УСТАНОВКА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ УДАРНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
APPARATUS FOR SIMULATING IMPACT MECHANICAL LOAD WITH CONTROLLED CHARACTERISTICS

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область использования - динамические (ударные) испытания узлов изделий, в частности узлов ракетных и артиллерийских снарядов в лабораторно-стендовых условиях.
Ударные длительные воздействия являются одними из видов механических нагрузок, которым подвергаются узлы при взаимодействии изделия с преградой. При этом на изделие действуют нагрузки в продольном и в поперечном направлениях, которые сравнимы по величине. При отработке прочностных характеристик существующих и вновь создаваемых конструкций с помощью специальных установок формируют ударную нагрузку, осуществляют динамическое воздействие на объект исследования (ОИ) и последующую оценку состояния ОИ. При проведении испытаний необходимо обеспечить возможность воспроизведения приближенных к натурным условий ударного нагружения ОИ, которые соответствуют условиям, реализующимся при встрече отрабатываемого изделия с преградой. Т.о., предлагаемое изобретение направлено на решение задачи по повышению информативности о состояние ОИ при воздействии асимметричных механических нагрузок в продольном и поперечном направлениях.
Известна установка для моделирования воздействия интенсивных импульсных механических нагрузок на узлы ракетно-артиллерийского вооружения (Ботвинкин А.К., Родионов А.В., Хворостин В.П., Москва, Российская Академия ракетных и артиллерийских наук, Известия РА РАН, выпуск 3 (48), 2006, с. 14-18). Установка включает массивный откатник, взрывную камеру с зарядом взрывчатого вещества (ВВ), узел формирования внешнего ударного воздействия на ОИ, узел, предназначенный для установки ОИ, разгонный отсек, пневмоотсек, мембранные отсеки.
Известная установка не обеспечивает регулирование параметров ударного импульса. При использовании известной установки на ОИ реализуется ударное ускорение, не соответствующее реальным воздействиям.
Известна другая установка для моделирования ударной механической нагрузки с регулируемыми характеристиками (патент RU 2568178, публик. 10.11.2015), выбранная в качестве ближайшего аналога по наибольшему количеству сходных признаков и решаемой задаче. Эта установка содержит устройство формирования внешнего ударного воздействия, разгонный отсек, в котором размещен контейнер, снабженный держателем ОИ, позволяющим изменять положение ОИ для регулирования характеристик ударной нагрузки, и тормозной отсек. Устройство формирования внешнего ударного воздействия включает источник газов высокого давления, сообщающийся с камерой высокого давления, соединенной с полостью разгонного отсека (ствола), в котором установлен контейнер, выполненный в виде полого поршня. Держатель ОИ выполнен в виде связанного с контейнером стола. Для обеспечения возможности оценки стойкости ОИ к динамическим нагрузкам, близким к реализующимся в натурных условиях, и формирования широкого спектра вариантов нагружения, из которых можно выбрать необходимый для обеспечения заданного изменения амплитуды и направления ускорения относительно геометрических осей ОИ, в контейнере дополнительно размещены, по крайней мере, одно устройство вращения и, по крайней мере, один ограничитель вращения стола, а стол закреплен с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной продольной оси ствола, на кронштейне, жестко закрепленном в контейнере, при этом предусмотрены различные варианты расположения в контейнере центров масс сборки стола с ОИ и центра масс ОИ.
Недостатком ближайшего аналога является то, что формируемые нагрузки не обеспечивают параметры, воздействие которых требуется оценить при взаимодействии ОИ с преградой. Требуемые нагрузки для условий, соответствующих взаимодействию ОИ с преградой, должны быть не только определенной величины продольной и поперечной составляющих, но и определенной длительности. Кроме этого, наличие приводов вращения стола с ОИ и большого количества соединительных узлов в конструкции контейнера приводит к увеличению металлоемкости, сложности, формированию посторонних нагрузок на ОИ.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание требуемых величин продольной и поперечной нагрузок, моделируемых при ударном воздействии на объект исследования при требуемом диапазоне длительностей воздействия. Дополнительным техническим результатом является существенное упрощение конструкции контейнера.
Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что в установке для моделирования ударной механической нагрузки с регулируемыми характеристиками, содержащей устройство формирования внешнего ударного воздействия и контейнер, снабженный держателем объекта исследования, позволяющим изменять положение объекта исследования для регулирования характеристик ударной нагрузки, новым является то, что держатель жестко скреплен с контейнером и в нем выполнено, по крайней мере, одно посадочное место под размещение объекта исследования, при этом держатель выполнен сменным, с возможностью замены на другой держатель, различающийся углом наклона посадочного места к оси контейнера, который выбирают из условия обеспечения требуемых величин продольной и поперечной нагрузок, моделируемых при ударном воздействии на объект исследования.
Контейнер может быть снабжен акселерометром для контроля по трем осям величины ударного воздействия.
При выполнении в держателе более одного посадочного места под установку объекта исследования, посадочные места выполняют с различными углами наклона к оси контейнера.
Выполнение держателя с посадочным местом под размещение объекта исследования и жестко скрепленным с контейнером, позволяет простыми средствами обеспечить надежность фиксации ОИ в наклонном положении при точно заданном угле наклона, чтобы достичь требуемого соотношения величин продольной и поперечной нагрузок, моделируемых при ударном воздействии на объект исследования.
Выполнение держателя сменным, с возможностью замены на другой держатель, различающийся утлом наклона посадочного места к оси контейнера, позволяет, изменяя положение ОИ, изменять ориентацию нагрузок, действующих на ОИ, варьировать величины продольных и поперечных механических нагрузок и обеспечивает точное моделирование длительности ударного воздействия при существенном упрощении установки.
Выбор утла наклона посадочного места из условия обеспечения требуемых величин продольной и поперечной нагрузок, моделируемых при ударном воздействии на объект исследования, позволяет моделировать избирательно и определенной длительности нагрузки на ОИ, которые соответствуют условиям, реализующимся при встрече с преградой, исключая влияния усилий иного характера на ИО во время проведения опыта.
Выполнение в держателе более одного посадочного места под установку объекта исследования, позволяет уменьшает материальные затраты.
На чертеже схематично изображен контейнер для размещения ОИ, входящий в конструкцию установки для моделирования ударной нагрузки, где:
1 - дно контейнера;
2 - держатель ОИ;
3 - ОИ;
4 - корпус контейнера;
5 - крышка контейнера;
6 - болт M12.
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить установка для моделирования ударной нагрузки, предназначенная для экспериментальной отработки изделий на воздействие механических нагрузок. Установка содержит устройство формирования внешнего ударного воздействия, включающее заряд бризантного взрывчатого вещества (ВВ), обеспечивающий необходимую энергию нагружающего импульса, разгонный отсек, в котором размещен контейнер с объектом исследования, тормозной отсек. Контейнер представляет собой полый стальной цилиндр с жестко скрепленным с ним дном и крышкой. Контейнер выполнен с возможностью установки сменных держателей. В держателе выполнено посадочное место под установку ОИ. Держатель жестко скреплен с дном контейнера с помощью болта Ml2. Держатели различаются углом наклона посадочного места к оси контейнера, причем угол наклона выбирают из условия обеспечения требуемых величин продольной и поперечной нагрузок, моделируемых при ударном воздействии на объект исследования. Для обеспечения требуемых величин продольной и поперечной нагрузок расчетно-экспериментальным путем были определены утлы наклона. Так, например, при соотношении величин продольной и поперечной нагрузок 2:1, угол наклона составляет 26°64', при соотношении 1:2 - 15°, при 3:1 - 20°, при 1:1 - 45°. Для контроля по трем осям величины ударного воздействия на ОИ установлен акселерометр АДП23. При выполнении в держателе двух посадочных мест под установку объекта исследования, их выполняют с разными углами наклона к оси контейнера: 27° и 15°.
Работа заявляемого устройства заключается в следующем.
Перед проведением испытаний для заданного соотношения величин продольной и поперечной нагрузок, моделируемых при ударном воздействии на ОИ 3 с помощью устройства формирования внешнего ударного воздействия (на рисунке не показано), подбирают одно из положений ОИ 3 относительно оси контейнера 4, определяемое углом наклона посадочного места, выполненного в сменном держателе 2, (угол между продольной осью ОИ 3 и осью контейнера 4). Конструктивной особенностью контейнера 4 является то, что он позволяет размещать ОИ 3 под различными углами, тем самым позволяет варьировать отношение продольных и поперечных механических нагрузок. Выбранный держатель 2 (с выполненным в нем под определенным углом посадочным местом) жестко скрепляют с дном 1 контейнера 4. Контейнер закрывают крышкой 5. Затем осуществляют подрыв заряда ВВ, и контейнер 4 с установленным в нем ОИ 3 под воздействием давления продуктов взрыва совершает ускоренно-поступательное движение в разгонном отсеке. После прохождения контейнером 4 дренажных отверстий, выполненных на конечном участке разгонного отсека, продукты взрыва через них выходят в окружающее пространство, а контейнер 4 начинает останавливаться в тормозном отсеке. Нагрузка, приходящаяся на ОИ 4, имеет определенное соотношение величин продольной и поперечной составляющих. Регистрация продольной и поперечной нагрузок, реализующихся на ОИ, осуществляют трехпозиционным акселерометром, установленным на ОИ.
С помощью заявляемой установки была проведена серия опытов, которая показала ее работоспособность и возможность достижения указанного результата. Таким образом, предложенная установка для моделирования ударной нагрузки позволяет обеспечить в процессе нагружения требуемое соотношение величин продольной и поперечной нагрузок при существенном упрощении конструкции, что дает возможность проводить оценку стойкости ОИ к длительным импульсным механическим нагрузкам, близким к реализующимся в натурных условиях при взаимодействии с преградой.