Методи та засоби створення силового навантаження

• Залежно від виду навантаження розрізняють два основні способи випробувань: статичне (під статичним навантаженням) і динамічне (під динамічним).
• За величиною навантаження розрізняють два види випробувань: експлуатаційне та руйнівне. Вибір того або іншого навантаження залежить від поставленої мети.
• У лабораторних умовах розрізняють натурне випробування, коли досліджується об’єкт виготовлений в натуральну величину, і випробування моделі.
• Щодо точності отриманих результатів надають перевагу натурним випробуванням, оскільки під час переводу результатів випробування моделі до дійсних розмірів конструкції можуть виникнути деякі похибки.

Статичне навантаження

• може створюватися власною вагою якогось матеріалу (пісок, вода), штучними вантажами (в ролі штучних вантажів використовують гирі, металеві відливки й поковки, бетонні та залізобетонні блоки, які перед випробуванням зважують та маркують) або тиском спеціального обладнання (домкрати, камери зі стисненим повітрям).

Для зручності та точності створення навантажень необхідні такі вимоги:

• короткий період навантаження та розвантаження;
• простота та легкість цих процесів;
• швидкість та точність визначення під час випробування.

Навантаження визначається вагою вантажу, що використовується:

• при навантаженні водою - масою води;
• під стисненим повітрям - тиском повітря, що фіксує манометр;
• при навантаженні гідродомкратами - тиском масла в системі, який вимірює манометр.
• Ефективний спосіб визначення зовнішнього навантаження - встановлення динамометрів стиснення або розтягу між досліджуваною конструкцією та навантаженням.

Динамометри

• можуть бути механічними або електромеханічними.
• Механічні побудовані на залежності між зусиллям та деформацією пружини. Деформація пружини перетворюється в кутове переміщення стрілки циферблата індикатора годинникового типу.
• Електромеханічні динамометри складаються з пружного сталевого стрижня, на який наклеєний тензорезистор. Відлік інформації ведеться за допомогою будь-якого реєструвального тензометричного приладу.

​

• Динамометри: а - динамометри розтягу; б - зразковий динамометр;
• в - динамометри стику; г - електромеханічні динамометри;

В лабораторних умовах під час випробування моделей чи зразків матеріалів використовують стандартне пресове обладнання та розривні машини, що поділяються на два типи:

• машини з жорстким навантаженням, у яких задається режим деформування, і машини з м’яким навантаженням, де задається закон зміни силового навантаження. Останній тип машин вважається за кращим.

В натурних експериментах конструкцій

зосереджені навантаження найпростіше створити підвішуванням вантажів, при цьому діюче навантаження не залежить від прогину конструкції, однак цей спосіб досить громіздкий. Запропонована схема не є безпечною, оскільки дослідник вимушений знаходитися під навантаженою конструкцією.

Спосіб підвішування вантажу: 1 - ферма;

2 - підвіска;

3 - вантаж

Для прикладання зосереджених навантажень раціональніший спосіб натягу. При використанні натяжних пристроїв немає потреби зважувати і переміщувати вантаж; напрям прикладених зусиль може бути довільним; необхідне обладнання досить компактне; можлива швидка зміна рівня навантаження; регульоване зняття навантаження.

​

Спосіб натягу: 1 - ферма; 2 - підвіска;

3 - динамометр; 4 - блок; 5 - агрегат

Досить часто навантаження створюють гідравлічними домкратами. У вітчизняній практиці широко використовують вантажні домкрати ДГ-200, ДГ-100, ДГ-50.

Схема гідравлічного домкрата: 1 - циліндр; 2 - штуцер для шланга; 3 - манжети; 4 - складний плунжер; 5, 6 - отвори для виходу повітря; 7 - обмежувальна гайка; 8 - сферична опора; 9, 12 - робочі порожнини; 10 - нерухомий поршень; 11 - порожнистий шток

Метод створення зусиль гідравлічними домкратами є найбільш індустріальним.

Але, як правило, потребує силової підлоги (силова підлога це потужна залізобетонна плита, у верхній частині якої урівень з поверхнею встановлені шини, надійно заанкеровані у тілі бетону. Шини можуть бути виконані у вигляді металевої коробки з прорізом. У проріз вставляються болти, до яких кріпиться об’єкт, що випробовується і силове обладнання). Він вигідно відрізняється малогабаритністю, простотою створення і регулювання зусиль, можливістю прикладання їх у будь-якому напрямі. На практиці використовують гідравлічні домкрати, які можуть створювати навантаження до 1000 кН та групові насосні установки з електричним або (при невеликих навантаженнях) ручним приводом.

Способи створення статичного навантаження:

а, б - випробування ферми;

в - навантаження балки штучними вантажами;

г - навантаження повітряною або водяною ємністю;

д - випробування балки на стаціонарному стенді з силовою підлогою;

е -навантаження водою, яка розміщена в ємність із дерев'яних щитів з водонепроникною плівкою;

1 - конструкція, що випробовується;

2 - домкрат; 3 - тяги; 4 - балка;

5 - стояки; 6 - штучні вантажі;

7 - підставки; 8- камера із резини;

9 - швелери; 10 - силова підлога;

11 - водонепроникна плівка; 12- дерев'яні щити

Випробування кроквяної балки за допомогою динамометру з натяжним пристроєм

1 - досліджувана конструкція; 2 - опорні траверси по верхньому поясу; 3 - плити покриття; 4 - тяги; 5 - траверси; 6 - вантаж, від ваги якого в балці виникають контрольні зусилля; 7 - динамометр розтягу з натяжним пристроєм; 8 - страхувальні пристрої

Випробування кроквяної балки підвішуванням платформ із вантажами

1 - балка; 2 - опорні траверси по верхньому поясу; 3 - плити покриття; 4 - підвіски із арматурної сталі; 5 - платформи для вантажів; 6 - нерухома опора для платформи; 7 - блоки для страхування; 8 - штучні вантажі; 9 - пристрої для страхування

Випробування кроквяної балки гідродомкратами

1 - дослідна конструкція; 2 - опорні траверси по верхньому поясу; 3 - плити покриття; 4 - тяжі; 5 - траверси; 6 - анкерні пристрої (блоки, фундаменти під обладнання, гвинтові палі); 7 - гідродомкрати з насосною станцією; 8 - пристрої для страхування

Динамічні випробування

характеризуються досить швидкою зміною інтенсивності зовнішніх навантажень в часі або просторі, при цьому виникають сили інерції. Під час динамічних випробувань визначають параметри, що оцінюють напружено-деформований стан конструкції: амплітуду, частоту, швидкість коливань, їх затухання, а також деформацію.

Способи створення динамічного впливу�

а - таран; б - скидання вантажу (горизонтальне навантаження); в - скидання вантажу на конструкцію (вертикальне навантаження); г, д - зворотній удар-обрив відтяжки; е - вібродомкрат; є - вібромашина:

1 - конструкція, що випробовується; 2 - підвіска; 3 -вантаж; 4 - пісок; 5 - місце обриву в відтяжці; 6 - анкер; 7 - масло; 8 - плунжерний барабан; 9 - гідропульсатор; 10 - маси з ексцентриками, що обертаються; 11 - станина

Ударне навантаження

• можна створити вільним падінням вантажу на конструкцію. Однак при цьому вантаж разом з конструкцією приходить у коливальний рух і впливає на частоту власних коливань останньої.
• Цього недоліку позбавлена схема, коли вантаж підвішений до конструкції. Його в потрібний момент миттєво знімають. Звільнена від навантаження конструкція починає вільно коливатись. Недоліком такої схеми є те, що необхідно збільшувати вагу вантажу.

Горизонтальне ударне навантаження

В практиці є випадки, коли виникає потреба у горизонтальних ударних навантаженнях. Тут можна використовувати стандартну установку - копер. В останній час для цього почали застосовувати піропатрони невеликої потужності.

Вібраційне навантаження

Для створення і передачі конструкції різних за напрямком, частотою та амплітудою вимушених коливань, а також моменту змінної величини і напряму використовують спеціальну установку - вібромашину.

​

Вібромашина складається з парної кількості дисків з дзеркально розташованими неврівноваженими масами, що обертаються в різні боки. Обертання здійснюється електродвигуном, кількість обертів якого і, відповідно, частота вимушених коливань конструкції міняються у широких межах. Під час обертання дисків виникають відцентрові сили, які можна розкласти на вертикальну і горизонтальну складові. Горизонтальні в будь-який момент часу напрямлені в протилежні боки і взаємно врівноважуються. Вертикальні додаються і створюють пульсуючу силу, величина якої змінюється за законом синуса.

Вібромашина такої конструкції може створювати навантаження від нуля до F. Регулювати вібраційну силу, створювану машиною, можна змінюючи неврівноважені маси та радіус їх кріплення на дисках

​