Curs 1. Caracteristicile dinamice ale elementelor structurale,
reductibilă la sisteme cu un grad de libertate
Schema cursului
Amortizarea și caracteristicile sale.
Metode experimentale pentru determinarea caracteristicilor de amortizare.
Factori care influențează proprietățile de amortizare ale materialelor.
Oscilații forțate ale unui sistem cu o singură masă.
Comportamentul sistemului în regiunea privată, răspunsul în frecvență și răspunsul de fază.
1. Amortizarea și caracteristicile sale
Studiul dinamicii structurale este de mare importanță pentru înțelegere și evaluare caracteristici de performanta orice produs. Caracteristicile dinamice bune sunt baza pentru o funcționare continuă și satisfăcătoare. Analiza proprietăților dinamice ale unei structuri este necesară pentru a-i evalua caracteristicile de performanță și oboseala materialului. Cea mai importantă caracteristică a sistemului este amortizarea. În condiții de rezonanță, comportamentul sistemului și factorul de calitate sunt determinate numai de proprietățile sale de amortizare. La rezonanță, sistemul se comportă ca un amortizor „pur”. Amortizarea este orice efect care disipează energia sistemului.
Oscilațiile unui sistem real cauzate de o singură perturbare se degradează treptat. Cauza atenuării, pe lângă rezistența gaz-dinamică, sunt forțele de rezistență inelastică cauzate de frecarea internă a materialului structurii oscilante, frecarea în perechi și suporturi cinematice și frecarea cu mediul extern. Aceste forțe determină disiparea (disiparea) energiei mecanice. Capacitatea unui sistem de a absorbi energia deformarii ciclice se numeste capacitate de amortizare.
Capacitatea de amortizare determină atenuarea vibrațiilor libere și limitarea amplitudinii vibrațiilor rezonante ale sistemului și ale elementelor acestuia, care este unul dintre principalii factori în rezistența dinamică a elementelor vibrante și funcționarea stabilă a dispozitivelor și microdispozitivelor microsistemului.
Forțele de rezistență inelastice sunt legate de viteze v puncte ale sistemului și pentru a le descrie folosesc o lege a puterii
Unde k 1 ,n- obișnuiți cu experiență.
La n= 1 expresie (1) descrie rezistența liniară.
Datorită frecării interne în timpul deformării ciclice a materialelor, se observă o abatere de la legea lui Hooke, adică. relația dintre stres și deformare este descrisă nu printr-o relație liniară, ci prin două curbe care formează o buclă de histerezis. Acest lucru se aplică și conexiunii dintre sarcină P pe sistem și mișcarea corespunzătoare x (Fig. 1).
Fig.1 . Bucla de histerezis
O măsură a disipării energiei în timpul oscilațiilor pe ciclu este aria buclei de histerezis W, care este determinată doar de amplitudinea deplasării și este descrisă de dependență
Unde - amplitudinea miscarii; k 2 ,n- constanta, in functie de material si tipul constructiei.
În timpul vibrațiilor longitudinale și de încovoiere, tensiunile normale în materialele vâscoelastice sunt asociate cu deformarea relativă prin egalitate
în timpul vibraţiilor de torsiune, solicitările tangenţiale sunt reprezentate sub formă
Unde , G - module de elasticitate și forfecare; , - deformaţii liniare şi unghiulare; b- coeficientul de amortizare.
Să luăm în considerare vibrațiile libere ale unui sistem cu o singură masă cu rezistență liniară folosind exemplul modelului vâscoelastic prezentat în Fig. 2. Ținând cont de forțele elastice kx și rezistența vâscoasă liniară, ecuația diferențială a mișcării masei are forma
Unde m- greutate; b- coeficientul de amortizare în sistem; k - rigiditatea suspensiei elastice a masei; x- miscarea.
Fig.2. Modelul unui corp vâscoelastic
Să notăm și b/ 2m = n. Aici coeficientul n caracterizează amortizarea redusă în sistem, nu trebuie confundat cu exponentul din ecuațiile (1) și (2).
Să scriem ecuația diferențială (4) sub forma
unde este frecvența circulară naturală a sistemului ( ) ; - coeficientul relativ de amortizare ().
Soluția generală a ecuației (5), supusă inegalității, poate fi reprezentată sub forma
Unde X - amplitudinea initiala si respectiv unghiul de faza; - frecventa circulara a oscilatiilor amortizate; n- amortizare redusa; t- timp.
Curba de oscilație este prezentată în Fig. 3, unde este vizibilă natura amortizată a procesului cu o frecvență circulară.
Fig.3 . Curba de oscilatie amortizata
Să luăm în considerare abaterile succesive corespunzătoare acelor momente în timp când:
Unde t 1 - timpul corespunzător primei abateri mari; T- durata unui ciclu oscilator,
Raportul a două valori succesive ale amplitudinii de vârf rămâne constant în orice moment:
Prin urmare, pentru orice valoare i egalitatea este adevărată
Magnitudinea nT = se numește decrementul de amortizare a oscilației logaritmice și este utilizat ca o caracteristică a proprietăților de amortizare ale sistemului oscilator.
Indiferent de natura pierderilor de energie pentru caracteristica principală a proprietăților de amortizare a sistemelor mecanice la o amplitudine dată o oscilațiile constante sunt considerate a fi disipare relativă a energiei
unde este energia disipată ireversibil per ciclu de oscilație; - energia de amplitudine a deformarii elastice.
Din (6) este clar că disiparea relativă a energiei este de două ori decrementul logaritmic.
Factorul de calitate a sistemului Q se exprimă ca raportul dintre amplitudinea maximă de rezonanță a oscilațiilor sistemului și deformarea acestuia din acțiunea unei forțe motrice statice. Magnitudinea Q–1, inversul său, se numește frecare internă.
În timpul vibrațiilor în materialele vâscoelastice, se observă o schimbare de fază între efort și deformare cu un anumit unghi . Tensiunea poate fi reprezentată ca suma a două componente (Fig. 4), unde j- unitate imaginară. Componenta coincide in directie cu deformarea si este asociata cu energia elastica a corpului. Componenta conduce deformarea cu 90 și este asociată cu pierderea de energie. Prin urmare, tangenta de defazare tg, numită și tangenta de pierderi, este adesea folosită pentru a caracteriza proprietățile de amortizare ale unui material.
Fig.4. Diagrama tensiunii vectoriale
Caracteristicile de amortizare indicate sunt legate între ele prin următoarele relații:
Exemplu. Determinați scăderea logaritmică și modificarea frecvenței circulare naturale datorată amortizării, dacă în timpul unui ciclu oscilator amplitudinea oscilațiilor sistemului elastic este înjumătățită.
Folosind formula (6) găsim decrementul logaritmic al oscilațiilor
de unde determinăm amortizarea redusă
Din această ecuație constatăm că amortizarea redusă este foarte mică în comparație cu frecvența circulară naturală a sistemului: .
Să determinăm frecvența circulară naturală a oscilațiilor amortizate
care diferă cu 0,6% de frecvenţa oscilaţiilor neamortizate.
2. Metode experimentale pentru determinarea caracteristicilor de amortizare
Rezolvarea problemelor practice despre vibrații necesită informații fiabile despre caracteristicile amortizarii structurale, care pot fi obținute cu exactitate doar experimental.
Metoda de oscilație amortizată gratuită cel mai des folosit datorită simplității experimentului. Metoda presupune obținerea de oscilograme de oscilații amortizate libere ale unui sistem mecanic. După rata de scădere a amplitudinii O vibraţiile determină disiparea relativă a energiei
Unde X iși - două amplitudini ulterioare la început și, respectiv, la sfârșit i- a-a perioadă de oscilație.
La construirea anvelopei oscilaţiilor amortizate X(N) (Fig. 5) valoarea decrementului logaritmic corespunde strict cu 0,5 X. Pentru orice nivel de atenuare și orice dependență de amplitudine, decrementul logaritmic este determinat de formula
unde este numărul de cicluri din zona de sub tangenta trasată la anvelopă în punctul cu amplitudinea luată în considerare.
Fig.5. Determinarea decrementării din anvelopa oscilațiilor amortizate
Metoda curbei de rezonanță se bazează pe obţinerea unei caracteristici experimentale amplitudine-frecvenţă - dependenţa de amplitudine O deplasarea (deformarea) oscilațiilor în regim staționar de la frecvența de excitație armonică (Fig. 6). Proprietățile de amortizare ale sistemului sunt evaluate prin lățimea vârfului sau văii.
Fig.6. Caracteristică amplitudine-frecvență a sistemului oscilator
Pentru sisteme liniare și nivelurile de vârf de rezonanță utilizate în practică = 0,5 și = 0,707 (vezi Fig. 6), se folosesc următoarele expresii pentru decrementul de oscilație logaritmică corespunzătoare frecvenței de oscilație rezonantă a sistemului:
unde este frecvența de rezonanță; este lățimea vârfului rezonant la nivelul al înălțimii sale.
3. Factori care afectează proprietățile de amortizare ale materialelor
Materialele tehnice, într-o măsură mai mare sau mai mică, absorb energia deformării ciclice, transformând-o în căldură, care este apoi disipată. Capacitatea de amortizare a materialelor structurale este considerată ca o caracteristică independentă, determinată experimental ținând cont de factori reali tehnologici și operaționali. Materialele structurale cunoscute diferă în ceea ce privește capacitatea de amortizare destul de semnificativ (cu trei ordine de mărime). Următoarele sunt valori maxime aproximative ale scăderii vibrației logaritmice pentru diferite materiale la o amplitudine a tensiunii egală cu o zecime din limita de curgere a unui material dat, la temperatura camerei:
Materiale metalice
Aliaje de magneziu 0,13…0,3
Aliaje mangan-cupru 0,10…0,25
Aliaje nichel-titan 0,10…0,15
Aliaje cobalt-nichel 0,06…0,12
Aliaje cupru-aluminiu 0,04…0,1
Oțel crom 0,01…0,04
Oțel carbon 0,002…0,01
Aliaje de aluminiu 0,001…0,01
Alamă și bronz 0,001…0,003
Aliaje de titan 0,005…0,0015
Materiale nemetalice
Cauciuc umplut 0,1…0,5
Nailon 0,25…0,45
Fluoroplastic 0,17…0,45
Polipropilenă 0,36…0,40
Polietilenă 0,26…0,39
Plexiglas 0,14…0,28
Plastic spumă 0,06…0,24
Rășini epoxidice 0,06…0,18
Textolit 0,04…0,12
Fibră de sticlă 0,02…0,10
Rezultatele cercetării indică faptul că proprietățile de amortizare ale materialelor depind de mulți factori: compoziția chimică și structura materialului; amplitudinile deformarii ciclice (stresul) si neomogenitatea starii de solicitare; temperatură și tratament termic; tensiune statică și câmp magnetic extern; deformare plastică preliminară etc.
Un model general pentru majoritatea materialelor este o creștere a proprietăților de amortizare odată cu creșterea temperaturii, a amplitudinii solicitărilor ciclice și a mărimii zonei de solicitare ridicată.
4. Oscilații forțate ale unui sistem cu o singură masă
Vom construi un model matematic al unui sistem cu o singură masă sub excitație cinematică folosind a doua lege a lui Newton. Oscilațiile forțate ale masei sunt descrise de ecuația de mișcare obținută prin însumarea forțelor de inerție, amortizare, elasticitate și excitație (Fig. 2):
Unde x- miscarea masei fata de baza; - miscarea bazei.
După transformare, ecuația mișcării are forma
unde este amortizarea redusă, ; - frecvența circulară naturală a SE, - rigiditatea elementului elastic.
La rezolvarea ecuației (7) are forma
,
unde este amplitudinea oscilațiilor amortizate și forțate; - faza inițială a oscilațiilor naturale amortizate și unghiul de fază; - frecvenţa circulară a oscilaţiilor forţate.
Deplasările după amortizarea oscilațiilor naturale ale masei inerțiale sunt descrise prin ecuație
unde 1 este coeficientul de nepotrivire a frecvenței, ; - coeficientul relativ de amortizare, ; K d - coeficientul dinamic; - deplasarea statică a masei inerțiale sub influența forței de inerție.
Unghiul de fază este determinat de formulă
Ultimele două ecuații sunt caracteristicile amplitudine-frecvență (AFC) și fază-frecvență (PFC) ale sistemului.
5. Comportarea sistemului în regiunea privată, răspunsul în frecvență și răspunsul de fază
Cazul în care frecvența influențelor externe coincide cu frecvența oscilațiilor libere (frecvența naturală) se numește rezonanță. Cele mai nefavorabile pentru funcționarea produselor sunt vibrațiile mecanice rezonante. În modurile rezonante, amplitudinea vibrațiilor elementelor sistemului și supraîncărcările acestora cresc brusc și apar tensiuni alternative periculoase în părțile structurale. În absența forțelor de rezistență vâscoase în cazul rezonanței, amplitudinea oscilațiilor forțate, crescând în timp, tinde spre infinit. Acest lucru se explică prin faptul că, dacă vibrațiile apar cu frecvența proprie, atunci forțele inerțiale sunt echilibrate de forțe cvasi-elastice la orice amplitudine de vibrație. Factorii perturbatori se dezechilibrează și cresc amplitudinea oscilațiilor.
Soluția grafică a ecuației (7) este prezentată în Fig. 7 sub formă de caracteristici de frecvență. Deplasarea statică a sistemului (la ) este determinată numai de rigiditatea elementului elastic k. La frecvente joase
reacția, determinată în principal de rigiditate, este în fază cu excitația externă.
Fig.7. Caracteristicile amplitudine-frecvență (a) și fază-frecvență (b).
Pe măsură ce frecvența crește, forța de inerție inerentă a masei are o influență din ce în ce mai mare. La rezonanță (frecvențele oscilațiilor forțate și naturale coincid), răspunsul SE este determinat de amortizare, deoarece componentele corespunzătoare masei și rigidității arcului sunt echilibrate reciproc. Conformitatea sistemului crește, iar răspunsul SE rămâne în urma excitației cu 90 o. La frecvențe peste cea principală, componenta inerentă a masei exercită o influență și sistemul începe să se comporte ca o masă pură. Conformitatea sistemului scade și reacția rămâne cu 180 o în urmă cu excitația. metode definițiiproteina bruta in...
Curs de prelegeri Cheboksary 2010 Agenția Federală pentru Educație Instituția de Învățământ de Stat Federal de Învățământ Profesional SuperiorDocument Și cu metode analiza acestora; ... Curs 2 Indicatori calitativi și caracteristici metode dispozitive electronice analogice. 2.1. De bază ... coeficient, ... amortizare lui transmitere caracteristică transmitere ... Transmitere ...
experimental
Curs de prelegeri Cheboksary 2010 Agenția Federală pentru Educație Instituția de Învățământ de Stat Federal de Învățământ Profesional Superior... Prelegeri Influențele externe și răspunsul elementelor structurale. Modele cu elemente finite, amortizare coeficient de temperatură expansiune liniară. Principalul dezavantaj ... 2 Indicatori calitativi și metodă metodeși conformitatea elementelor deformabile (arcuri). După ...deformațiile modelului sunt comparate cu experimental
Matematica, mecanica si informatica panderinen a V-a conferinta stiintifica si practica studenta republicana V conferinta stiintifica si practica studenta republicana
Curs de prelegeri Cheboksary 2010 Agenția Federală pentru Educație Instituția de Învățământ de Stat Federal de Învățământ Profesional Superior... -experimental cercetare care vizează obţinerea de formule de calcul pentru metode geometric de bază caracteristici... luam atacantul proportional amortizare viteză. În plus, rigiditatea și coeficientul arcului ... coeficient numărând...
Invenția se referă la domeniul testării amortizoarelor și poate fi utilizată la proiectarea dispozitivelor de protecție la impact din materiale compozite. Scopul invenției este de a obține caracteristici ale amortizoarelor care să indice eficiența funcționării lor în condiții de șoc (coeficienți de eficiență a amortizarii impactului ai amortizoarelor asociate cu amortizarea structurală, amortizarea în materiale, precum și datorită rigidității acustice diferite a diferitelor amortizoare). elemente, etc.) Testele sunt efectuate pe o instalație, al cărei factor de calitate este cu cel puțin un ordin de mărime mai mare decât factorul de calitate al amortizorului. Coeficientul necesar este egal cu produsul coeficienților asociați cu diferite proprietăți fizice ale amortizorului. În acest caz, înlocuirea căptușelilor de amortizare cu căptușeli din diverse materiale cu proprietăți de amortizare precunoscute face posibilă determinarea fiecărui coeficienți ca urmare a analizei spectrelor de șoc obținute în timpul încercărilor de impact. Efect tehnic - îmbunătățirea calității cercetării în procesul de funcționare a amortizoarelor sub impacturi de șoc. 6 bolnavi.
Soluția tehnică propusă se referă la domeniul testării amortizoarelor din materiale compozite pentru a determina proprietățile lor de amortizare la impact. Utilizat recent în sistemele de protecție împotriva vibrațiilor sarcini de șoc pe nave, avioane, nave spațiale, materiale noi (cauciuc metalic, plastic din fibră de carbon etc.) necesită o determinare destul de precisă a eficacității fiecărui element amortizor. Cunoscut în prezent diverse moduri determinarea proprietăților de amortizare ale amortizoarelor. De exemplu, la studierea amortizoarelor care funcționează sub influențe externe care se schimbă destul de lent, se utilizează metoda de estimare a coeficientului de absorbție prin analiza buclei de histerezis (I.M. Babakov „Teoria oscilațiilor”, pp. 153-154, M.: Nauka, 1968). ). Cu toate acestea, astfel de teste iau în considerare disiparea energiei pe un ciclu complet de vibrații. Pentru a proteja echipamentul de impacturile de șoc (adesea de natură explozivă), sunt utilizate amortizoare, care ar trebui să reducă în primul rând amplitudinea muchiei de atac a undei de șoc de deformare. Reducerea vibrațiilor secundare nu este de obicei o mare problemă. Cel mai potrivit în acest caz este analiza caracteristicilor amplitudine-frecvență sau a valorilor totale ale impactului înainte și după amortizor. De exemplu (A. Nashif et al. Damping of vibrations, p. 190, M.: Mir, 1988, prototip), metoda de construire a caracteristicii amplitudine-frecvență constă în vibrații excitante în proba de testare, măsurarea forței de excitare aplicată la un punct dat, determinând răspunsul dinamic folosind accelerometre și senzori de deformare și apoi comparând răspunsul amplitudine-frecvență înainte și după amortizor. Utilizarea unui analizor Fourier de armonici, precum și a unor tehnici similare de calcul, de regulă, este valabilă doar pentru cazul „efectului ulterioară” (când impactul sa încheiat deja și se studiază vibrația secundară). În plus, utilizarea instalațiilor de testare cu un factor de calitate destul de scăzut (de exemplu, suporturi de vibrații) duce la o supraestimare a proprietăților de amortizare ale amortizoarelor. Metoda descrisă mai sus nu permite, de asemenea, separarea împrăștierii influențelor externe din cauza diverselor proprietăți fizice amortizoare (amortizare structurală, reflexie de la limite etc.). Scopul acestei soluții tehnice este de a elimina parțial deficiențele menționate mai sus, ceea ce va face posibilă studierea mai calitativă a procesului amortizoarelor care funcționează sub impacturi de șoc. Soluția tehnică propusă diferă prin aceea că amortizorul este încărcat într-o instalație al cărei factor de calitate este cu cel puțin un ordin de mărime mai mare decât factorul de calitate al amortizorului, iar încercările se efectuează secvențial, obținându-se mai întâi relația dintre forțe și deformații. în amortizorul la impact, apoi se determină rigiditatea acustică a amortizorului la diferite niveluri de încărcare, după care se efectuează teste cu căptușeli de același design realizate din materiale diferite cu proprietăți de amortizare predeterminate, iar eficiența amortizarii impactului este evaluată prin compararea spectrelor de accelerare a șocului la punctele de control, iar coeficientul de eficiență a amortizarii impactului este prezentat ca un produs al coeficienților , fiecare dintre care este determinat prin analiza spectrelor de accelerare a șocului de teste ale căptușelilor menționate anterior. Esența soluției tehnice propuse este ilustrată prin desene, unde în Fig. 1 prezintă un amortizor din cauciuc metalic 7VSh60/15, Fig. Figura 2 prezintă relația dintre forțele și deformațiile p- (bucla de histerezis), modulul lui Young (ca tangentă a unghiului) și viteza sunetului în material, Fig. 3 prezintă o diagramă a configuraţiei experimentale; 4-6 arată coeficientul de eficiență totală a amortizarii impactului, coeficientul obținut datorită amortizarii structurale și coeficientul obținut datorită disipării în cauciucul metalic. Să luăm, ca exemplu, un amortizor din cauciuc metalic (Fig. 1) și să încercăm să evaluăm proprietățile de amortizare ale amortizorului folosind algoritmul propus. Când o undă de deformare se apropie de un amortizor, aceasta este atât reflectată din cauza diferitelor rigidități la impact și disipată în material (cauciuc metalic al amortizorului), cât și datorită amortirii structurale a amortizorului în sine (raport de strângere, jocuri etc. ). Fie factorul de eficiență totală a amortizarii impactului. i = 1i 2i 3i ,
Unde 1i este coeficientul asociat cu amortizarea structurală;
2i - coeficient asociat cu valorile rigidității acustice;
3i este un coeficient legat de împrăștierea în material. Este evident că pentru materialele utilizate 3i = 1 (cu excepția cauciucului metalic, deoarece dimensiunile căptușelilor sunt mici, iar împrăștierea în material începe să afecteze numai la L>1 m și chiar și atunci se ridică la 1-2% pe 1 m O.D Alimov și etc., propagarea undelor de deformare în sistemele de șoc. Coeficientul de eficiență de amortizare în sine pentru spectrul de șoc este înțeles ca caracteristica amplitudine-frecvență a raportului dintre spectrele de șoc ale accelerațiilor VIP înainte și după amortizor:
1 = A B1i /A B2i . Coeficient
Arată eficacitatea diferitelor căptușeli, deoarece 1i = const (același amortizor de șoc), iar pentru toate căptușelile, cu excepția cauciucului metalic, 3i = 1, atunci
Ij = ( 1i 2i 3i)/( 1j 2j 3j) = 2i 3i / 2j . Să considerăm un material a cărui rigiditate acustică este egală cu rigiditatea acustică a cauciucului metalic, atunci
Adică obținem coeficientul de amortizare a undei de șoc, care caracterizează proprietățile cauciucului metalic. După cum se știe (L.G. Shaimordanov. Mecanica statistică a corpurilor poroase nețesute fibroase deformabile. Krasnoyarsk, 1989), cauciucul metalic este un material cu caracteristici neliniare pronunțate. În plus, proprietățile de amortizare ale unui material pot depinde de viteză (sub impact și influențe explozive) și de tipul de încărcare. În același timp, bucla de histerezis (ramura sa dreaptă limită) pentru un amortizor metalic din cauciuc în zona deformațiilor limită nu depinde de viteza de încărcare. Astfel, cunoscând dependența P- (bucla de histerezis) și magnitudinea acțiunii impactului (sub forma unui impuls de forță), se poate obține modulul Young și, în consecință, viteza sunetului pentru orice moment în timp ( Fig. 2). Ridicarea diverse cantitati impactului și valoarea rigidității acustice, este posibil să se obțină coeficienți de eficiență a amortizarii impactului în funcție de puterea impactului extern. Evident, în timpul unor astfel de teste, disiparea influențelor externe ar trebui să fie minimă. Există o formulă cunoscută care conectează factorul de calitate Q și decrementul logaritmic al oscilațiilor: Q = 3,141.../, a = lnA1/A2, unde A1 și A2 sunt amplitudinile a două oscilații adiacente. Acest lucru arată că, chiar și cu o creștere a factorului de calitate cu un ordin de mărime (80-100, pentru proiectele convenționale aproximativ 8-10), disiparea energiei în configurația experimentală poate fi neglijată. Utilizarea conceptului de spectru de șoc al accelerațiilor pentru evaluarea eficienței amortizoarelor la impacturi ne permite să analizăm corect funcționarea amortizoarelor atât în momentul aplicării sarcinii, cât și după terminarea acțiunii acesteia (Algoritmul O.P. Doyar „ pentru calculul spectrului de șoc” în colecția Dinamica sistemelor. Metode numerice pentru studiul sistemelor dinamice: Chișenev, 1982, pp. Exemplu implementare practică metoda propusă. Utilizând metoda propusă, s-au determinat coeficienții de amortizare pentru amortizorul 7VSh60/15 utilizat în centura de protecție împotriva vibrațiilor a uneia dintre nava spatiala evoluțiile NPO PM (Fig. 1). Diagrama de configurare a testului este prezentată în Fig. 3, unde 1 - ghiduri de undă, 2 - amortizor, 3 - accelerometre ABC-052. Au fost efectuate 15 explozii de șuruburi. Impulsul de forță pentru șurub a fost obținut mai devreme. Deformațiile dinamice ale amortizorului au fost înregistrate folosind metoda de înregistrare foto de mare viteză. Dependența densității materialului (cauciuc metalic) de forță a fost luată conform datelor pașaportului amortizorului. Pentru înlocuire, au fost folosite căptușeli din oțel, bronz, aluminiu, textolit și fluoroplastic. Un șurub exploziv 8x54 a fost folosit ca sursă de impact. Când înlocuiți o căptușeală metal-cauciuc cu o căptușeală din oțel (materialul corpului și elementele de fixare), puteți obține imediat coeficientul asociat amortirii structurale, deoarece alte efecte de împrăștiere sunt excluse. În fig. 4, 5 prezintă grafice ale coeficientului total de amortizare a impactului și coeficientului de amortizare asociat cu amortizarea structurală, iar FIG. Figura 6 prezintă coeficientul obținut datorită disipării șocurilor în cauciucul metalic. Nivelul de impact a fost de 6 kN. Domeniul de măsurare pentru amplitudine este de până la 6000 g, iar pentru frecvență până la 10.000 Hz. Eroarea totală a măsurătorilor și procesării nu a depășit 9-11%.
FORMULA INVENŢIEI
O metodă pentru determinarea proprietăților de amortizare ale amortizoarelor sub impact, care constă în excitarea vibrațiilor în amortizorul testat, măsurarea forței de excitare, determinarea răspunsului dinamic folosind accelerometre și senzori de deformare și construirea caracteristicii amplitudine-frecvență a probei , caracterizată prin aceea că amortizorul este încărcat la instalație, factor de calitate care este cu cel puțin un ordin de mărime mai mare decât factorul de calitate al amortizorului, iar încercările se efectuează secvențial: în primul rând, relația dintre forțele și deformații în amortizorul la impact se obține, apoi se determină modulul Young și viteza sunetului la diferite niveluri de încărcare a amortizorului, după care se efectuează testele cu căptușeli de același tip, același design din diverse materiale cu proprietăți de amortizare predeterminate. , iar eficiența evaluării amortizarii impactului este apreciată prin compararea spectrelor de accelerare a șocului la punctele de control, în timp ce coeficientul de eficiență a amortizarii impactului este prezentat ca un produs al coeficienților, fiecare dintre care este determinat prin analizarea testelor de accelerare a spectrului de șoc ale căptușelilor menționate anterior.Invenția poate fi utilizată în domeniul ingineriei mecanice pentru a absorbi și reduce sarcinile de șoc. Amortizorul conține o tijă 2 cu un dispozitiv de tăiere montat pe ea, constând dintr-un manșon de sprijin 5, un cap de tăiere 7 și un manșon 10 din material plastic instalat între ele. La capătul 8 al capului de tăiere 7, în contact cu manșonul 10, există dinți 9 în formă de pană, iar manșonul 10 este echipat cu un guler inelar 11. Când amortizorul funcționează, dinții 9 ai capului de tăiere 7 tăiați umărul 11 al manșonului 10, reducând sarcinile de impact care acționează asupra obiectului amortizat. Rezultatul tehnic constă în creșterea intensității energetice a amortizorului, eliminarea blocajului acestuia atunci când obiectul amortizat este supus unor sarcini îndreptate în unghi și menținerea capacității de amortizare a dispozitivului sub sarcini repetate de șoc. 2 salariu f-ly, 3 ill.
Invenția se referă la domeniul ingineriei mecanice și poate fi utilizată la proiectarea dispozitivelor de absorbție și reducere a sarcinilor de șoc. interactioneaza cu suprafata interioara carcasă (vezi AS Nr. 297518, clasa F 16 F 11/00, 1969 Dezavantajul acestui dispozitiv este instabilitatea caracteristicilor de amortizare din cauza fluctuațiilor mari ale coeficientului de frecare în funcție de starea suprafețelor de frecare (temperatura). mediu , prezența contaminanților pe suprafețe, acoperiri, lubrifianți etc. În urma analizei literaturii științifice, tehnice și de brevete, un cunoscut dispozitiv de absorbție a energiei de impact a unei mașini, care conține o caroserie cilindrica și un tija și un dispozitiv de tăiere plasat în ea, a fost adoptat ca prototip al dispozitivului revendicat, constând dintr-un cap de tăiere montat fix pe o tijă și un set de elemente de tăiere care interacționează cu suprafața interioară a corpului (vezi brevetul francez nr. 2137258). , clasa F 16 F 7/00, 1972 - prototip). Dezavantajele acestui dispozitiv sunt, de asemenea, instabilitatea proprietăților de amortizare, posibila blocare a elementelor de tăiere în corpul corpului cilindric din cauza neuniformității și incertitudinii adâncimii de tăiere a elementelor de tăiere în suprafața laterală a corpului, mai ales sub sarcini de şoc care acţionează în unghi asupra structurii amortizate, deoarece capul de cuțit al dispozitivului de tăiere este montat fix pe tijă. Blocarea poate duce la pierderea proprietăților de amortizare ale dispozitivului și chiar la spargerea elementelor de tăiere atunci când acestea intră în corp. Acest amortizor are o intensitate energetică relativ scăzută datorită cursei limitate a elementelor de tăiere de-a lungul axei corpului și rezistenței semnificative a metalului corpului (deși plastic) la pătrunderea elementelor de tăiere în acesta reduce sarcinile doar în timpul unui singur impact și nu poate reduce sarcinile repetate de natura amortizării oscilatorii, care apar de obicei după primul impact, valoarea maximă a amplitudinii Dispozitivul propus este de a obține proprietăți de amortizare mai stabile în comparație cu prototipul, creșterea energiei intensitatea amortizorului și extinde domeniul de aplicare a acestuia (capacitatea de a reduce sarcinile oscilatorii și sarcinile care acționează sub unghi față de axa amortizorului Pentru a atinge acest obiectiv în dispozitivul propus, procesul de introducere (pângere) elemente de tăiere în corp materialul este înlocuit prin tăierea unui guler cu pereți subțiri al unei bucșe din material plastic, de exemplu, un aliaj de aluminiu, cum ar fi AMts sau AD. Pentru a face acest lucru, un dispozitiv de tăiere format dintr-un cap de tăiere, un manșon de sprijin și un manșon din material plastic instalat între ele este instalat pe o tijă montată pe corpul structurii amortizate. La capătul capului tăietorului, în contact cu bucșa din material plastic, se găsesc dinți în formă de pană, iar pe bucșa din material plastic există o curea sau guler inelar. Mai mult, capul de tăiere este instalat pe tijă coaxial cu un manșon din material plastic, acoperindu-l datorită diametrului său mai mare, adică. este centrat de-a lungul diametrului său exterior și, în plus, are capacitatea de a se mișca față de acesta în direcția axială. În poziţia iniţială, dinţii în formă de pană ai capului tăietorului se sprijină cu vârfurile lor (contactul) pe gulerul inelar al bucşei şi când funcţionează amortizorul, adică. sub acțiunea sarcinilor de șoc, interacționează cu acesta, și anume, ei tăiează caneluri în gulerul bucșei și îl taie cu suprafețele lor laterale, înlocuind procesul incert de introducere a elementelor de tăiere ale capului de tăiere în corpul corpului (prototip) prin tăierea gulerului bucșei cu dinții capului de tăiere (dispozitivul propus) face posibilă obținerea unor proprietăți de amortizare mai stabile și mai definite ale dispozitivului. Dispozitivul propus nu are posibilitatea de bruiaj, deoarece chiar și sub acțiunea sarcinilor îndreptate în unghi față de axa amortizorului, corpul cilindric al capului de tăiere se va deplasa de-a lungul suprafeței laterale a bucșei sub acțiunea componentei axiale a sarcinii. Alegerea unui material de bucșă cu anumite proprietăți mecanice (plastic) și grosimea talonului său (și, prin urmare, zona de tăiere a talonului) fac posibilă determinarea fără ambiguitate a forței de impact care duce la tăierea completă sau parțială a inelarului. și variind înălțimea și unghiul la vârful dinților în formă de pană care taie talonul, este posibil să se asigure cursa necesară a amortizorului pentru a absorbi energia de impact, asigurând astfel intensitatea energetică necesară a acestuia a bucșei și preinstalarea vârfurilor dinților în formă de pană în aceste caneluri îmbunătățește caracteristicile amortizorului, deoarece în acest caz, vârfurile dinților nu taie prin canelurile originale (în acest caz, pot apărea îndoiri și șifonări nedorite ale gulerului), ci imediat începe să tăiați gulerul bucșei cu suprafețele lor laterale (un „curat” are loc tăierea). Prezența unui arc de compresie în dispozitivul propus, instalat pe tijă între structura amortită a corpului și o șaibă pentru piulița de fixare a tijei, asigură montarea (returul) tijei cu suportul în poziția inițială după primul impact asupra suportului. Acest lucru face posibilă reducerea nu numai a sarcinilor unice de șoc, ci și a posibilelor sarcini repetate. Figura 1 prezintă o vedere generală a amortizorului în starea sa inițială. O variantă a dispozitivului este prezentată cu caneluri prefabricate în umărul bucșei și cu vârfurile dinților capului de tăiere instalate în ele. Figura 2 prezintă o vedere generală a amortizorului după activare când umărul bucșei este parțial tăiat (cum ar fi. tăierea umărului este posibilă după primul impact). Figura 3 prezintă o vedere generală a amortizorului după activare când flanșa bucșei este complet tăiată (după impacturi repetate ulterioare Amortizorul este instalat pe corpul 1 al structurii de absorbție a șocurilor și fixat de acesta prin tija 2). piulița 3 și șaiba 4. Un capăt al tijei 2 este fixat de corpul 1, la celălalt capăt al tijei este instalat un suport 6, care preia sarcinile de șoc care acționează asupra structurii Dispozitivul de tăiere al amortizorului a unui manșon de susținere 5, a unui cap de tăiere 7, la capătul căruia 8 sunt realizați dinți în formă de pană 9 și a unui manșon 10 din material plastic, echipat cu un guler inelar 11. Manșonul de sprijin 5, capul de tăiere 7 și manșonul 10 sunt instalați pe tija 2, iar manșonul 10 este plasat între capul de tăiere 7 și manșonul de sprijin 5. În acest caz, diametrul interior al capului de tăiere 7 este mai mare decât diametrul exterior al manșonului 10. , corpul capului de tăiere 7 acoperă corpul manșonului 10, fiind astfel centrat de-a lungul diametrului exterior al manșonului 10 pentru a asigura tăierea uniformă a talonului 11 și pentru a asigura mișcarea liberă a capului de tăiat 7 în raport cu (de-a lungul) manșonul 10 când amortizorul este activat. Contactul capului de tăiere 7 cu manșonul 10 se realizează astfel încât dinții în formă de pană 9, realizați la capătul 8 al capului de tăiere 7, cu vârfurile lor 12, sunt instalați pe umărul 11 și intră în contact cu acesta. Manșonul de susținere 5 servește ca suport pentru manșonul 10, diametrul manșonului 5 nu trebuie să fie mai mare decât diametrul manșonului 10 pentru a se asigura că flanșa sa 11 este tăiată de dinții 9 ai capului de tăiere 7 și mișcarea liberă a dinților 9 ai capului de tăiere 7 de-a lungul manșonului 10 atunci când amortizorul este activat. dinții 9 ai capului de tăiere 7 sunt instalați în acest caz, numărul de dinți de la capătul 8 al capului de tăiere 7 este egal cu numărul de caneluri 13 ale umărului 11 al bucșei 10. În acest caz, atunci când. amortizorul este activat, tăierea umărului 11 al bucșei 10 are loc direct pe suprafețele laterale 14 ale dinților 9. Arcul de compresie 15, care acoperă manșonul de sprijin 5, capul tăietor 7 și manșonul 10 din material plastic ( dispozitiv de tăiere) și instalat pe tija 2 între corpul 1 al structurii de absorbție a șocurilor și șaiba 4 a piuliței 5, asigură montarea tijei 2, șaibelor 4, piulițelor 3 și suportului 6 în poziția inițială după impactul inițial pentru amortizarea ulterioară a posibilelor impacturi repetate Amortizorul funcționează în felul următor Când suportul 6 lovește un obstacol, sarcinile de șoc pe corpul 1 al structurii de absorbție a șocurilor sunt transmise prin amortizor, și anume prin suportul 6, piulița 3, șaibă. 4, tija 2. Sub influența componentei axiale a sarcinii de șoc, capul de tăiere 7 cu tija 2 se deplasează de-a lungul manșonului 10. În același timp, dinții săi 9 cu vârfurile lor 12 tăie caneluri în umărul 11 al manșonului 10 și cu suprafețele lor laterale 14, cu deplasarea ulterioară de-a lungul manșonului 10, îi taie umărul 11 (vezi. figurile 2 și 3) datorită formei sale în formă de pană (lățimea dinților crește odată cu modificarea înălțimii dinților de la vârful lor până la bază). Tăierea secțiunilor talonului dintre dinți poate fi parțială sau completă, în funcție de forța de impact și de parametrii geometrici ai talonului 11 și proprietăți mecanice materialul bucșei 10. În cazul realizării prealabile a canelurilor 13 în umărul 11 al bucșei 10 și a instalării vârfurilor 12 ale dinților 9 ai capului de tăiere 7 în acestea (vezi figura 1), când amortizorul este activată, tăierea umărului 11 va avea loc direct cu suprafețele laterale 14 ale dinților 9. Tăierea bucșelor de umăr cu dinții capului de tăiere va avea loc nu numai după primul impact de amploare maximă, ci și în timpul impacturilor ulterioare. de mărime mai mică datorită instalării (returului) tijei 2, şaibei 4, piuliţei 3 şi suportului 6 la poziţia iniţială prin arcul 15, care, sub acţiunea sarcinilor de şoc ( mişcarea capului tăietorului 7 în raport cu manşonul 10). ) este comprimat după terminarea sarcinilor de șoc, arcul 15 este decomprimat. În acest caz, capul de tăiere 7 taie parțial gulerul 11 al bucșei 10 după primul impact (vezi figura 2) și, cu impacturile ulterioare, continuă să taie gulerul (vezi figura 3, acționând astfel sarcina de șoc). pe corpul 1 al structurii este redusă datorită forțelor de tăiere din plastic a secțiunilor flanșei bucșei de către dinții capului de tăiere Dispozitivul revendicat, în comparație cu soluția tehnică adoptată ca prototip, face posibilă reducerea efectivă atât sarcinile axiale, cât și sarcinile direcționate în unghi față de axa amortizorului, precum și sarcinile de șoc de natură repetă, eliminând posibilitatea blocării elementelor de tăiere (nu există tăiere a dinților în materialul corpului bucșei, există doar o tăietură a umărului său). În același timp, intensitatea energetică a amortizorului crește și stabilitatea proprietăților sale de amortizare se îmbunătățește. produsele au arătat eficacitatea semnificativă a soluției tehnice propuse pentru amortizarea sarcinilor de șoc.
Formula inventiei
1. Amortizor care conține o carcasă, o tijă și un dispozitiv de tăiere plasate pe acesta, care interacționează cu suprafața interioară a carcasei, caracterizat prin aceea că dispozitivul de tăiere este realizat sub forma unui cap de cuțit cu dinți în formă de pană, un suport manșon și un manșon din material plastic instalat între ele, echipat cu un guler inelar , în care capul tăietorului este centrat de-a lungul diametrului exterior al manșonului cu gulerul cu capacitatea de a se deplasa față de acesta și dinții în formă de pană ai capul tăietorului interacționează cu gulerul manșonului cu vârfurile lor.2. 2. Amortizor conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că gulerul inelar al bucșei are caneluri în care sunt montate vârfurile dinților în formă de pană ai capului de tăiere, în timp ce dinții interacționează cu gulerul bucșei cu suprafețele lor laterale. 3. 3. Amortizor conform revendicărilor 1 şi 2, caracterizat prin aceea că pe tijă este instalat un arc care acoperă dispozitivul de tăiere.
În mecanică, un impact este o acțiune mecanică a corpurilor materiale care duce la o modificare finită a vitezelor punctelor lor într-o perioadă infinitezimală de timp. Mișcarea de impact este o mișcare care apare ca urmare a unei singure interacțiuni a unui corp (mediu) cu sistemul în cauză, cu condiția ca cea mai scurtă perioadă de oscilații naturale a sistemului sau constanta sa de timp să fie proporțională cu sau mai mare decât timpul de interacțiune. .
În timpul interacțiunii impactului, accelerațiile șocurilor, viteza sau deplasarea sunt determinate în punctele luate în considerare. În mod colectiv, astfel de impacturi și reacții sunt numite procese de impact. Socurile mecanice pot fi simple, multiple sau complexe. Procesele de impact unic și multiplu pot afecta aparatul în direcțiile longitudinale, transversale și în orice direcție intermediară. Socurile complexe afectează un obiect în două sau trei planuri reciproc perpendiculare simultan. Sarcinile de șoc pe o aeronavă pot fi fie neperiodice, fie periodice. Apariția sarcinilor de șoc este asociată cu o schimbare bruscă a accelerației, vitezei sau direcției de mișcare a aeronavei. Cel mai adesea în conditii reale are loc un proces complex de șoc unic, care este o combinație a unui impuls de șoc simplu cu oscilații suprapuse.
Principalele caracteristici ale procesului de impact:
- legi ale modificării timpului accelerației impactului a(t), vitezei V(t) și deplasării X(t) \ durata accelerației impactului t - interval de timp de la momentul apariției până la momentul dispariției accelerației impactului, satisfacând condiția a> an, unde an - accelerația de vârf a impactului;
- durata frontului de accelerare a șocului Tf - intervalul de timp de la momentul apariției accelerației șocului până la momentul corespunzător valorii sale de vârf;
- coeficientul de oscilații suprapuse ale accelerației șocului - raportul dintre suma totală a valorilor absolute ale creșterilor dintre valorile adiacente și extreme ale accelerației șocului la valoarea sa de vârf dublu;
- impuls de accelerare a impactului - integrala accelerației impactului într-un timp egal cu durata acțiunii sale.
În funcție de forma curbei dependenței funcționale a parametrilor de mișcare, procesele de șoc sunt împărțite în simple și complexe. Procese simple nu conțin componente de înaltă frecvență, iar caracteristicile lor sunt aproximate prin funcții analitice simple. Denumirea funcției este determinată de forma curbei care aproximează dependența accelerației în timp (semisinus, cosaneusoidal, dreptunghiular, triunghiular, dinți de ferăstrău, trapezoidal etc.).
Un șoc mecanic se caracterizează printr-o eliberare rapidă de energie, care are ca rezultat deformații elastice sau plastice locale, excitarea undelor de stres și alte efecte, conducând uneori la funcționarea defectuoasă și distrugerea structurii aeronavei. Sarcina de șoc aplicată aeronavei excită în ea vibrații naturale care se amortizează rapid. Valoarea suprasarcinii în timpul impactului, natura și viteza distribuției tensiunii în structura aeronavei sunt determinate de forța și durata impactului și de natura modificării accelerației. Un impact care afectează o aeronavă poate cauza distrugerea mecanică a acesteia. În funcție de durata, complexitatea procesului de impact și accelerația maximă a acestuia în timpul testării, se determină gradul de rigiditate al elementelor structurale ale aeronavei. O simplă lovitură poate provoca distrugeri din cauza apariției unor suprasolicitari puternice, deși pe termen scurt, în material. Un impact complex poate duce la acumularea de microsociuni de oboseală. Întrucât structura aeronavei are proprietăți de rezonanță, chiar și o simplă lovitură poate provoca o reacție oscilativă în elementele sale, însoțită și de fenomene de oboseală.
Suprascărcările mecanice provoacă deformarea și ruperea pieselor, slăbirea conexiunilor (sudate, filetate și nituri), deșurubarea șuruburilor și piulițelor, deplasarea mecanismelor și comenzilor, în urma cărora se modifică reglarea și configurația dispozitivelor și apar alte defecțiuni.
Lupta împotriva efectelor nocive ale supraîncărcărilor mecanice se desfășoară în diferite moduri: creșterea rezistenței structurii, utilizarea pieselor și elementelor cu rezistență mecanică crescută, utilizarea amortizoarelor și ambalajelor speciale și amplasarea rațională a dispozitivelor. Măsuri de protecție împotriva efecte nocive suprasarcinile mecanice sunt împărțite în două grupe:
- măsuri care vizează asigurarea rezistenței mecanice și rigidității necesare structurii;
- măsuri care vizează izolarea elementelor structurale de influenţele mecanice.
În acest din urmă caz, se folosesc diverși agenți de absorbție a șocurilor, garnituri izolatoare, compensatoare și amortizoare.
Obiectivul general al testării unei aeronave pentru încărcările de impact este de a verifica capacitatea aeronavei și a tuturor elementelor sale de a-și îndeplini funcțiile în timpul și după impact, de exemplu. isi mentine parametrii tehnici in timpul impactului si dupa acesta in limitele specificate in documentele de reglementare si tehnice.
Principalele cerințe pentru încercările de impact în condiții de laborator sunt proximitatea maximă a rezultatului unui impact al testului asupra unui obiect de efectul unui impact real în condiții naturale de funcționare și reproductibilitatea impactului.
La reproducerea modurilor de încărcare la șoc în condiții de laborator, se impun restricții asupra formei impulsului de accelerație instantanee în funcție de timp (Fig. 2.50), precum și asupra limitelor admisibile ale abaterilor formei impulsului. Aproape fiecare puls de șoc pe o bancă de laborator este însoțit de pulsație, care este o consecință a fenomenelor de rezonanță în instalațiile de șoc și echipamentele auxiliare. Deoarece spectrul pulsului de șoc este în principal o caracteristică a efectului distructiv al impactului, chiar și o mică pulsație suprapusă poate face ca rezultatele măsurătorii să nu fie sigure.
Instalațiile de testare care simulează impacturi individuale urmate de vibrații constituie o clasă specială de echipamente de testare mecanică. Standurile de impact pot fi clasificate în funcție de diferite criterii (Fig. 2.5!):
I - bazat pe principiul formării pulsului de șoc;
II - prin natura testelor;
III - în funcție de tipul de încărcare de șoc reproductibilă;
IV - conform principiului de acţiune;
V - după sursa de energie.
ÎN vedere generală diagrama bancului de încercare la șoc este formată din următoarele elemente (Fig. 2.52): obiectul de testare montat pe o platformă sau container împreună cu un senzor de suprasarcină la șoc; mijloace de accelerare pentru a comunica obiectului viteza necesară; dispozitiv de frânare; sisteme de control; aparat de înregistrare pentru înregistrarea parametrilor studiați ai obiectului și a legii modificării supraîncărcării la șoc; convertoare primare; dispozitive auxiliare pentru reglarea modurilor de funcționare ale obiectului testat; sursele de energie necesare pentru funcționarea obiectului de testare și a aparaturii de înregistrare.
Cel mai simplu suport pentru testarea la impact în condiții de laborator este un suport care funcționează pe principiul căderii obiectului de testat atașat unui cărucior de la o anumită înălțime, adică. folosind gravitația pentru a accelera. În acest caz, forma pulsului de șoc este determinată de materialul și forma suprafețelor care se ciocnesc. La astfel de standuri este posibil să se asigure o accelerație de până la 80.000 m/s2. În fig. 2.53, a și b sunt date în principiu scheme posibile astfel de standuri.
În prima opțiune (Fig. 2.53, a) o camă specială 3 cu un dinte de clichet este antrenată de un motor. La atingerea pumnului inaltime maxima H masa 1 cu obiectul de testare 2 cade pe dispozitivele de frânare 4, care îi dau o lovitură. Suprasarcina la impact depinde de înălțimea căderii H, de rigiditatea elementelor de frânare k, de masa totală a mesei și a obiectului de încercare M și este determinată de următoarea relație:
Variind această valoare, puteți obține diferite supraîncărcări. În a doua opțiune (Fig. 2.53, b) standul funcționează folosind metoda drop.
Standurile de testare care folosesc o acționare hidraulică sau pneumatică pentru a accelera căruciorul sunt practic independente de gravitație. În fig. Figura 2.54 prezintă două opțiuni pentru suporturi pneumatice de impact.
Principiul de funcționare al standului cu pistol cu aer comprimat (Fig. 2.54, a) este următorul. Gazul comprimat este furnizat în camera de lucru /. Când este atinsă o anumită presiune, care este controlată de un manometru, dispozitivul de eliberare automată 2 al recipientului 3, unde se află obiectul de testat, este activat. La părăsirea țevii 4 a pistolului cu aer comprimat, containerul intră în contact cu dispozitivul 5, ceea ce vă permite să măsurați viteza de mișcare a containerului. Pistolul cu aer comprimat este atașat la stâlpii de susținere prin amortizoare b. Legea de frânare specificată asupra amortizorului 7 este implementată prin modificarea rezistenței hidraulice a fluidului care curge 9 în spațiul dintre acul profilat special 8 și orificiul din amortizorul 7.
Schema de proiectare a altui banc de încercare a șocurilor pneumatice (Fig. 2.54, b) constă din obiectul de testare 1, căruciorul 2 pe care este instalat obiectul de testat, garnitura 3 și dispozitivul de frână 4, supapele 5, care permit crearea unor diferențe de presiune a gazului specificate pe pistonul b și sistemul de alimentare cu gaz 7. Dispozitivul de frânare este activat imediat după ciocnirea căruciorului și a distanțierului pentru a preveni inversarea căruciorului și deformarea formei impulsului de șoc. Gestionarea unor astfel de standuri poate fi automatizată. Ele pot reproduce o gamă largă de sarcini de șoc.
Amortizoarele din cauciuc, arcurile și, în unele cazuri, motoarele liniare asincrone pot fi folosite ca dispozitiv de accelerare.
Capacitățile aproape tuturor suporturilor de impact sunt determinate de designul dispozitivelor de frânare:
1. Impactul obiectului testat cu o placă rigidă se caracterizează prin frânare datorită apariției unor forțe elastice în zona de contact. Această metodă de frânare a obiectului testat face posibilă obținerea valori mari supraîncărcările cu un mic front de creșterea lor (Fig. 2.55, a).
2. Pentru a obține suprasarcini într-o gamă largă, de la zeci la zeci de mii de unități, cu un timp de creștere de la zeci de microsecunde la câteva milisecunde, se folosesc elemente deformabile sub formă de placă sau distanțier așezat pe o bază rigidă. Materialele acestor garnituri pot fi oțel, alamă, cupru, plumb, cauciuc etc. (Fig. 2.55, b).
3. Pentru a asigura orice lege specifică (specificată) a schimbării în n și m într-un interval mic, sunt utilizate elemente deformabile sub forma unui vârf (crasher), care este instalat între placa bancului de încercare la impact și obiectul de testare (Fig. 2,55, c).
4. Pentru a reproduce un impact cu o distanță de frânare relativ mare, se folosește un dispozitiv de frânare, format dintr-o placă de plumb, deformabilă plastic, amplasată pe o bază rigidă a suportului, și un vârf rigid al profilului corespunzător încorporat în acesta (Fig. 2.55, d), fixat pe un obiect sau platformă a standului. Astfel de dispozitive de frânare fac posibilă obținerea de suprasarcini într-o gamă largă de n(t) cu un timp de creștere scurt, ajungând la zeci de milisecunde.
5. Ca dispozitiv de frânare poate fi folosit un element elastic sub formă de arc (Fig. 2.55, d) instalat pe partea mobilă a suportului de impact. Acest tip de frânare asigură suprasarcini relativ mici de formă semisinusoidală cu o durată măsurată în milisecunde.
6. Perforabil placa metalica, fixat de-a lungul conturului la baza instalaţiei, în combinaţie cu vârful rigid al platformei sau containerului, asigură suprasarcini relativ reduse (Fig. 2.55, e).
7. Elementele deformabile instalate pe platforma mobilă a standului (Fig. 2.55, g), în combinație cu un dispozitiv de prindere conic rigid, asigură suprasarcini cu acțiune lungă cu un timp de creștere de până la zeci de milisecunde.
8. Un dispozitiv de frânare cu șaibă deformabilă (Fig. 2.55, h) vă permite să obțineți distanțe mari de frânare pentru un obiect (până la 200 - 300 mm) cu deformații mici ale șaibei.
9. Crearea de impulsuri de șoc intense cu fronturi mari în condiții de laborator este posibilă folosind un dispozitiv pneumatic de frânare (Fig. 2.55, s). Avantajele unui amortizor pneumatic includ acțiunea sa reutilizabilă, precum și capacitatea de a reproduce impulsurile de șoc diverse forme, inclusiv cu un front specificat semnificativ.
10. În practica efectuării încercărilor de impact, a fost utilizat pe scară largă un dispozitiv de frânare sub formă de amortizor hidraulic (vezi Fig. 2.54, a). Când obiectul de testat lovește amortizorul, tija acestuia este scufundată în lichid. Lichidul este împins afară prin vârful tijei conform legii determinate de profilul acului de comandă. Schimbând profilul acului, vă puteți da seama fel diferit legea frânării. Profilul acului poate fi obținut prin calcul, dar este prea dificil de luat în considerare, de exemplu, prezența aerului în cavitatea pistonului, forțele de frecare în dispozitivele de etanșare etc. Prin urmare, profilul calculat trebuie corectat experimental. Astfel, folosind metoda computațională și experimentală, se poate obține profilul necesar implementării oricărei legi de frânare.
Efectuarea testelor de impact în condiții de laborator aduce, de asemenea, o serie de cerințe speciale pentru instalarea obiectului. De exemplu, mișcarea maximă admisă în direcția transversală nu trebuie să depășească 30% din valoarea nominală; atât pentru testele de impact, cât și pentru testele de impact, produsul trebuie să poată fi instalat în trei reciproc poziții perpendiculare cu reproducerea numărului necesar de impulsuri de șoc. Caracteristicile unice ale echipamentului de măsurare și înregistrare trebuie să fie identice pe o gamă largă de frecvențe, ceea ce garantează înregistrarea corectă a rapoartelor diferitelor componente de frecvență ale impulsului măsurat.
Datorită diversității funcțiilor de transfer ale diferitelor sisteme mecanice, același spectru de șoc poate fi produs printr-o formă diferită a impulsului de șoc. Aceasta înseamnă că nu există o corespondență unu-la-unu între o anumită funcție de timp a accelerației și spectrul de șoc. Prin urmare, din punct de vedere tehnic, este mai corect să setați specificatii tehnice pentru încercările de impact care conțin cerințe pentru spectrul de șoc și nu pentru timpul caracteristic accelerației. Acest lucru se referă în primul rând la mecanismul de eșec prin oboseală a materialelor din cauza acumulării de cicluri de încărcare, care pot varia de la test la test, deși valorile de vârf ale accelerației și solicitării vor rămâne constante.
La modelarea proceselor de impact, este recomandabil să se alcătuiască sisteme de parametri definitori pe baza factorilor identificați necesari pentru o determinare suficient de completă a valorii dorite, care uneori poate fi găsită doar experimental.
Având în vedere impactul unui corp rigid masiv, care se mișcă liber asupra unui element deformabil de dimensiuni relativ mici (de exemplu, pe un dispozitiv de frânare al unui stand) fixat pe o bază rigidă, este necesar să se determine parametrii procesului de impact și stabiliți condițiile în care astfel de procese vor fi similare între ele. În cazul general al mișcării spațiale a unui corp, pot fi compilate șase ecuații, dintre care trei sunt date de legea conservării impulsului, două de legile conservării masei și energiei, iar a șasea este ecuația de stare. Aceste ecuații includ următoarele mărimi: trei componente ale vitezei Vx Vy\Vz> densitatea p, Presiunea p și entropia. Neglijând forțele disipative și considerând că starea volumului deformat este izoentropică, putem exclude entropia din numărul de parametri determinanți. Deoarece se ia în considerare numai mișcarea centrului de masă al corpului, este posibil să nu se includă componentele vitezei Vx, Vy printre parametrii determinanți; Vz și coordonatele punctelor L”, Y, Z din interiorul obiectului deformabil. Starea volumului deformabil va fi caracterizată de următorii parametri definitori:
- densitatea materialului p;
- presiunea p, care este mai convenabil de luat în considerare prin valoarea deformației locale maxime și Otmax, considerând-o ca un parametru generalizat al caracteristicii forței în zona de contact;
- viteza inițială de impact V0, care este îndreptată normal pe suprafața pe care este instalat elementul deformabil;
- timpul curent t;
- greutatea corporală t;
- accelerarea căderii libere g;
- modulul elastic al materialelor E, deoarece starea solicitată a corpului la impact (cu excepția zonei de contact) este considerată elastică;
- parametrul geometric caracteristic al corpului (sau elementul deformabil) D.
În conformitate cu teorema TS, din opt parametri, dintre care trei au dimensiuni independente, este posibil să se compună cinci complexe independente adimensionale:
Complexele adimensionale, compuse din parametrii determinați ai procesului de impact, vor fi niște funcții independente ale complexelor adimensionale P1 - P5.
Parametrii care trebuie determinați includ:
- deformare locală curentă a;
- viteza corpului V;
- forța de contact P;
- tensiune în interiorul corpului a.
Prin urmare, putem scrie relațiile funcționale:
Tipul de funcții /1, /2, /e, /4 poate fi stabilit experimental, ținând cont de un număr mare de parametri definitori.
Dacă în timpul unui impact nu apar deformații reziduale în secțiuni ale corpului din afara zonei de contact, atunci deformația va avea un caracter local și, prin urmare, complexul R5 = pY^/E poate fi exclus.
Complexul Jl2 = Pttjjjax) ~ Cm se numeste coeficientul masei relative corporale.
Coeficientul de forță de rezistență la deformarea plastică Cp este direct legat de indicatorul caracteristic de rezistență N (coeficientul de conformitate al materialului, în funcție de forma corpurilor care se ciocnesc) prin următoarea dependență:
unde p este densitatea redusă a materialelor din zona de contact; Cm = m/(ra?) - masa relativă redusă a corpurilor care se ciocnesc, care caracterizează raportul dintre masa lor redusă M și masa redusă a volumului deformat din zona de contact; xV este un parametru adimensional care caracterizează munca relativă de deformare.
Funcția Cp - /3(R1(R1, R3, R4) poate fi utilizată pentru a determina suprasarcini:
Dacă asigurăm egalitatea valorilor numerice ale complexelor adimensionale IJlt R2, R3, R4 pentru două procese de impact, atunci aceste condiții, i.e.
va reprezenta criterii pentru asemănarea acestor procese.
Dacă sunt îndeplinite condițiile specificate, valorile numerice ale funcțiilor /b/g./z» L» te- în momente similare de timp vor fi aceleași -V CtZoimax- const; ^r= const; Cp = const, care ne permite să determinăm parametrii unui proces de impact prin simpla recalculare a parametrilor altui proces. Cerințele necesare și suficiente pentru modelarea fizică a proceselor de impact pot fi formulate după cum urmează:
- Părțile de lucru ale modelului și obiectul la scară completă trebuie să fie similare geometric.
- Complexele adimensionale compuse din parametri definitori trebuie să îndeplinească condiția (2.68). Introducerea factorilor de scară.
Trebuie avut în vedere că atunci când se modelează doar parametrii procesului de impact, stările stresate ale corpurilor (naturale și model) vor fi neapărat diferite.
Supraîncărcările hidrodinamice puternice, în termeni mai simpli - impactul valurilor pe fund, au devenit una dintre principalele probleme ale construcției moderne de bărci, care împiedică creșterea vitezei. Creatorii ambarcațiunilor de mare viteză s-au luptat împotriva supraîncărcărilor excesive în principal în două direcții: au căutat contururi care să atenueze forța impactului prin reducerea zonei fundului care atinge apa și oferindu-i o secțiune transversală în formă de pană. , sau au căutat să ridice carena deasupra valurilor crestelor, să rupă fundul de pe suprafața apei. Ca urmare a dezvoltării primei direcții, au apărut contururi de tip „V adânc”, catamarane, sănii Fox, „Cuțit de mare”, etc.
Dar ambele direcții în proiectarea navelor de planare sunt asociate cu costuri semnificative de energie. Pentru a obține o viteză mare, atât o barcă în V adânc, cât și un hidroglisor sau un aeroglisor necesită o putere suplimentară a motorului în comparație cu tipurile tradiționale de bărci cu un fund deadrise scăzut.
Între timp, există încă o modalitate de a reduce forța impactului hidrodinamic în fund, care nu necesită creșterea puterii motorului sau consolidarea structurii carenei. Esența sa constă în utilizarea deprecierii, amortizarea sarcinilor de șoc cu ajutorul elementelor structurale elastice introduse în corp. La amortizare, forța de impact este redusă datorită creșterii timpului de acțiune a presiunii hidrodinamice crescute pe fund. Mărimea suprasarcinii, măsurată prin numărul g - accelerația căderii libere a corpului - este aproape direct proporțională cu timpul de acțiune a presiunii asupra navei. Deci: elementele structurale elastice fac posibilă reducerea supraîncărcărilor pe carena unei ambarcațiuni planante atunci când navighează în apă agitată de aproape 2 ori comparativ cu o carenă cu o structură „rigidă” tradițională.
Autorii au efectuat o serie de studii de proiectare a elementelor de amortizare, care pot fi utilizate cu succes pentru corpurile navelor de agrement, turistice și sportive. În unele cazuri, ele fac posibilă realizarea unui corp mai ușor și mai ieftin, care va necesita mai puțină intensitate de material și forță de muncă pentru producția sa decât modelele în serie.
Una dintre opțiunile posibile pentru corpul unui design „elastic”, propusă de autori, este prezentată în Fig. 1 (vezi certificatul de drepturi de autor nr. 1070048, publicat în „Buletinul invențiilor” nr. 4 1984). Amortizarea are loc prin instalarea elementelor goale în formă de cub în sponsoane între două straturi de benzi elastice. Datorită designului elastic, partea inferioară a sponsonilor urmează profilul valului, ceea ce reduce stropirea și face rularea mai lină.
Capătul de prova al navei este o carenă centrală îngustă 1, care se transformă într-un monoski 2 și are sponsoane laterale 3, transformându-se lin într-o carenă cu obraji ascuțiți în partea pupa. În partea din mijloc, sponsoanele sunt umplute cu elemente cubice impermeabile 5, care sunt conectate în părțile superioare și inferioare prin benzi elastice 6 (este posibil să se utilizeze benzi de cauciuc întărite cu snur de oțel). Elementele cubului se pot deplasa in ghidajele laterale ale celor 7 sponsoane in directie verticala. Pe deasupra, elementele cubice sunt încărcate cu arc cu amortizoare 8. Capetele benzilor flexibile inferioare 6 sunt fixate rigid de linia de sponson, în timp ce capetele celor superioare rămân libere.
În valuri slabe loviturile vor fi mici; undele, acţionând asupra benzii elastice 6, vor transmite energia de impact prin elementele 5 amortizoarelor cu arc 8.
In cazul marilor semnificative, concomitent cu sponsonurile elastice, va intra in functiune si carena centrala 1, care are contururi de fund cu o deadrise crescuta la nas. Sponsonii elastici absorb energia de impact în momentul inițial și împiedică carena centrală să se cufunde semnificativ în val, reducând rezistența totală a navei. Benzile elastice urmează profilul undei amortizoarele cu arc absorb energia de vibrație a elementelor. Acest lucru, combinat cu o carenă centrală îngustă, care se transformă într-un monoski, va permite navei să fie operată în mare liberă, cu viteză mare. Prin reducerea sarcinilor de șoc, dimensiunea conexiunilor puternice ale corpului poate fi redusă. Chiar dacă acest lucru nu duce la reducerea greutății, compensează greutatea structurilor flexibile.
Această soluție tehnică este potrivită în special pentru planarea trimaranelor și catamaranelor. Adevărat, un dezavantaj binecunoscut este dificultatea utilizării volumelor de elemente de amortizare goale, care ocupă o parte din volumul total util al corpului.
Într-un alt exemplu de realizare, elementul elastic este realizat sub formă de ondulații longitudinale în carcasa metalică laterală (V.S. Nr. 1088982, publicat în Buletinul Nr. 16, 1984). Inserția ondulată se extinde pe toată lungimea laturii, începând din sfertul arcului, ondulațiile sunt umplute material elastic(Fig. 2).
Pielea inferioară este întărită de rigidizări longitudinale, suporturile cărora sunt florile 3, care sunt atașate de panoul inferior al pielii laterale 4 sub insertul ondulat 5. Deasupra insertului, pielea laterală este întărită de un string 7 și pop. -cadre în sus 8.
Socurile hidrodinamice, percepute de panourile inferioare, sunt transmise la podele și, în consecință, la placarea laterală. Cea mai mare parte a energiei de impact este absorbită în timpul deformării inserțiilor laterale 5 și a umpluturii elastice 6. Datorită „conformității” placajului inferior, încărcările pe care le percepe sunt mai mici decât la o structură rigidă, iar barca poate dezvolta un viteză mai mare în mare agitată fără riscul de deteriorare a carenei.
Această opțiune este cea mai promițătoare pentru bărci cu motor și bărci cu motor mici de planare. Implementarea sa nu este împiedicată de dificultăți tehnice - este suficientă ștampilarea ondulațiilor longitudinale cu o anumită rigiditate în pielea laterală. Invenția descrisă a fost utilizată, de exemplu, în dezvoltarea unei versiuni modernizate a ambarcațiunii cu motor Neman-Sport (), testele preliminare ale unui prototip al căreia au arătat o îmbunătățire vizibilă a caracteristicilor de performanță (în primul rând confortul la navigarea pe mare agitată) în comparație cu modelul de bază.
Pentru bărci cu motor și bărci, se poate recomanda și instalarea unor rigidizări longitudinale flexibile (V.S. Nr. 1100000, „Buletin” Nr. 19.) După cum se arată studiu experimental, datorită reducerii rigidității nervurilor longitudinale, presiunea hidrodinamică pe fund în timpul unui impact plat este redusă cu 50-60% față de designul tradițional al setului longitudinal. Acest lucru vă permite să reduceți dimensiunea conexiunilor puternice ale podelei de jos și, sincer, grosimea pielii exterioare cu 30%.
Nervurile longitudinale pliabile sunt realizate sub formă de ștanțare dintr-o foaie de aluminiu subțire de profile în formă de C legate între ele prin elemente de absorbție a șocurilor (Fig. 3, a). O dezvoltare a unui astfel de design este utilizarea elementelor în formă de C care absorb șocurile în combinație cu căptușeala de jos ondulată (V.S. Nr. 1106724, „Buletinul” Nr. 29, 1984). Aici, sarcinile hidrodinamice, care sunt percepute de pielea fundului ondulat, o transferă la amortizoarele în formă de C, care sunt suporturi pentru ondulațiile de pe planșeele transversale 6 (Fig. 3, b). La rândul lor, florele au suporturi pe stringers 6 și chila 7.
Datorită elasticității plăcilor în formă de C 4 și a garniturilor elastice 5 instalate între ele, în momentul impactului hidrodinamic asupra valului, are loc deformarea elastică a placajului inferior. Garniturile 4 pot fi confectionate din cauciuc sintetic si ranforsate cu cordon de otel. Datorită deformării elastice a placajului inferior, mărimea tensiunilor care acționează în placare și setul de tensiuni este redusă la jumătate.
Mai sus au fost prezentate doar generale solutii tehnice probleme de creștere a fiabilității și de reducere a greutății carenelor bărcilor cu motor și a bărcilor cu motor planante. Mai este o muncă minuțioasă înainte. munca experimentala, ale cărui rezultate vor face posibilă crearea unei metode fiabile de selectare a dimensiunilor conexiunilor corpului, ținând cont de conformitatea elementelor elastice.
