Установка для ударных испытаний материалов при сложном напряженном состоянии

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1)4 Г 30 ИОАН ЗОБРЕТЕ Н АВТОРС ВИД Ы повал ого ом ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомехани и маркшейдерского дела(56) Авторское свидетельство СССР Мф 1037105, кл. С 01 М 7/00, 1983.Авторское свидетельство СССР У 1099232, кл. С 01 И 3/30, 1983.(54)(57) 1. УСТАНОВКА ДЛЯ УДАРН ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СЛОЖНО НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ, содержащ сбрасываемый груз, вертикальную равляющую для груза, размещенную в нижней части направляющей нак ню для установки образца испыту материала, захваты образца и зл сцепления груза с верхним захв образца, о т л и ч а ю щ а я с тем, что, с целью исчытания материала в условиях воздействия предварительной боковой нагрузки и последующего ударного осевого сжатия и скручивания, она снабжена барабаном, который установлен с возможностью вращения вокруг оси и связан с падающим грузом посредством гибкой тяги, навитой на барабан, наковальня закреплена на барабане, и на ней установлены подвижные в радиальном направлении массы, соединенные с боковыми захватами образца, а падающий груз зафиксирован от поворота.2, Установка по п. 1, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что барабан выполнен ступенчатым.3. Установка по пп. 1 и 2, о т - л и ч а ю щ а я с я тем, что элемент сцепления груза с верхним захватом образца выполнен в виде установленного на захвате конуса, а груз выполнен полым, и в его полости установлен набор сменных втулок.Изобретение относится к испытаниям материалов, а именно к установкам для ударных испытаний материаловпри сложном напряженном состоянии,Целью изобретения является испытание материала в условиях воздействияпредварительной боковой нагрузкии последующего ударного осевого сжатия и скручивания.На Фиг. 1 изображена предлагаеая установка, общий вид; на фиг,2 -расположение образца испытуемогоматериала на наковальне; на фиг,3 -разрез А-А на фиг.2,Установка для ударных испытаний 5материалов при сложном напряженномсостоянии содержит сбрасываемый груз1, установленный в вертикальной нап-равляющей 2, выполненной в виде трубы. В нижней части направляющей 2 20установлена наковальня 3, на которой размещен образец 4 испытуемого материалаНаковальня 3 установлена на ступенчатом барабане 5 и может вращаться вместе с ним на подшипниках 25 6На одной из ступеней барабана 5 намотана гибкая тяга 7, через систему блоков 8 кинематически связанная с грузом 1. На наковальне 3 впазах 9 установлены массы 10, связя- Зп ми 11 соединенные с боковыми захватами 12. Число пар масс 10 соответствует числу осей бокового нагружения (на фиг. 1 изображена одна пара масс 10 для осуществления одноосного бокового растяжения). Пазы 9 в наковальне 3, в которых размещаются массы 10 боковой нагрузки, служат для обеспечения соосности растягивающих боковых усилий в период разгона наковальни 3,Связи 11 могут быть выполнены, наппример, в виде пары взаимодействующих крючьев, один из которых соединен с массой 10, а второй - с боковым захватом 12. Верхний захват 13 скреп- лен с элементом 14, выполненным в виде конуса, и установлен с возможностью вращения совместно с образцом 4, В торце сбрасываемого груза 1, обращенном к наковальне 3, выполнено отверстие, в котором с помощью стопора 15 укреплен набор сменныхвтулок 16. Стопор 15 перемещается в пазу 17 напрявляющей 2 и исключает вращение сбрасываемого груза 1 вокруг оси во время падения. Установка имеет ряд вспомогательных приспособлений для обеспечения его работоспособности, к числу которыхотносится стопорная собачка 18 стягой 19, предназначенная для фиксации груза 1 в верхнем положении,и привод 20 с муфтой 21, предназначенные для подъема груза 1 в исходное верхнее положение. Для доступак образцу 4 и проведения монтажныхи наладочных операций в направляющей 2 выполнены смотровые окна 22с защитными шторами,Установка работает следующимобразом.С помощью муфты 21 отключают привод 20 от барабана 5, Тягой 19 .воздействуют на стопорную собачку 18и освобождают груз 1. Падение груза 1сопровождается вращением барабана 5посредством тяги 7, Барабан 5 вращает наковальню 3 и массы 10 с образцом4 и его захватами 12 и 13. При вращении наковальнй 3 массы 10 за счетцентробежных сил создают растягивающую боковую, в данном случае, одноосную нагрузку на образце 4, Увеличивая скорость падения, груз 1 увеличивает скорость вращения наковальни 3вместе с размещенными на ней деталями, в результате увеличивается боковая нагрузка на образце 4, и к моменту удара груза 1 о элемент 14 образец 4 испытывает действие наибольшего для данных условий боковогорастяжения. В момент удара груз 1соприкасается торцом внутренней втулки 16 с вращающейся поверхностьюконусного элемента 14 и тормозит его,в то время как остальные вращающиесядетали продолжают вращение, Образец4 в этой ситуации испытывает, дополнительно к боковой, ударную осевуюи ударную скручивающую нагрузки, поддействием которых он и разрушается.После разрушения образца 4 включаютмуфту 21 и приводом 20 вращают барабан 5 в противоположном направлениии поднимают груз 1 в исходное состояние до срабатывания собачки 18,Если необходимо изменить соотношение скоростей нагружения в моментудара или изменить величину боковойнагрузки, то перед включением привода 20 изменяют место расположениятяги 7 на барабане 5. Если тяга 7крепится на ступени меньшего диаметра, то скорость скручивания увеличивается по отношению к скорости осевого удара, и одновременно увеличивается боковая нагрузка. Происходит это вследствие увеличения скорости вращения наковальни 3 при неизменной скорости падения груза 1. При необходимости изменить только соотношение скоростей нагружения, уменьшают массы 1 О пропорционально уменьшению диаметра ступеней барабана 5.Изменение соотношения между осевой и скручивающей нагрузками осуществляется с помощью набора втулок 16, при этом чем больше внутренний диаметр внутренней втулки 16, тем больше диаметр окружности, по которой осуществляется контакт между грузом 1 и конусным элементом 14 в момент удара, тем больше плечо скручивающей силы и скручивающий момент при одной и той же силе удара, и наоборот, с уменьшением внутреннего диаметра набора втулок 16 отношение скручивающей нагрузки к осевой уменьшается. В предельном случае, когда внутренний диаметр втулок 16 равен нулю (например, вместо наименьшей из втулок 16 установлена заглушка), скручивающая нагрузка близка к нулю, удар груза 1.приходится на вершину конусного элемента 14, и образец 4 разрушается от осевой ударной нагрузки, наложенной на заданную боковую нагрузку.Изменение вида боковой нагрузкиосуществляется следующим образом.Для обеспечения плоского напряженногосостояния по периметру образца 4 укрепляют несколько захватов 12, к каждому иэ которых прикрепляют массы .10, 10 а для предотвращения смещения образца4 в процессе нагружения по каждой осиустанавливают две одинаковые массы 10,диаметрально расположенные на одинаковых расстояниях от оси вращения.1 Величина масс 10 и расстояние ихот оси вращения выбирают из требуемогораспределения усилий по периметруобразца 4 При применении типовых реверсоров растягивающая боковая нагруз ка может быть преобразована в сжимающую по одной или нескольким осямв плоскости вращения образца 4,Таким образом, за счет использова:ния подвижных масс предлагаемая установка позволяет проводить ударныеиспытания материалов при действии осевой сжимающей и скручивающей нагрузок предварительно нагруженного боковой нагрузкой образца.