Исследование жесткости испытательной установки высокого давления RTR 4500

Никита Бондаренко (МГУ им. М.В. Ломоносова)
Илья Фокин (ИФЗ РАН)

При проведении экспериментов на установках высокого давления необходимо учитывать деформации различных частей установки (см. рис. 1), так как во время эксперимента происходит не только деформация образца, но и деформации частей пресса (растяжение рамы установки, сжатие деталей осевого манипулятора и т.п.).

Цель данной работы — оценить величины деформаций частей установки для учитывания их в дальнейших экспериментах.

 

Рис.1: установка RTR4500. 1 – шток осевого манипулятора внутри стабилометра (длина – 1,1 м; диаметр – 91,5мм; материал – сталь, модуль Юнга ~210ГПа), 2 – рама установки (заявленная жесткость 10000 КН/мм), 3 – исследуемый образец

Исследование жесткости проводились на эталонном стальном образце (диаметр 54 мм, высота 108 мм). В ходе эксперимента образец нагружался до 750 КН с постоянной скоростью нагрузки (~3 КН/сек), а затем разгружался, конфигурации установки варьировались.

Представленные ниже графики построены для стадии нагружения образца. Основные части пресса, которые могут деформироваться (рис. 1):

  • рама пресса, заявленная производителем жесткость 10000 кН/мм
  • шток осевого манипулятора пресса (длина – 1,1 м; диаметр – 91,5 мм; материал – сталь, модуль Юнга ~210ГПа)
  • исследуемый образец (сталь марки 45, диаметр - 54 мм, высота – 108 мм)

Изменение длины образца снималось по показаниям датчиков осевых деформаций. Изменение длины рамы пресса пересчитывалось из заявленной разработчиком жесткости пресса. Изменение длины колонны пересчитывалось из известного модуля Юнга для стали и приложенного напряжения.

В первой части эксперимента была проведена оценка изменений длинны под нагрузкой различных частей установки RTR4500: растяжения рамы, сокращения колонны осевого манипулятора, сокращения образца см. Рис. 2. Из графиков видно, что часть деформаций осталась неучтенной. Осмысление полученных расхождений расчетных и наблюденных изменений длин компонентов установки требует дополнительных исследований. 

На рисунке 2 приведена иллюстрация расчета жесткости испытательной установки. На графике изменения длин компонентов под нагрузкой наблюдается два линейных участка разделенных перегибом. Для нагрузки менее 370 КН жесткость установки – 486,6 КН/мм, для больших нагрузок – 588,5 КН/мм. Причина перегиба графика изменения длинны под нагрузкой на данный момент не установлена. 

Рис.2: Расчетные и наблюденные графики нагрузки при деформации основных частей RTR4500. Смещения поршня – показание датчика положения поршня; деформация рамы – рассчитанная по заявленной производителем жесткости рамы; деформация колонны – рассчитанная по известному модулю Юнга для материала колонны; деформация образца – рассчитанная по показаниям датчиков деформации
Рис.3: Графики деформации основных частей RTR4500 и линейная аппроксимация для двух основных участков на графике деформации всех частей пресса за исключением образца.

Далее была проведена серия измерений для определения влияния стабилометра и всестороннего давления.

 

 

Рис.4: Таблица параметров жесткости установки в различных режимах работы

Результаты представлены в таблице на рис 4. По итогам данного исследования мы делаем следующие выводы:

  • При увеличении всестороннего давления жесткость установки на первом участке увеличивается
  • При опускании стабилометра жесткость установки на первом участке увеличивается
  • При опускании стабилометра точка изменения жесткости смещается в сторону больших сил (~370 КН)
  • При увеличении всестороннего давления точка изменения жесткости смещается в сторону меньших сил
  • Ширина участка изменения жесткости при всех испытаниях остается практически неизменной (~20 КН)
  • На втором участке жесткость установки практически не зависит от положения стабилометра и всестороннего давления