Способ контроля тонкостенных стеклопластиковых оболочек

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА).

Известны способы контроля прочности элементов летательных аппаратов при воздействии избыточного давления (Технология сборки и испытаний космических аппаратов. Учебник для высших учебных заведений. И.Т.Беляков, И.А.Зернов, Е.Г.Антонов и др., под общ. Ред. И.Т.Белякова и И.А.Зернова. – М.: Машиностроение, 1990. – 352с.:ил. С.150-152). В процессе контроля сборочные единицы летательного аппарата нагружают давлением величиной больше рабочего, а контроль прочности осуществляют по принципу «выдержал – не выдержал». Указанные cпособы не могут быть применены для контроля элементов ЛА с малым запасом прочности, так как при воздействии больших значений давления в них могут произойти необратимые изменения.

Другим известным техническим решением является тензометрический метод испытания цилиндрических оболочек (Потапов А.И., Пеккер Ф.П. Неразрушающий контроль конструкций из композиционных материалов. Л., Машиностроение, 1977, с.192, с.103). Сущность метода заключается в том, что в цилиндрической оболочке, находящейся под действием внутреннего давления, деформации определяют в различных сечениях оболочки. По максимальным деформациям судят о прочности изделия, сравнивая параметры деформирования контролируемого изделия с эталонным образцом.

Основным недостатком этого метода является то, что для регистрации поля деформации требуется большое количество тензодатчиков, которые монтируются на исследуемую конструкцию. Как следствие этого факта, способ достаточно громоздкий и малопроизводителен, поэтому на его основе невозможно создать экспресс-методы для регистрации полей деформации поверхности оболочки для оценки напряженно-деформированного состояния конструкции.

Наиболее близким по технической сущности является способ по патенту Российской Федерации № 2623662, МКИ G01 3/12, публ. 28.06.2017, в котором для определения поля перемещений создается перепад давления по стенке оболочки при ее вращении вокруг своей оси, причем, одновременно с вращением осуществляется регистрация нормальных перемещений поверхности оболочки с помощью неподвижных датчиков, расположенных в одной плоскости с осью оболочки, а оценку годности тонкостенной оболочки осуществляют по результатам сравнения значений максимальных перемещений поверхности с их базовыми значениями.

Это техническое решение имеет существенный недостаток: точность регистрации поля перемещений поверхности оболочки при нагружении изделия давлением зависит от точности центровки оболочки или от симметрии контролируемой поверхности относительно оси вращения.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении точности измерения перемещений поверхности оболочки при силовом нагружении.

Для этого предложен способ контроля тонкостенных стеклопластиковых оболочек, включающий измерение датчиками перемещений поверхности оболочки при ее вращении вокруг своей оси, отличающийся тем, что измеряют перемещения поверхности оболочки при вращении ее вокруг своей оси без создания перепада давления и с созданием перепада давления, а поле перемещений поверхности оболочки рассчитывают по разности показаний датчиков перемещений поверхности оболочки при ее вращении вокруг своей оси и перемещений поверхности оболочки при ее вращении вокруг своей оси с одновременным созданием перепада давления по стенке оболочки.

Показания датчика перемещений в соответствующем сечении оболочки при силовом нагружении, представляющем ее вращение с одновременным созданием перепада давления, можно выразить формулой:

, (1)

где – составляющая сигнала, зависящая от симметрии контролируемой поверхности оболочки относительно оси вращения;

– составляющая сигнала, зависящая от центровки оболочки;

– составляющая сигнала, зависящая от прочностных свойств оболочки и уровня перепада давления по стенке оболочки.

Так как допуски по геометрии оболочки сравнимы с величиной деформирования оболочки при ее силовом нагружении, то очевидно, что погрешность регистрации поля перемещений поверхности оболочки при ее силовом нагружении может достигать до 50%.

Влияние составляющей на погрешность регистрации информации о поле перемещений в процессе вращения сравнимо с влиянием . Это может привести к тому, что погрешность регистрации информации может составить более 50 %, что делает невозможным точное определение поля перемещений поверхности поверхности оболочки.

Для того чтобы уменьшить влияние составляющих и необходимо провести регистрацию поля перемещений контролируемой поверхности оболочки в три этапа. На первом этапе проводят регистрацию контролируемой поверхности оболочки при ее вращении, на втором регистрируют поле перемещений контролируемой поверхности оболочки при ее вращении и создании перепада давления по стенке оболочки, на третьем этапе определяют разность показаний датчиков перемещений поверхности оболочки при ее вращении вокруг своей оси (первый этап) и перемещений поверхности оболочки при ее вращении вокруг своей оси с одновременным созданием перепада давления по стенке оболочки (второй этап). Такая последовательность измерений перемещений поверхности оболочки позволит свести к минимуму погрешность регистрации поля перемещений при оценке прочностных свойств тонкостенных оболочечных конструкций.

В действительности значение показаний датчиков перемещений на первом этапе измерения равно:

(2)

Вычитая из формулы (1) формулу (2) получим значение величины сигнала измерения с минимальной погрешностью.

Использование предложенного способа позволит существенно повысить точность определения поля перемещений поверхности оболочки, и как следствие, повысить точность прогнозирования потери устойчивости тонких оболочечных конструкции без разрушения.