СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ОСЕВОМ ПРИЛОЖЕНИИ НАГРУЗОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF TESTING A STRUCTURE WITH AXIAL APPLICATION OF LOADS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытаний изделий на сжатие при осевом нагружении.
Из уровня техники известен способ испытания изделия при сложном напряженном состоянии, обеспечивающий возможность нагружения изделия как крутящим моментом, так и осевым усилием (описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1628678, дата приоритета 03.04.1989, МПК G01N 3/10), при котором для нагружения изделия осевым усилием используют неподвижный и подвижный захваты, средства для нагружения изделия в виде гидроцилиндра, где в поршне выполнены осевое отверстие и фиксатор для исключения вращения поршня относительно гидроцилиндра.
Из уровня техники известен также выбранный в качестве прототипа способ испытания конструкций при осевом и внецентренном приложении знакопеременных нагрузок, включающий ступенчатое нагружение конструкции нагрузкой одностороннего действия сжатия или растяжения путем приложения нагрузки на образец с измерением величины нагрузок, деформаций материала образца конструкции, отличающийся тем, что испытание образца конструкции на сжатие и растяжение проводят без перестановки образца на испытательном стенде, для чего изменяют направление действия нагрузки на обратное и создают знакопеременное нагружение, причем изменение направления нагрузок создают реверсным устройством, а величину и скорость нагружения - приводом одностороннего действия (описание к патенту на изобретение РФ №2523074, дата приоритета 09.01.2013, МПК G01N 3/08).
К недостаткам вышеуказанного аналога и прототипа относится то, что известные способы испытания конструкций при осевом приложении нагрузок не позволяют обеспечить распределение прилагаемой нагрузки по длине испытываемой конструкции.
Технической проблемой заявляемого изобретения является разработка способа испытания конструкции при осевом приложении нагрузок, способного обеспечить распределение прилагаемой нагрузки по длине испытываемой конструкции.
Техническая проблема решается за счет того, что разработан способ испытания конструкции при осевом приложении нагрузок, состоящий в том, что осуществляют установку испытываемой конструкции на опоре, прикладывают нагрузку к испытываемой конструкции в осевом направлении с помощью источника нагрузки и рычагов, контролируют прикладываемую нагрузку, отличающийся тем, что прикладывают нагрузку с помощью рычажной системы, образующей замкнутый контур, в состав которой входят основной хомут, установленный на испытываемой конструкции в области первого края испытываемой конструкции, основной равноплечный рычаг, установленный в области второго края испытываемой конструкции, по меньшей мере, один дополнительный хомут, установленный на испытываемой конструкции между основным хомутом и основным рычагом, по меньшей мере, одна пара одинаковых по размеру вспомогательных рычагов, все элементы рычажной системы соединены между собой, а также с, по меньшей мере, одним источником нагрузки и с, по меньшей мере, одним измерителем нагрузки, посредством регулируемых по длине тяг, с образованием замкнутого контура, при этом основной рычаг установлен в области второго края конструкции с возможностью поворота относительно точки крепления, либо на самой испытываемой конструкции, либо на упоре, который может быть установлен на испытываемой конструкции в области второго края конструкции и жестко связанном с испытываемой конструкцией, таким образом, что точка крепления основного рычага находится в области продольной оси симметрии конструкции, а сама испытуемая конструкция расположена внутри замкнутого контура рычажной системы, прикладывают необходимую нагрузку с помощью источника нагрузки и контролируют прикладываемую нагрузку с помощью измерителя нагрузки.
В частном случае реализации способа испытания конструкции при приложении нагрузки в осевом направлении к испытываемой конструкции с помощью рычажной системы каждый дополнительный хомут соединяют посредством регулируемых по длине тяг с, по меньшей мере, двумя вспомогательными рычагами таким образом, что первый конец каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов соединяют с дополнительным хомутом, второй конец каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов соединяют с основным хомутом в том случае, если дополнительный хомут является ближайшим к основному хомуту, или, в том случае, если дополнительный хомут не является ближайшим к основному хомуту, второй конец каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов соединяют с предыдущим дополнительным хомутом, установленным на более близком расстоянии по отношению к основному хомуту, срединную часть каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов соединяют с основным равноплечным рычагом или источником нагрузки, или измерителем нагрузки в том случае, если дополнительный хомут является ближайшим по отношению к основному равноплечному рычагу, или, в том случае, если дополнительный хомут не является ближайшим по отношению к основному равноплечному рычагу, срединную часть каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов соединяют с последующим дополнительным хомутом, установленным на более близком расстоянии по отношению к основному равноплечному рычагу.
Технический результат заявляемого способа испытания конструкции при осевом приложении нагрузок, заключающийся в возможности обеспечения приложения распределенных нагрузок, обеспечивается за счет использования определенной конструкции рычажной системы.
Из уровня техники известно устройство для испытания изделия при сложном напряженном состоянии (описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1628678, дата приоритета 03.04.1989, МПК G01N 3/10), содержащее корпус, размещенные в нем подвижный и неподвижный захваты для осевого нагружения изделия, гидроцилиндр с поршнем, связанным с подвижным захватом, и средство для нагружения изделия крутящим моментом, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и обеспечения удобства эксплуатации за счет нагружения изделия осевым усилием и крутящим моментом от одного гидроцилиндра, в поршне выполнены осевое отверстие и фиксатор для исключения вращения поршня относительно гидроцилиндра, а средство для нагружения изделия крутящим моментом выполнено в виде второго поршня, установленного концентрично в первом поршне и образующего с ним винтовую пару, и дополнительного захвата, связанного со вторым поршнем и предназначенного для взаимодействия с боковой поверхностью изделия.
Из уровня техники известен также стенд для испытания конструкций при осевом и внецентренном приложении знакопеременных нагрузок (описание к патенту на изобретение РФ №2523074, дата приоритета 09.01.2013, МПК G01N 3/08), выбранный в качестве прототипа, который содержит основание, установленную на нем подвижную платформу, привод, дополнительно снабженный, по меньшей мере, двумя подвижными силовыми платформами, привод выполнен в виде устройства одностороннего действия, причем на стенде выполнено реверсное устройство, силовое устройство и регулировочный механизм. В частных случаях устройство одностороннего действия выполнено в виде гидравлического домкрата одностороннего действия, реверсное устройство предназначено для изменения направления действия нагрузок на испытываемый образец и выполнено в виде подвижных силовых платформ и направляющих штанг, на которых установлены подвижные силовые платформы с возможностью перемещения, силовое устройство предназначено для создания нагрузки заданной величины и заданной скорости нагружения и выполнено в виде подвижной силовой платформы, которая установлена на направляющих штангах с возможностью перемещения, и гидравлического домкрата одностороннего действия, который установлен с возможностью контактного взаимодействия с подвижной силовой платформой, регулировочный механизм предназначен для регулирования величины перемещений подвижных силовых платформ, изменения направления действия нагрузки и выполнен в виде направляющих штанг и упоров, которые установлены на направляющих штангах и образуют с ними винтовые пары.
К недостаткам вышеуказанного аналога и прототипа относится то, что конструкции известных устройств для испытания конструкций при осевом приложении нагрузок не позволяют обеспечить распределение прилагаемой нагрузки по длине испытываемой конструкции.
Технической проблемой заявляемого изобретения является разработка устройства для испытания конструкции при осевом приложении нагрузок для реализации способа испытания конструкции при осевом приложении нагрузок, способного обеспечить распределение прилагаемой нагрузки по длине испытываемой конструкции.
Техническая проблема решается за счет того, что разработано устройство для испытания конструкции при осевом приложении нагрузок, содержащее опору для удержания испытываемой конструкции, у которой вдоль продольной оси имеется первый край и второй край, источник нагрузки, рычажную систему, измеритель нагрузки, отличающееся тем, что в состав рычажной системы входят основной хомут, установленный на испытываемой конструкции в области первого края испытываемой конструкции, основной равноплечный рычаг, установленный в области второго края испытываемой конструкции, по меньшей мере, один дополнительный хомут, установленный на испытываемой конструкции между основным хомутом и основным рычагом, по меньшей мере, одна пара одинаковых по размеру вспомогательных рычагов, все элементы рычажной системы соединены между собой, а также с, по меньшей мере, одним источником нагрузки и с, по меньшей мере, одним измерителем нагрузки, посредством регулируемых по длине тяг, с образованием замкнутого контура, при этом основной рычаг установлен в области второго края конструкции с возможностью поворота относительно точки крепления, либо на самой испытываемой конструкции, либо на упоре, который может быть установлен на испытываемой конструкции в области второго края конструкции и жестко связанном с испытываемой конструкцией, таким образом, что точка крепления основного рычага находится в области продольной оси симметрии конструкции, а сама испытуемая конструкция расположена внутри замкнутого контура рычажной системы.
В частном случае реализации устройства для испытания конструкции при осевом приложении нагрузок каждый дополнительный хомут соединен посредством регулируемых по длине тяг с, по меньшей мере, двумя вспомогательными рычагами таким образом, что первый конец каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов соединен с дополнительным хомутом, второй конец каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов соединен с основным хомутом в том случае, если дополнительный хомут является ближайшим к основному хомуту, или, в том случае, если дополнительный хомут не является ближайшим к основному хомуту, второй конец каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов соединен с предыдущим дополнительным хомутом, установленным на более близком расстоянии по отношению к основному хомуту, срединная часть каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов соединена с основным равноплечным рычагом или источником нагрузки, или измерителем нагрузки в том случае, если дополнительный хомут является ближайшим по отношению к основному равноплечному рычагу, или, в том случае, если дополнительный хомут не является ближайшим по отношению к основному равноплечному рычагу, срединная часть каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов соединена с последующим дополнительным хомутом, установленным на более близком расстоянии по отношению к основному равноплечному рычагу.
Технический результат заявляемого устройства для испытания конструкции при осевом приложении нагрузок для реализации способа испытания конструкции при осевом приложении нагрузок, заключающийся в возможности обеспечения приложения распределенных нагрузок, обеспечивается за счет определенной конструкции рычажной системы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен пример конкретного исполнения устройства для испытания конструкции при осевом приложении нагрузок, предназначенного для реализации способа испытания конструкции при осевом приложении нагрузок, а на фиг. 2 изображен укрупненный вид соединения дополнительного хомута и вспомогательного рычага посредством тяг.
Способ испытания конструкции при осевом приложении нагрузок иллюстрируется изображением устройства для испытания конструкции при осевом приложении нагрузок (см. фиг. 1) и состоит в том, что на опоре (1) устанавливают испытываемую конструкцию (2), к которой прикладывают нагрузку в осевом направлении, и контролируют прикладываемую нагрузку с помощью рычажной системы (3), которая образует замкнутый контур и в общем случае состоит из регулируемых по длине тяг (6), основного хомута (7), основного равноплечного рычага (8), по меньшей мере, одного дополнительного хомута (9), а также, по меньшей мере, одной пары одинаковых по размеру вспомогательных рычагов (10), источника нагрузки (4) и измерителя нагрузки (5). Источник нагрузки (4) может быть выполнен в виде гидроцилиндра, измеритель нагрузки (5) может быть выполнен, например, в виде динамометра.
1
1
Основной хомут (7) устанавливают на испытываемой конструкции (2) в области первого края испытываемой конструкции (2). Основной равноплечный рычаг (8) устанавливают в области второго края испытываемой конструкции (2) с возможностью поворота относительно точки крепления O либо на самой испытываемой конструкции (2), либо на упоре (11), который может быть жестко установлен на испытываемой конструкции (2) в области второго края конструкции (2), таким образом, что точка крепления O основного равноплечного рычага (8) находится в области продольной оси симметрии испытываемой конструкции (2) По меньшей мере, один дополнительный хомут (9) устанавливают на испытываемой конструкции (2) между основным хомутом (7) и основным равноплечным рычагом (8). Испытываемая конструкция (2) расположена внутри замкнутого контура рычажной системы (3).
В частном случае реализации при приложении нагрузки в осевом направлении к испытываемой конструкции (2) с помощью рычажной системы (3) каждый дополнительный хомут (9) соединяют посредством регулируемых по длине тяг (6) с, по меньшей мере, двумя вспомогательными рычагами (10) таким образом, что первый конец каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов (10) соединяют с дополнительным хомутом (9), второй конец каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов (10) соединяют с основным хомутом (7) в том случае, если дополнительный хомут (9) является ближайшим к основному хомуту (7), или, в том случае, если дополнительный хомут (9) не является ближайшим к основному хомуту (7), второй конец каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов (10) соединяют с предыдущим дополнительным хомутом (9), установленным на более близком расстоянии по отношению к основному хомуту (7), срединную часть каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов (10) соединяют с основным равноплечным рычагом (8) или источником нагрузки (4), или измерителем нагрузки (5) в том случае, если дополнительный хомут (9) является ближайшим по отношению к основному равноплечному рычагу (8), или, в том случае, если дополнительный хомут (9) не является ближайшим по отношению к основному равноплечному рычагу (8), срединную часть каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов (10) соединяют с последующим дополнительным хомутом (9), установленным на более близком расстоянии по отношению к основному равноплечному рычагу (8) (см. фиг. 2).
Устройство для испытания конструкции при осевом приложении нагрузок, предназначенное для реализации способа испытания конструкции при осевом приложении нагрузок, пример конкретного исполнения которого представлен на фиг. 1, содержит опору (1) для установки на ней испытываемой конструкции (2) таким образом, чтобы продольная ось испытываемой конструкции (2) была расположена в плоскости, параллельной полу, с ограничением передвижения в поперечном направлении, а также с ограничением вращательного перемещения вокруг продольной оси, при этом испытуемая конструкция (2) может быть как установлена на опоре (1), так и быть подвешена к опоре (1), например, как изображено на фиг. 1. У испытываемой конструкции (2) вдоль продольной оси имеется первый край и второй край.
Устройство для испытания конструкции при осевом приложении нагрузок включает также рычажную систему (3), в состав которой входит, по меньшей мере, один источник нагрузки (4), например, гидроцилиндр, а также, по меньшей мере, один измеритель нагрузки (5), например, динамометр.
1
Рычажная система представляет собой замкнутый контур, все элементы которого соединены между собой посредством регулируемых по длине тяг (6). Помимо, по меньшей мере, одного источника нагрузки (4), а также, по меньшей мере, одного измерителя нагрузки (5), рычажная система (3) включает в свой состав основной хомут (7), установленный на испытываемой конструкции (2) в точке крепления O в области первого края испытываемой конструкции (2), основной равноплечный рычаг (8), установленный в области второго края испытываемой конструкции (2), по меньшей мере, один дополнительный хомут (9), установленный на испытываемой конструкции (2) между основным хомутом (7) и основным равноплечным рычагом (8), по меньшей мере, одну пару одинаковых по размеру вспомогательных рычагов (10).
4
4
Основной равноплечный рычаг (8) установлен в области второго края испытываемой конструкции (2) с возможностью поворота относительно точки крепления (O), либо на самой испытываемой конструкции (2), либо на упоре (11), который может быть установлен на испытываемой конструкции (2) в области второго края конструкции (2) и жестко связанном с испытываемой конструкцией (2), таким образом, что точка крепления основного рычага (O) находится в области продольной оси симметрии испытываемой конструкции (2), а сама испытуемая конструкция (2) расположена внутри замкнутого контура рычажной системы (3).
4
3
3
Каждый дополнительный хомут (9) соединен посредством регулируемых по длине тяг (6) с, по меньшей мере, двумя вспомогательными рычагами (10) с выполнением условия того, что для каждого вспомогательного рычага (10) сумма моментов в точке O должна быть равной нулю. При соединении дополнительного хомута (9) и по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов (10) первый конец каждого вспомогательного рычага (10) соединен с дополнительным хомутом (9), второй конец каждого вспомогательного рычага (10) соединен с основным хомутом (7) в том случае, если дополнительный хомут (9) является ближайшим к основному хомуту (7), или, в том случае, если дополнительный хомут (9) не является ближайшим к основному хомуту (7), второй конец каждого вспомогательного рычага (10) соединен с предыдущим дополнительным хомутом (9), установленным на более близком расстоянии по отношению к основному хомуту (7), срединная часть (О) каждого вспомогательного рычага (10) соединена с основным равноплечным рычагом (8) или источником нагрузки (4) или измерителем нагрузки (5) в том случае, если дополнительный хомут (9) является ближайшим по отношению к основному равноплечному рычагу (8), или, в том случае, если дополнительный хомут (9) не является ближайшим по отношению к основному равноплечному рычагу (8), срединная часть (O) каждого вспомогательного рычага (10) соединена с последующим дополнительным хомутом (9), установленным на более близком расстоянии по отношению к основному равноплечному рычагу (8).
Устройство для испытания конструкции при осевом приложении нагрузок работает следующим образом. На опоре (1) закрепляют испытываемую конструкцию (2). Затем на конструкции (2) устанавливают рычажную систему (3), которая образует замкнутый контур и в общем случае состоит из регулируемых по длине тяг (6), основного хомута (7), основного равноплечного рычага (8), по меньшей мере, одного дополнительного хомута (9), а также, по меньшей мере, одной пары одинаковых по размеру вспомогательных рычагов (10), источника нагрузки (4) и измерителя нагрузки (5). Источник нагрузки (4) может быть выполнен в виде гидроцилиндра, измеритель нагрузки (5) может быть выполнен, например, в виде динамометра.
1
1
Основной хомут (7) устанавливают на испытываемой конструкции (2) в области первого края испытываемой конструкции (2). Основной равноплечный рычаг (8) устанавливают в области второго края испытываемой конструкции (2) с возможностью поворота относительно точки крепления O либо на самой испытываемой конструкции (2), либо на упоре (11), который может быть жестко установлен на испытываемой конструкции (2) в области второго края конструкции (2), таким образом, что точка крепления O основного равноплечного рычага (8) находится в области продольной оси симметрии испытываемой конструкции (2) По меньшей мере, один дополнительный хомут (9) устанавливают на испытываемой конструкции (2) между основным хомутом (7) и основным равноплечным рычагом (8). Испытываемая конструкция (2) расположена внутри замкнутого контура рычажной системы (3).
В частном случае реализации при приложении нагрузки в осевом направлении к испытываемой конструкции (2) с помощью рычажной системы (3) каждый дополнительный хомут (9) соединяют посредством регулируемых по длине тяг (6) с, по меньшей мере, двумя вспомогательными рычагами (10) таким образом, что первый конец каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов (10) соединяют с дополнительным хомутом (9), второй конец каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов (10) соединяют с основным хомутом (7) в том случае, если дополнительный хомут (9) является ближайшим к основному хомуту (7), или, в том случае, если дополнительный хомут (9) не является ближайшим к основному хомуту (7), второй конец каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов (10) соединяют с предыдущим дополнительным хомутом (9), установленным на более близком расстоянии по отношению к основному хомуту (7), срединную часть каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов (10) соединяют с основным равноплечным рычагом (8) или источником нагрузки (4), или измерителем нагрузки (5) в том случае, если дополнительный хомут (9) является ближайшим по отношению к основному равноплечному рычагу (8), или, в том случае, если дополнительный хомут (9) не является ближайшим по отношению к основному равноплечному рычагу (8), срединную часть каждого из, по меньшей мере, двух вспомогательных рычагов (10) соединяют с последующим дополнительным хомутом (9), установленным на более близком расстоянии по отношению к основному равноплечному рычагу (8) (см. фиг. 2).