Образец для усталостных испытаний на растяжение-сжатие и кручение

Союз Сфветскнк Социавктических Респубанк(51)М. Кл з с присоединением заявки йо 6 01 И 1/00//О 01 М 3/32(23) Приоритет -Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(72) Двторы изобретения С,В. Гришаков, Ю.Ф. Луговский, А.Г, Трапезон и А.Д. Ойвчук 1 1 Институт проблем прочности АН,Украинской ССР(71) Заявитель 54 ) ОБРАЗЕЦ ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЬНИЕ-СЖАТИЕ И КРУЧЕНИЕ Изобретение относится к испытательной технике, в частности к об- разцам для испытаний материалов на усталость.Известен образец для усталостных испытаний на растяжение-сжатие в резонансном режиме нагружения по первой форме собственных продольных колебаний. Он содержит рабочий участок трубчатого сечения и закрепленные на его концах грузы, масса которых подобрана таким образом, чтобы частота собственных продольных колебаний в образце с грузами равнялась частоте испытаний (1).Недостатком этого образца является то, что он позволяет проводить усталостные испытания только при одном,виде нагружения - растяжениисжаФии, тогда когда существует необходимость проведения усталостных испытаний и при продольно-крутильных колебаниях.Наиболее близким к предлагаемому является образец для усталостных испытаний на растяжение-сжатие и кручение по первой форме собственных продольных и крутильных колебаний, вы.полненный в виде полого цилиндрического стержня, на конце которого закреплен груз цилиндрической формы,масса и диаметр которого превьаааетмассу н диаметр стержня, Образцусообщают продольные и крутильныеколебания, совпадающие с частотамисобственных продольных и крутильныхколебаний образца с грузом. Это не"обходимо для того, чтобы получитьрезонансные продольные и резонансныекрутильные колебания 21,Недостаток заключается в том, чточастоты собственных продольных исобственных крутильных колебанийсильно отличаются, а это значит, что15 в образце будут наблюдаться резонансные продольные колебания с частотой,большей частоты резонансных крутильных колебаний. В результате в образце реализуется сложное напряженное20 состояние (плоское), при которомвекторы нормальных напряжениЯ поглавным площадкам будут складыватьсяиэ векторов от обоих видов колебаний,но изменяющихся с различной частотой,Получаемая картина напряжений трудноподдается анализу и расчету нэ-заразличия фаз продольных и крутильных1колебаний и не соответствует реально;му нагружению конструкции, что сни 30 жает достоверность испытаний.еле+аеее е щ,лгде где й - внешний диаметр стержныгЕ - модель упругости материаластержня; 156 - модуль сдвига материаластержня,В предлагаемом образце груз можетбыть выполнен из материала, плотностькоторого больше плотности материаластержня.На фиг, 1 показана конструкцияобразца; на фиг. 2 - форма как продольных, так и крутильных колебанийобразца, имеющая один и тот же вид,Образец состоит из полого цилиндрического стержня 1, наружный диаметркоторого равен д.г, а внутренний й,и одного или .двух грузов 2, закрепленйых соответственно на одном илиобоих концах стержня 1 и выполненных 30в виде цилиндров, диаметр Р выступающей части которых меньше внутреннего диаметра с 1 стержня 1Для креп.ления грузов 2 на стержне 1 служатвтулки 3, длина которых сопоставима 35с Р, Крепленне грузов 2 на стержне 1с помощью втулок 3 осуществляетсянапример, с помощью резьбового соединения или по прессовой посадке.В случае установки двух грузов 2 40длина Гх стержня удваивается,Испытания образца проводят следующим образом. Образец закрепляютна вибраторе продольно-крутильныхколебаний, с помощью которого в образце возбуждают резонансные продольные и крутильные колебаний однойчастоты, так как образец выполнен таким,.что у него частота собственныхпродольных колебаний равна частотесобственных крутильных колебаний, 50Покажем теоретическую воэможностьсоздания образца, имеющего одинаковые собственные частоты продольныхСои крутильных Гаек колебаний, т,е.выполнения условия 55фп к С - скорость распространениякрутильных колебаний в материале стержня;1 С - момент инерции стержняг1 е- - момент инерции груза,:Корни уравнений (2) и (3) приразличных значениях правых частейэатабулированы и могут быть представ"лены в виде графиковх=е( - ) аЕи=е (-д), егде щ =р РО - масса стержня,Для решения нашей задачи удобнопредставить (4) и (5) в видеЗадавшись длиной образца 0 , материалом стержня и грузов, т,е. рСп и Ск и анализируя зависимости(б) и (7), можно сделать вывод, чтодля всех классов материалов решениезадачи о равенстве сиига, теоретически возгложно, если гасса груза Мсравнима или больше массы стержня а.Приняв условие Мш, переходим отуравнений (2) и (3) к более простым уравнениям У ГС Х(Р=,(1)аткида и - Ь(ВекееЕЕ" где Цель изобретения - повышение достоверности испытаний путем возбуждения в образце резонансных продольных и крутильных колебаний однойчастоты,Поставленная цель достигается тем,что диаметр Р выступающей частигруза выполнен меньшим внутреннегодиаметра Й стержня и выбран из условия Для продольных колебаний стержняимеем частотное уравнение Ся - скорость распространенияпродольных колебаний в материале стержня 1Р , -площадь поперечного сечениястержнягУ - плотность материала стержняМ - масса груза,фрДля крутильных колебаний стержня имеем частотное уравнение(ф = - е (9)92 р6 Р,где Е - модуль упругости материаластержня 10 - глодуль сдвига материаластержнягХ - полярный момент инерциистержня.Из равенства охи и шК получаем859853 1 а ВНИИПИ Заказ 7535/63 Тираж 907 Подписное Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4Равенство (11) дает крайний случай,удовлетворения: уравнению (1),л а при,рфЬ +д)равенство частотЕвозможно тем более. При Этом предполагается, что стержень и груз выполнены из одного материала. Однако необходимо применять в качестве груза материал с плотностью большей, .чем плотность материала стержня для того, чтобы. груз, сам являющийся стержнем, имел частоту собственных колебаний в несколько раз отличную от частоты собственных колебаний стержня и не вносил бы существенной, погрешности в колебания стержня;Применение предлагаемого образца позволяет с помощью простыхмгехнических средств проводить сталостные испытания, воспроизводящие нагрузки, близкие к реальным, что повышает достоверность результатов испытаний,Формула изобретения Образец для усталостных испытаний на растяжение-сжатие и кручение 2 я по первой Форме собственных продольных и крутильных колебаний, выполненный в виде полого цилиндрического стержня с закрепленным на его конце грузом цилиндрической формы, масса ЗО которого превышает массу стержня,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения достоверностИ испытаний путем возбуждения в образцерезонансных продольных и крутильныхКолебаний оцной частоты, диаметр Овыступающей части груза выполненменьшим внутреннего диаметра й стерж"ня и выбран из условияца аф)егде й. - внешний диаметр стержня 1Е - модуль упругости материаластержня0 - модуль сдвига, материаластержня.2. Образец по п,1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что груз выполнениз материала, плотность которогобольше плотности материала стержня.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гришаков С.В. Исследованиевыносливости нержавеющих сталейХ 16 Н 10 Т и ООХ 20 Н 16 АГС при высокочастотном нагружении в условиях низкой