Тестирование ручек составных луков

[Curuval]

Экспериментируя с рукоятками составных луков столкнулся с проблемой их тестирования. Сделал ручку, поставил штатные плечи - вроде стреляет нормально... Пострелял несколько тренировок и ручка - хряпс, ломается. Причем иногда с самого начала потрескивает - тут еще понятно, а иногда никаких признаков деффектности не подает, просто через некоторое время при нормальной эксплуатации ломается.
Вроде-бы проблему можно решить - увеличить в несколько раз количество армирующего материала  и все отлично работает, однако это подход ИМХО неправильный - зачем увеличивать вес всей ручки, если можно найти слабые места, усилить их (как извесно надежность системы определяется надежностью самого слабого участка) и обойтись так сказать малыми жертвами при том-же результате. Но для этого нужно сделать какую-нибудь приспособу, чтобы она моделировала приходящиеся на ручку во время стрельбы нагрузки, усиленные в несколько раз.

В начале я посмотрел требования нашего ГОСТА к лукам. Там помимо всего прочего есть методика испытания ручек составных луков - ручка устанавливается на две опоры и в месте упора рукояти привешивается груз в несколько раз больший силы  натяжения лука. Так вот методика эта неэффективная и неправильная - ручки, выдерживавшие нагрузку около 100 килограмм при данной методике испытаний ломались в луках при силе натяжения в 15-20 килограмм.

Вспомнив физику, подумал что тут еще важную роль играет рычаг и вектор приложения силы, т.е. при испытании нагрузка должна подаваться так-же, как это происходит в луке при его натягивании. Тогда я решил сделать очень жесткие плечи и испытывать таким способом - лук за рукоятку при помощи веревки привешивается к опоре, тетивой вниз; к тетиве прикрепляется груз, растягивая лук, таким образом мы получаем искомые нагрузки. Встал вопрос - из чего делать плечи. После нескольких неудачных экспериментов со стеклотекстолитом, пошел на авторынок, купил рессору от газели, распилил ее пополам и сделал тестовые плечи. Они обладали очень полезным дефлексным изгибом (упрощало установку тетивы), в качестве тетивы взял стальной тросс и пошел испытывать.

Испытывал я все это дело в лесу и возник вопрос - что-же использовать в качестве груза. Не найдя ничего более удобного чем я сам, закрепил части испытуемой ручки между собой (чтобы когда ручка сломается меня не прибило) и начал аккуратно виснуть на тетиве. Вообщем система сработала замечательно, однако ручка сломалась не совсем там где я планировал и меня приложило половиной стальной рессоры по голове. К счастью крепеж частично сработал, я был в шапке, к тому-же натягивал все это дело аккуратно, да и голова - кость твердая, так что никаких последствий, кроме осознания собственного идиотизма не последовало.

После наглядной демонстрации травмоопасности этого метода я стал думать, как сделать менее опасную испытательную систему, и подумал, что натяжение лука можно заменить уменьшением длины тетивы (конечно с точки зрения механики это несколько другое, однако для тестирования ручек должно подойти).  Прикрепив к концам рессорных плечей при помощи пожарных карабинов два 6мм тальрепа и сделав тетиву с несколькими точками крепления к тальрепам получил  весьма интересную конструкцию.

Дальше краш-тест двух новых ручек. У первой я сделал ручку несимметричной (ручка как-бы изгибается в центре направо, чтобы уменьшить смещение бокорины рукотки относительно тетивы), как оказалось, это было плохой идеей, но все по-порядку.

Итак, собственно сама система из рессор, троссов, карабинов и тальрепов

Собираю конструкцию для испытания первой ручки

Полностью стягиваю первый тальреп


Заматываю ручку и крепления тканью, чтобы саморизировать удар от излом рукояти
После половины второго тальрепа рукоятка не выдерживает и ломается, вся конструкция дергается и подпрыгивает, вроде не покалечило )
.

Верхнюю часть ручки "свернуло" в сделаланный мной изгиб... Вообщем конструкция оказалась неудачной...



"Заправляю" в конструкцию вторую ручку. Эта ручка симметрична, так смять ее не должно

Наполовину стягиваю первый тальреп

Заматываю рукоять тканью, стягиваю до конца первый тальреп и стягивая полностью второй (дальше половины второго тальрепа стягивать пришлось при помощи рычага, просто руками не хватило сил) - база заметно увеличелась, но рукоятка держится

Тальрепы закончились, но эксперимент незавршен - непорядок... Упираюсь ногой в ручку и начинаю дополнительно натягивать лук. Сильно много добавлять не пришлось, килограмм 10 и вторая ручка тоже ломается



Что примечательно, ручка потеряла целостность, но на куски ее не разорвало, как это обычно бывает - переднее армирование все так-же скрепляет между собой части ручки.



А теперь самое интересное - разбирая всю конструкцию, я обратил внимание на болты, которые служили своего рода штырями, соединяющими ручку и стальные плечи. Округлой головкой они упирались в ручку, а квадратным выступом в плечо.
Такими они были изначально

А вот такми стали после моих экспериментов



Какой-же интересно должна была быть сила натяжения, чтобы так смять выступающие края. Причем нагрузка подавалась очень плавно, по-сути статикой...



Вообщем после всех этих изысканий у меня появилась очередная проблема - как определить, какая нагрузка подается на ручку? Теперь я могу плавно давать достаточно большие нагрузки, но как узнать достиг-ли я нужного значения (скажем трехкратного запаса прочности относительно штатной силы натяжения).  Хозяйственные динамометры ограничиваются 50кг, а промышленные, которые могут взвешивать 100-200кг стоят слишком дорого, а замерить силу по-хорошему как-то надо...

Мож кто подскажет что по этому поводу? Или вообще на тему испытания ручек - может есть какой-нибудь другой более легкий способ, а я пытаюсь микроскопом гвозди забить...

[zega]

я ничего подобного не встречал,нармальное такое иследование.а по поводу замеров...наверное некий сдендик самое то будет.к доске впереди крепиш рукоять с плечами,с зади нечто на подобии лебёдки а посредине бизмен для соответствующих масс.цепляеш бизмен за тетиву а лебёдкой тянеш и по шкале смотриш.проще наверное некуда.опять же можно при критических нагрузках выдержать некоторое время и посмотреть как поведёт себя рукоять.другой вопрос,надо ли это?

[Ananas]

Есть понятие - момент силы, равный произведению собственно силы на длину рычага. следовательно - чем длинее плечи при одинаковой силе, тем больше нагрузка на рукоять. Соответственно увеличивая длину плечей ты усиливаешь нагрузку - это вполне себе может позволить сменить рессоры на длинные лаги, тонкие у концов (там нагрузка самая малая, рычаг-то нулевой) и толстые в местах крепления (причем с запасом) . Далее, динамическими нагрузки на рукоять являются условно - натягиваешь лук ты достаточно медленно, а на выстреле идет разгрузка... Хотя одна моя рукоять поломалась именно на выстреле... интересно, случайность ли...

[Curuval]

Тут вся проблема как раз в том, что подходящего динамометра нету. Есть у нас магазин, занимающийся продажей весов разнообразных, так вот бытовые динамометры (которые простой смертный себе может позволить по цене) максимум 50кг бывают, а промышленные, у которых предел взвешивания  100-200 кг стоят в районе 15-20 тысяч - я себе такое пока позволить не могу, да и вообще как-то жаба душит столько денег за динамометр отдавать...
Ну и еще прийдется серьезно отнестись к безопасности таких испытаний, потому как при такой конструкции как сейчас, последствия от ломания рукояти несильные, а если натягивать как при тиллеровке, то там больше опасность, что плечи раскидает в стороны...

Кстати, а если взять два слабых динамометра, соединить их "параллельно" и складывать их показания - интересно, получится заменить сильный или нет..

Проблема с более длинными и суженными к концу плечами опять-же в том, что при изломе они сильнее "хлопнут" - не есть гуд... Так что если и брать более длинные тестовые плечи, то лучше одинаково толстые, чтобы рабочий ход плечей был небольшим.

[Улисс]

Безмены надо соединять последовательно, иначе не получится общей точки приложения силы.
Последовательно - тоже даёт допошибку, но меньше, чем параллельно.

[Curuval]

Да их последовательно хоть десять соедини - они одну и ту-же силу покажут...

[Улисс]

Они покажут силу, распределённую между ними в соответствии с упругостью их измерительных элементов. Три безмена с пределом измерения 10 кг при последовательном соединении могут измерить силу до 30 кг. Если они идеально одинаковые, то можно просто утроить показания любого из них.

[Curuval]

Эм... ну либо я совсем забыл физику, либо вы ошибаетесь.
При использовании нескольких динамометров мы имеем систему, которую можно условно разделить на расятнутый скажем на 30 кг лук и систему из трех динамометров. Да, мы получим общее удлинение цепочки динамометров на троекратное удлинение одного упругово элемента для данной силы, но показывать они все будут одно и то-же, эту силу.
 
Т.е. грубо говоря натягиваем лук зацепив одним динамометром на 30 кг - динамометр показывает 30кг, сила с которой мы действуем на тетиву все та-же. Динамометр растянулся и и стал (при условии что сила не будет меняться) просто куском растягивающей цепи. Вешаем второй динамометр - сила остается та-же, второй динамометр растягивается и то-же показывает 30 кг, становясь нерастяжимым дальше для этой силы. Подвешиваем третий динамометр - то/же самое...

По-моему как-то так будет...

[Ananas]

Улисс, ты не прав. последовательно соединив безмены ты получишь пружину в два раза мягче, но с в два раза большим ходом, что даст тебе в итоге ту же силу измерения. т.е. попросту каждый безмен будет показывать полную силу лука. чтобы измерить несколькими безменами нужно цепляться именно параллельно - это суммирование сил пружин.

[Улисс]

Я, конечно ,проверю - но:
имеем два упругих элемента - лук и систему динамометров. Динамометры показывают силу, приложенную к тетиве лука. Если динамометры подключены последовательно, то растягивающая лук сила приложена ко всем ним. Поскольку каждый динамометр - упругий, приложенная сила будет растягивать любой из них и всю цепочку в целом. Поскольку сила при этом остаётся постоянной, удлиннение пружины динамометров будет пропорционально приложенной силе.
поскольку все динамометры свободны, пружины будут растягиваться в кадждом динамометре в цепочке. Если динамометры идентичны, то и их пружины идентичны и растягиваются (удлинняются) одинаково. Приращение длины витой пружины прямо пропорционально растягивающему усилию.
Из всего этого мехбреда следует, что если к трём последовательно подключённым динамометрам, каждый из которых способен имерить силу до 10 кг, приложить силу в 30 кг, то каждый из них покажет 10 кг, приложенных к конкретному прибору, а сумма их показаний будет равна общему приложенному усилию.

[Curuval]

Кстати так прикинул, походу я неправильно провел эксперимент - центрального упора как-раз-то и не было, ручка тестировалась по-сути на сжатие, а не на изгиб... Из-за этого первую ручку и свернуло вбок. Вообщем нужно искать динамометры хотя-бы килограмм на 30 подешевле, делать из них блок, выравнивать динамометры между собой при помощи тех-же тальрепов и делать что-то вроде тиллеровочного станка, я даже у же прикинул, как оно должно выглядеть...

Улисс
Лично я проводил аналогию с электрическими цепями (что поделать, оба образования ближе к электротехнике, чем к механике), так вот берем силу тока и параллельное и последовательное подключение проводников. При последовательном сила тока будет будет одинакова на всех проводниках, а при паралельном разделяться на параллельные элементы в зависимости от их сопростивления (в нашем случае упругости динамометра). Может пример и несколько не корректный, но аналогия просматривается.

Вообщем нужно провести лабораторный эксперимент - взять три динамометра и подвесив из друг за друга повесить на нижнем груз известной массы. Показания приборов дадут окончательную и бесповоротную истину

[Улисс]

У меня тоже перекос в электрику, но и механики прихватил.
Так вот, с точки зрения электрики:
При последовательном соединении ток в цепи одинаковый, но падение напряжения на участке последователоьно подключённых элементов нагрузки равно сумме падений напряжения на каждом из элементов. При параллельном - в каждом элементе свой ток, но падение напряжения на участке, включающем параллельно подключённые элементы нагрузки, опять-таки общее.

Почитал ещё раз своё предыдущее послание - обнаружил ошибку: естественно, я описывал последовательное соединение динамометров. Сейчас исправлю.

[YuretsKm]

Улисс, ты не прав. Если следовать твоей логике, для того чтобы тетива выдержала, скажем, 60 кг нужно взять 3 тетивы по 20 кг и связать их последовательно.

[SilverFox]

Точно, а ниточки для тетивы мы в параллель кладем и умножаем результат , на кольво нитейи пополам , если кольцо.

[лесник]

При последовательном соединении ток в цепи одинаковый, но падение напряжения на участке последователоьно подключённых элементов нагрузки равно сумме падений напряжения на каждом из элементов. При параллельном - в каждом элементе свой ток, но падение напряжения на участке, включающем параллельно подключённые элементы нагрузки, опять-таки общее.

Вот именно, сопротивление то вырастет, хоть при паралельном, хоть при последовательном соединении, так что и электрика за Улисса

[Curuval]

Ох и ох... щас чувствую на эту тему холивар развернется...  Пойду скрести по сусекам динамометры, щас попытаюсь провести эксперимент и наглядно свою точку зрения доказать...

[bowmax]

никакого холивара... просто помимо справочника по сопромату, нужно приколотить линк на справочник по школьной механике... ну, или там на Перельмана, например )))))

[SilverFox]

Да обалдели совсем  
Так договорятся ,что что бы бинты мартинса усилить надо два бинта связать отойти на всю длину и тянуть  и в эспандер надо резинки не в параллель вставлять а последовательно , что бы увеличитьнагрузку  

[SmallMik]

 Ну вы мужики и даёте. Школьный курс физики совсем забыли. Обидно слушай. Я про динамометры. С электричеством аналогия вообще не причём. Вспомните третий закон Ньютона -если тело А воздействует с некоей силой на тело В, то тело В также воздействует на тело А с равной по величине и противоположной по направлению силой. В вашем споре про динамометры к примеру, чтобы растянуть пружину до цены деления в 10 кг, вы зацепили крюк за неподвижную опору ,а к кольцу приложили усилие равное 10 кг(рукой), тоже самое усилие можно приложить к кольцу крючком след. динамометра, и так до бесконечности. Каждый следующий динамометр будет показывать те же 10кг (погрешности и собственный вес конечно не учитывается)
 По поводу испытания ручек. Рессоры и тальрепы это конкретный перебор.Таким образом можно и до пол тонны усилие развить( винтовая пара М6 дает осевое усилие от гаечного ключа около 450 кг) Так и черенок от лопаты можно спокойно сломать.

[SmallMik]

Для тестирования ручек всё давно придумано см.http://www.lukdeda.ru/09_kolebanie/09.html. Аналогичную схему сымитировать  не проблема если такая есть необходимость.