8.4 Ударные испытания

Удар — приложение к конструкции внешних сил в течение миллисекунд или микросекунд. При ударе наблюдаются две фазы процесса — сжатие и восстановление. Им соответствуют преобразование кинетической энергии внешних сил в потенциальную энергию деформации элементов конструкции (сжатию) и обратное преобразование упругой деформации в кинетическую энергию (восстановление). Влияние удара связано с деформированием, повреждением, даже разрушением слабых элементов и возникновением (возможным) затухающих колебательных движений на собственных частотах отдельных элементов.

При воздействии внешних сил возникают силы противодействия (инерции): F_u=-mg_u. Количественной мерой служит перегрузка: n=g_u/g=V/2gS, где V — мгновенная скорость, S — перемещение при ударе или сумма упругих и неупругих деформаций соударяющихся тел.

Имитируют ударные воздействия в лабораторных условиях тремя основными методами. При первом методе возможно точно имитируют ударное воздействие на изделие. При втором — реакции изделия на ударное воздействие (ударный спектр, переходную характеристику). Третий метод предусматривает воспроизведение ударного воздействия, которое вызвало бы в испытательном объекте такие же повреждения, как и в реальных условиях.

Широко применяется первый метод. Причем, в зависимости от принципа создания ударного воздействия, различают два основных вида ударных стендов:

- основанный на принципе торможения предварительно разгоняемого изделия;

- основанный на принципе разгона до требуемой скорости.

Заданный закон воздействия формируют при торможении путем деформирования специального тормозного устройства. При этом происходят упругие или упругопластические деформации тормозного устройства. Большинство их выполняется так, что в момент достижения максимального ударного ускорения скорость ударяющего тела падает до нуля. Тогда справедливы соотношения:

V₀=Aa_maxt_max; S_max=Ba_maxt²_max,

где A, B — коэффициенты формы переднего фронта.

Из этих соотношений можно определить предельные возможности стенда и возможность воспроизведения ударной на грузки.

В стендах на принципе разгона V_разг=Aa_maxt_max; S=Ba_maxt²_max, то есть V₀=V_разг. Однако, при торможении скорость испытуемого изделия падает до нуля. При разгоне после воспроизведения — растет (при симметричной форме импульса в 2 раза). Возникает необходимость гашения.

Типовым ударным воздействием является трапецеидальный импульс (рисунок 8.2).

Рисунок 8.2 - Форма импульса ударного воздействия

Подбор режима осуществляется с использованием массогабаритного макета как абсолютно твердого тела, имитирующего узел по габаритам, массе и положению центра масс. Нагружение проводится методом торможения с использованием крешеров. Крешеры подбираются по их статической силовой характеристике (рисунок 8.3):

,

где K_упр - коэффициент упрочнения материала при ударных нагружениях;

Р₀~σ;

G — вес массогабаритного макета.

Рисунок 8.3 - Силовая характеристика крешера

Крешера обжимаются в статике до Р₀ что обеспечивает максимальную крутизну фронта. Длительность импульса регулируется скоростью падения и высотой крешера (путем торможения).

Синусоидальные наложения (следствие повышенной жесткости крепления макета в оснастке) исключаются методом фильтрации сигнала, выявляя постоянную составляющую n_зад (рисунок 8.4).

На подобранных режимах (крешерах — скоростях) испытывают измерительные макеты, выявляя особенности динамических процессов изделия, составных частей и т. д., а затем и полномасштабный образец изделия.

Рисунок 8.4 - Экспериментальная диаграмма нагружения