003.