ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ ТОНКОСТЕННЫХ ПОДКРЕПЛЕННЫХ ОБОЛОЧЕК

Полезная модель относится к области учебных и наглядных пособий по строительной механике и может быть использована в учебном процессе ВУЗов.
Известен учебный прибор по строительной механике, содержащий закрепленные на основании нижнее зажимное устройство и стойку, установленное на стойке нагружающее устройство, выполненное в виде рычага с грузом, шарнирно связанного с толкателем, установленным в направляющем стакане, связанное с толкателем верхнее зажимное устройство, с установленным между зажимными устройствами деформируемым объектом (Рубашников А.Г. Лабораторные установки по сопротивлению материалов. Москва: "Высшая школа", 1966 г., с.137.).
Недостатком этого прибора является невозможность демонстрации потери устойчивости тонкостенных конструкций от действия крутящего момента.
Также известен учебный прибор по строительной механике, содержащий закрепленные на основании нижнее зажимное устройство и стойку, выполненную в виде винта, установленное на стойке нагружающее устройство, выполненное в виде телескопического рычага с грузом, шарнирно связанного с толкателем, установленным в направляющем стакане, связанное с толкателем верхнее зажимное устройство, установленный между зажимными устройствами деформируемым объект - цилиндрическую оболочку, винтовой ограничитель, установленный на нижнем зажимном устройстве, причем зажимные устройства выполнены в виде дисков, на торцевых поверхностях которых установлены кольцевые приспособления для крепления торцов деформируемого объекта, диск нижнего зажимного устройства имеет каналы для соединения с насосом и вакуум-насосом,
нагружающее устройство связано с винтом стойки посредством ходовой и стопорной гаек, а груз установлен на рычаге с возможностью осевого перемещения (Авторское свидетельство №1756928 G 09 В 23/06).
Недостатком этого прибора является невозможность демонстрации потери устойчивости тонкостенных конструкций от действия крутящего момента, а также при совместном действии крутящего момента и внутреннего или внешнего избыточного давления.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей, заключающееся в демонстрация потери устойчивости от действия крутящего момента.
Поставленная цель достигается тем, что в приборе для демонстрации потери устойчивости тонкостенных подкрепленных оболочек, содержащем закрепленные на основании нижнее зажимное устройство и стойку, выполненную в виде винта, установленное на стойке нагружающее устройство, выполненное в виде телескопического рычага с грузом, шарнирно связанного с толкателем, установленным в направляющем стакане, связанное с толкателем верхнее зажимное устройство, установленный между зажимными устройствами деформируемым объект- цилиндрическую оболочку, винтовой ограничитель, установленный на нижнем зажимном устройстве, причем зажимные устройства выполнены в виде дисков, на торцевых поверхностях которых установлены кольцевые приспособления для крепления торцов деформируемого объекта, диск нижнего зажимного устройства имеет каналы для соединения с насосом и вакуум-насосом, нагружающее устройство связано с винтом стойки посредством ходовой и стопорной гаек, груз установлен на рычаге с возможностью осевого перемещения, верхнее зажимное устройство выполнено с возможностью вращения в горизонтальной плоскости относительно винтового ограничителя и к боковой поверхности верхнего зажимного устройства прикреплен рычаг, на основании установлена дополнительная стойка, снабженная верхним и нижним блоками, причем верхний блок укреплен с возможностью
вертикального перемещения по стойке и снабжен фиксирующим винтом, нижний блок снабжен рычагом и соединен с рычагом верхнего зажимного устройства, посредством жестко закрепленного троса перекинутого через верхний блок, тросе между верхним блоком и верхним зажимным устройством установлен динамометр.
На фиг.1 и фиг.2 показана схема предлагаемого прибора для демонстрации потери устойчивости тонкостенных подкрепленных оболочек.
Прибор имеет закрепленные на основании 1 нижнее зажимное устройство 2 и стойку 3, выполненную в виде винта. Верхнее зажимное устройство 4 связано с нагружающим устройством, закрепленным на стойке 3 посредством ходовой гайки 5 и стопорной гайки 6, между которыми установлена втулка 7. С втулкой 7 связан телескопический рычаг 8, на котором с возможностью осевого перемещения установлен груз 9. Рычаг 8 связан с верхним зажимным устройством 4 посредством установленного в направляющем стакане 10 толкателя 11. Стакан 10 телескопической тягой 12 соединен со втулкой 7. Телескопический рычаг 8 и телескопическая тяга 12 выполнены с возможностью фиксации винтами 13 и 14 в заданном положении. На нижнем зажимном устройстве 2 установлен винтовой ограничитель 15. Зажимные устройства 2 и 4 выполнены в виде дисков, на торцевых поверхностях которых установлены кольцевые приспособления 16 для крепления торцов цилиндрической оболочки 17. Кольцевые приспособления 16 состоят из двух камер давления, одна сторона которых, обращенная к оболочке 17, выполнена в виде эластичной мембраны 18. Диск нижнего зажимного устройства 2 имеет канал 19 для соединения трубопроводом с пультом управления 20, который связан с вакуум-насосом 21 и насосом 22. Кроме того в каждую камеру всех кольцевых приспособлений 16 для крепления торцов цилиндрической оболочки 17 от пульта управления 20 подается сжатый воздух (не показано). На пульте управления 20 расположены вакуумметр 23 и манометры 24 и 25 (не показаны). Верхнее зажимное устройство 4 выполнено с возможностью
вращения в горизонтальной плоскости относительно винтового ограничителя 15 и к боковой поверхности верхнего зажимного устройства 4 прикреплен рычаг 26. На основании установлена дополнительная стойка 27, снабженная верхним 28 и нижним 29 блоками, причем верхний блок укреплен с возможностью вертикального перемещения по стойке 27 и снабжен фиксирующим винтом 30, нижний блок снабжен рычагом 31 и соединен с верхним зажимным устройством, посредством жестко закрепленного троса 32 перекинутого через верхний блок 28, в тросе между верхним блоком и верхним зажимным устройством установлен динамометр 33.
Прибор работает следующим образом.
Испытываемую оболочку 17 устанавливают в кольцевые приспособления 16 зажимных устройств 2 и 4. Ограничитель 15 установлен таким образом, чтобы между его верхним торцом и низом верхнего зажимного устройства 4 был зазор, обеспечивающий максимально допустимые перемещения оболочки в момент потери устойчивости (с помощью гаек 5 и 6 устанавливают высоту нагружающего устройства в соответствии с длиной оболочки).
Демонстрация явления потери устойчивости и определения критической силы гладких и подкрепленных цилиндрических оболочек расширяется по сравнению с прототипом за счет:
- нагружения крутящим усилием.
В исходном положении толкатель 11 нагружающего устройства не соприкасается с верхним зажимным устройством 4. Верхний блок 28 устанавливают на требуемой высоте дополнительной стойки 27 и фиксируют винтом 30. Нагружение цилиндрической оболочки 17 осуществляют поворотом рычага 31 укрепленного на нижнем блоке 29. Величина критической силы отсчитывают по динамометру 33;
- нагружения крутящим усилием и избыточным внутренним давлением.
В исходном положении толкатель 11 нагружающего устройства не соприкасается с верхним зажимным устройством 4. Верхний блок 28
устанавливают на требуемой высоте дополнительной стойки 27 и фиксируют винтом 30. Включают насос 22 и надувают оболочку заданным давлением. Величина избыточного давления во внутренней полости оболочки контролируется по манометру 24. Нагружение цилиндрической оболочки 17 осуществляют поворотом рычага 31 укрепленного на нижнем блоке 29. Величина критической силы отсчитывают по динамометру 33.
Нагружение крутящим усилием и избыточным внешним давлением.
В исходном положении толкатель 11 нагружающего устройства не соприкасается с верхним зажимным устройством 4. Верхний блок 28 устанавливают на требуемой высоте дополнительной стойки 27 и фиксируют винтом 30. Нагружение цилиндрической оболочки 17 осуществляют поворотом рычага 31 укрепленного на нижнем блоке 29 до величины сдвигающего усилия меньшего критической силе. Далее включается вакуум-насос 21 до момента наступления потери устойчивости оболочки. Степень разряжения во внутренней поверхности оболочки контролируется по вакуумметру 23.
Предлагаемая учебная установка позволяет демонстрировать потерю устойчивости тонкостенной подкрепленной оболочки от действия осевой сжимающей силой, крутящего момента, внешним или внутренним избыточным давлением, а также их комбинацией, что существенно расширяет дидактические возможности при изучении явления потери устойчивости подкрепленных цилиндрических оболочек, обеспечивая наглядность картины потери устойчивости при расширении возможности нагружения.