Способ испытания соединений обшивок с ячеистым заполнителем и устройство для его осуществления

Способ испытания соединений обшивок с ячеистым заполнителем и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

3478 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21. 05. 81 (21) 3295812/29-3 с присоединением заявки М(23) Приоритет

Опубликовано 231282. Бюллетень-йф

1 И 5/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

624.023: .173 ° 212 .8) Дата опубликования описания 23 12 °

) Б. A. Матюшкин, Ю. К. Ганин и В. В:.- Редчиц (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИСПИТАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ ОБШИВОК С ЯЧЕ?1СТЫИ

ЗАПОЛНИТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ обшивок (2).

30

Изобретение относится к испытани- ям конструкций, в частности конструкций самолетов.

Известен способ испытания сварных конструкций, включающий приложение нагрузки на внутреннюю поверхность детали. Известно устройство для осуществления этого способа, включающее пуансон со сферической рабочей поверх- 10 ностью Р 1) .

Однако эти способ и устройство не могут быть использованы для испытания соединений обшивок с ячеистым заполнителем.

Наиболее близким к изобретению 15 является способ испытания соединений обшивок с ячеистым заполнителем, включающий нагружение внутренних поверхностей обшивок и определение прочности соединений. Известно устройство для осуществления этого способа, включающее приспособление для нагружения

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они не могут быть использованы для испытания перфорированных обшивок.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что соглас. но способу испытания соединениф обшивок с ячеистым заполнителем, включающему нагружение внутренних поверхностей обшивок и определение прочности соединений, одновременно с нагружением внутренних поверхностей обшивок производят нагружение их наружных поверхностей равномерно распределенными нагрузками, при этом нагружение внутренних поверхностей производят приложением сосредоточенных усилий на 10-15% площади поперечного сечения ячейки по ее центру.

Кроме того, в устройстве для испытания соединений обшивок с ячеистым заполнителем, включающем приспособление для нагружения обшивок, приспособление для нагружения обшивок выполнено в виде двух плит с пуансонами и упругими элементами, при этом пуансоны установлены на плитах с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью обшивок по центру ячеек, а упругие элементы — с внешней поверхностью обшивок.

На фиг. 1 изображено устройство и схема приложения нагрузок при осуществлении способа, общий вид, на

983478 фиг. 2 — схема размещения пунасонон устройства внутри ячеек.

Устройство для испытания соединений обшивок с ячеистым заполнителем включает образец 1, состоящий из верх ней обшивки 2, ячеистого заполнителя

3 и нижней обшивки 4. Приспособление для нагружения обшивок устройства состоит из пуансона 5, закрепленного на плите б, и упругого элемента 7, Неподвижная нижняя часть приспособления состоит из пуансона 8, закреп ленного на плите 9, и упругого элемента 10.

Способ осуществляется следующим образом, В образце 1 сварной составной конструкции выполняют отверстия ди аметром d с расстоянием между осям центры которых лежат в центре шестигранной или четырехгранной ячейки. При этом в верхней обшивке

2, приваренной к ячеистому заполнителю 3, расстояние между отверстиями Й устанавливают по оси х равное

2b, по оси z — равное 1. В нижней обшивке 4 координаты центров отвер 25 стий d соответственно смещают: по оси х на величину b а по оси

1 на величину, т.е. располагают в

30 шахматном порядке относительно отве, стий верхней обшивки.

Через отверстия d в верхней обшивке 2 вводят цилиндрические пуансоны 5, закрепленные резьбой на верх- )5 ней плите б .соответственно координатами отверстий d обшивки 2. При этом пуансоны 5 вводят таким образом, что плита б устанавливается на верхней обшивке 2 через эластичную про- 40 кладку 7, а между рабочей поверхностью (торцом) пуансона 5 и внутренней поверхностью нижней обшивки 4 06" разуют зазор Д, равный 0,5-1 мм, Через отверстие d нижней обшивки

4 вводят цилиндрические пуансоны 8, закрепленные на плите 9 соответственно координатами отверстий d обшивки

4, а между плитой 9 и нижней обшивкой 4 устанавливают эластичную прокладку 10 и образуют соответствующий зазор.

Подготовленный таким образом образец сварной сотовой конструкции к испытаниям имеет общую высоту Н.

В процессе испытания сварных соединений сотовой конструкции на отрыв через плиту б или 9 прикладывают нагрузку Р, характеристика и величина которой определяется теми 60 требованиями которые предъявляются к сварным соединениям. В результате высота Н уменьшается до размера h, а рабочие торцы пуансонов 5 и 8 с определенной силой нагружают обшивки

2 и 4, ограниченные контуром ячейки и приваренные к сотоблоку 3, Важным моментом при выборе величины нагрузки является оптимальное соотношение площадей контура ячейки, в центре которой прикладывают нагрузку, и рабочего торца пуансонов 5 и 8.

Экспериментальным и расчетным путем установлено, что площадь рабочего торца пуансона (S ) o H cocTaBJIHTb

10-15% от площади поверхности, огра ниченной контуром ячейки (Б ) . При выбранном соотношении каждая ячейка в процессе испытаний приближается к условиям двухосного погружения, что позволяет испытывать на прочность не только сварное соединение, но и основной металл обшивки однонременно с двух сторон сотовой конструкции.

Применение пуансона с площадью рабочего торца менее 10Ъ относительно площади S> будет способствовать концентрации напряжений в центре контура обшивки и вызовет преждевременное ее разрушение. При S> больше 15% относительно площади Sg, концентрация напряжений в обшивке нарушит условия сохранения двухосного напряженного состояния и вызовет преждевременное разрушение по основному металлу беэ учета прочности сварного соединения.

Толщина обшивок сотовой панели может в зависимости от размеров ячеек и назначения конструкции изменять-. ся в пределах от 0,2 до О,б мм. В целях предупреждения возможности произвольного повреждения обшивок нагружения пуансонами и повышения чувствительности к нагрузкам предусмотрены упругие элементы и эластичные прокладки (матрицы), которые в зависимости от твердости их материала обесПечивают необходнмое противодавление.

Течение материала эластичной прокладки в процессе нагружения создает дополнительний подпор и обеспечивает частичное разгружение обшивки, что помогает создавать нагружение сварной зоны малыми дозами и равномерно по нсему контуру ячейки.

В зависимости от толщины обшивки и упругих свойств ее материала свойства эластичной прокладки можно изменять с учетом понышения или понижения упругих свойств (твердости) материала прокладки, которые необходимо учитывать при подсчете действительной нагрузки на сварное соединение.

Важным является и то обстоятельство, что сварное соединение в этом случае испытывается на отрын по всему контуру ячейки одновременно, а изменением последовательности расположения пуансонов 5 и 8 можно обеспечить различные схемы нагружения верхней и нижней обшивок. Их отличие будет состоять не тОлько в размере при983478 кладываемой нагрузки, но и в характе ре ее распределения. Например, изменяя схему расположения пуансонов 5 и 8 и соответственно для них отверстий в обшивках 2 и 4, можно сосредо.точить нагрузку в центре, а можно и в периферийных зонах сварной сотовой конструкции.

Способ может быть использован для испытаний различных по характеру нагрузок: статических кратковре- 10 менных и длительных циклических, дина. мических, ударных и т.д. В качестве источника энергии можно использовать пресс, небольшой по мощности копер или ударный молот, вибратор, а также различный груз.

Усилие при этом необходимо прикладывать к внутренним стенкам обшивок и выдерживать конструкцию в напряженном состоянии установленное время.

Критерием оценки надежности были приняты такие максимальные значения нагрузки и времени, при которых разрушений не наблюдалось.

В результате испытаний, располагая такими данными, как величина нагрузки и время ее воздействия до разрушения, можно судить о прочности и надежности сотовой конструкции.

Экспериментальная проверка предложенного способа испытаний осуществля лась на сварных технологических образцах сотовых панелей размером 100х х100х40 мм и размером ячейки 7х7 мм из титановых сплавов ВТ-20 (обшивки листа д = 0,5 мгл) и BT-1 (сотоблок

0 = 0,08 мм). Сварка панелей осуществлялась на контактно-роликовой машине МИТ-СП1200 в режиме: усилие

17-20 кгс, .сварочный ток 3600-3800 Л, вревля импульса 0,06 с, время паузы 40

0,06 с, скорость сварки 1,5 .м/мин.

После сварки конструкцию с сотовым заполнителем подвергали диффузионному отжигу в вакууме 1 10 4мм рт. ст. при 900 С в течение 1,5 ч. 45

Перед нагружением в центре ячейки сварного образца 1 были выполнены отверстия диаметром 4,0 мм, расположенные в обшивках 2 и 4 с двух сторон в шахматном порядке. Через отверстия 50 диаметром 4,0 мм обшивок 2 и 4 в образец 1 вводятся пуансоны 5 и 8 диаметром 3 мм, закрепленные на плитах б и 9. Неподвижная плита 9 устанавливается на ровное основание таким образом, чтобы подвижная плита 6 под действием нагрузки P сближалась с внешними сторонами обшивок 2 и 4.

Устранение зазора под действием нагрузки P обеспечивает рабочий ® контакт пуансонов 5 и 8 с внутренними сторона ли обшивок 2 и 4. Сварное соединение между сотовым заполнителем и обшивкой, выполненное по отбортовке, представляет собой слоистое 65 соединение, площадь которого по контуру ячейки составляет 12,8 мм и носит прерывистый характер. Величину нагрузки на одну ячейку выбирали из расчета прочности сплава ВТ-1 (60 кг/мм ) и присутствия концентра- тов напряжений, которые в условиях на отрыв существенно снижают прочность сварного соединения. Величина напряжений на одной ячейке с учетом эффекта противодавления изменялась от б до 18 кг/ми, Испытания в условиях длительного (30 сут) статического нагружения показали возможность образования дефектов при напряжениях

18 кг/мм на одну ячейку, что подтвердило необходимость повышения монолитности соединения между сотовым заполнителем и обшивкой. Дефекты представляют собой отрыв обшивки от сотоблока и обнаруживаются визуально. Наилучшим качеством обладают те соединения, которые при максимальных нагрузках эа установленное время дефектов не образуют.

Предлагаемому способу испытаний могут быть подвергнуты конструкции в виде сотовых панелей как из металлов, сваренных диффузионной сваркой и соединенных пайкой, так и иэ неметаллов, соединяемых клеем.

Эффективность предлагаемого способа испытаний состоит в том, что он позволяет корректировать технологию диффузионной сварки (режимы сварки, температуру нагрева, подготовку поверхности под сварку и т.д.) способствует повышению качества и надежности соединений сотовых конструкций.

При этом не требуется специализированного оборудования для испытаний, а простота предложенного устройства для реализации способа делают его простым и нетрудоемким в эксплуатации.

Формула изобретения

1. Способ испытания соединений обшивок с ячеистым заполнителем, включающий нагружение внутренних поверхностей обшивок и определение прочности соединений, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, одновременно с нагружением внутренних поверхностей обшивок производят нагружение их наружных поверхностей равномерно распределенными нагрузками, при этом нагружение внутренних поверхностей производят приложением сосредоточенных усилий на 10-15% площади поперечного сечения ячейки по ее центру.

2. Устройство для испытания соединений обшивок с ячеистым заполнителем, в ключ ающее приспособле ние для

983478

Фы8. 1

ВНИИПИ Заказ 9895/47 Тираж 887 ПодписнОе

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4 нагружения обшивок, о т л и ч а юш е е с я тем> что приспособление для нагружения обшивок выполнено в виде двух плит с пуансонами и упругими элементами, при этом пуансоны установлены на плитах с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью обшивок по центру ячеек, а упругие элементы - с внешней поверхностью обшивок.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиз.

1. Куркин С. А. и др.. Испытание конструкций; - "Сварочное производство", 1970, 9 7, с. 1-3.

2. Ильин А. И. и др. Испытание сварных соединений. - "Авиационная промышленность", 1976, Р 12, с. 71.

1А