8.2 Поэлементная отработка конструкций

Поэлементная отработка наиболее часто применяется на этапе эскизного проектирования для проверки новых технических решений. Однако ее использование и на других этапах весьма эффективно, а в некоторых случаях является единственно приемлемым.

Суть методики поэлементной отработки заключается в испытании (отработке) на различные нагрузки отдельных составных частей, деталей, элементов конструкций. В качестве примера рассмотрим методику поэлементной отработки изделия на долговечность.

Эта методика заключается в проведении ускоренных испытаний элементов изделия при форсированных значениях воздействующих факторов для получения предельных поверхностей (кривых) — зависимостей сроков службы (СС) элементов от воздействующих факторов, с последующей экстраполяцией результатов на эксплуатационные значения.

Алгоритм методики сводится к следующему:

- определяется перечень “слабых” элементов;

- определяются воздействующие факторы и их уровни (X_i);

- определяются показатели стойкости, их предельно-допустимые значения (Y_i);

- проводятся эксперименты при Х>X_экспл, получая кинетические зависимости Y=f(τ) вплоть до предельных значений Y_I^X;

- находятся предельно-допустимые значения времени и аппроксимирующая зависимость τ(X_ф) (предельная кривая);

- определяется СС по каждому показателю путем экстраполяции предельной кривой на эксплуатационные значения воздействующих факторов τ^x(X_i ^экспл);

- определяется срок службы элемента (CC_n=minτ^x(X_i³)), срок службы изделия (СС=minСС_n), гарантийный срок службы изделия (ГС=СС/K, где К - коэффициент запаса). Алгоритм методики приводится на рисунке 8.1.

Для климатических и механических испытаний используются термо-, криокамеры, нагружающие устройства.

Рисунок 8.1 - Схема алгоритма минимальной конфигурации методики поэлементной отработки

8.3 Статические испытания

По характеру распределения все нагрузки могут быть разделены на поверхностные и массовые (объемные). Поверхностные нагрузки характеризуются давлением или значением равнодействующей силы. Массовые нагрузки распределяются по объему элементов конструкции и пропорциональны плотности их материала. Значения массовых нагрузок обычно характеризуются величинами коэффициентов перегрузок n=a/g,

где а - действующее ускорение;

g - ускорение свободного падения.

С другой стороны, все внешние нагрузки подразделяют на статические (квазистатические), относительно медленно изменяющиеся во времени, и динамические, вызывающие упругие колебания конструкции.

В качестве критерия выбирается период (или частота) свободных упругих колебаний конструкции в целом или ее частей и элементов.

При статических испытаниях рассматриваются следующие случаи нагружения:

- эксплуатация, транспортирование;

- аэродинамические, инерционные нагрузки на активном участке траектории или пассивном, при доставке конструкции;

- гидростатические нагрузки и др.

При испытаниях определяются:

- прочность, запасы прочности и, при необходимости, разрушающие нагрузки;

- напряженно-деформированное состояние (НДС);

- жесткостные характеристики.

Крепление объекта испытаний на оборудовании должно быть максимально приближено к условиям крепления в эксплуатации.

Испытания проводятся в такой последовательности:

- нагружение по одной из схем (желательно менее напряженной) ступенями (О,1—О,2)Р_э до эксплуатационной нагрузки Р_э;

- нагружение до f Р_э (f - коэффициент запаса);

- нагружение в той же последовательности по всем остальным схемам;

- нагружение до предельного состояния по наиболее напряженной схеме.

Квазистатические испытания и испытания на воздействие линейных ускорений проводятся в 2 этапа:

- испытание на воздействие Р_э;

- испытание на воздействие f Р_э;

Воспроизведение нагрузок осуществляется на следующих установках:

- на силовых стендах, при этом массовые силы инерции заменяются системой сосредоточенных сил или сил, распределенных по поверхности;

- на центробежных установках, копрах, при этом осуществляется инерционное приложение сил.

При центробежных испытаниях нагрузка задается, исходя из n=a/g, где ускорение a=Ω²R, R — радиус до центра масс объекта, Ω — угловая скорость.

Неравномерность распределения линейных ускорений Ψ определяется как , где a_max,min — ускорение в крайних точках, a_ц.м. — в центре масс.

При испытаниях измеряются деформации, перемещения, прогибы, усилия, строятся диаграммы нагружения, определяются жесткостные, прочностные характеристики.