Устройство для испытания на прочность образца материала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 715 А 1 01 й 3/18 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Харьковский государственный университет им. А.М.Горького(56) 1. Авторское свидетельство СССР М 838617, кл, 6 01 М 3/18, 1979.2, Авторское свидетельство СССР М 381959, кл. 6 01 й 13/08, 1970,3, Авторское свидетельство СССР М 1350535, кл. 6 01 й 3/08, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ ОБРАЗЦА МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения - расширение номенклатуры испытываемых образцов путем обеспечения испытаний образцов с большой величиной деформаций, Устройство содержит силовозбудитель для нагружения образца, выполненный в виде цилиндров 1 из материала с большим коэффициентом термического расширения и стаканов 2 с отбортовками, нагреватель 9 и захваты 4, Цилиндры и стаканы установлены коаксиально с возможностью осевого перемещения стаканов один относительно другого. После установки образца 6 в захваты 4 нагревают силовозбудитель, Цилиндры силовозбудителя удлиняются больше, чем соответствующие стаканы. Поскольку стаканы 2 опираются отбортовкой на цилиндры 1, они поднимают следующую пару стакан-ци- ф линдр. В результате общее удлинение захвата 4 больше в и раз, где и - количество пар стакан-цилиндр. 2 ил.30 40 45 50 55 Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования механических свойств материалов в широком интервале скоростей деформирования вплоть до 10- 10 9 с .Известно устройство для испытания металлических образцов на прочность, содержащее термокамеру и размещенный в ней (нагружатель) силовозбудитель, выполненный из металла с коэффициентом термического расширения, отличным от коэффициента термического расширения образца, Нагружение образца осуществляется за счет нагрева силовозбудителя, жестко связанного с образцом 1.Известно также устройство для определения прочности твердых материалов, содержащее жестко связанные образец и силовозбудитель, выполненные в виде труб различного диаметра и нагреваемые одновременно, Необходимым условием реализации указанного устройства является различие коэффициентов теплового расширения образца и деформирующего элемента (силовозбудителя) 2),Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для испытания на прочность образца материала, содержащее подвижную и неподвижную траве рсы, закрепленные на соответствующих траверсах активный и пассивный захваты для образца, установленный последовательно с образцом динамометр, датчик деформации,расположенный между захватами. Концентрично захватам установлен силовозбудитель, представляющий собой полый цилиндр с нагревателем на его внешней поверхности, выполненным в виде спирали,Торцы цилиндра жестко закреплены на платформах и коаксиально цилиндру внутри последнего установлен тепловой экран, выполненный в виде второго полого цилиндра с циркулирующим хладагентом. На внешних поверхностях платформ выполнены кольцевые проточки, предназначенные для циркуляции хладагента.Данное устройство позволяет получать все механические характеристики при испытании материалов в условиях активного нагружения 3).Основным недостатком такого устройства является малый рабочий ход захватов, вследствие чего невозможно получить полную деформационную кривую для материалов, имеющих большое абсолютное удлинение до разрыва (образцы из полимерных материалов или материалов с повышенной пластичностью, образцы нестандартной длины). Кроме того, распо 5 10 15 20 25 ложение образца внутри теплового силовозбудителя и наличие теплового экрана с циркулирующим хладагентом значительно усложняет конструкцию устройства.Целью изобретения является расширение номенклатуры испытываемых образцов путем обеспечения испытаний образцов с большой величиной деформации,Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для испытания на прочность образца материала, содержащем подвижную и неподвижную траверсы, закрепленные на соответствующих траверсах активный и пассивный захваты для образца, охватывающий активный захват цилиндриче:кий силовозбудитель с нагревателем, размещенным на его наружной боковой поверхности, силовозбудитель выполнен в виде набора установленных коаксиально с возможностью осевого перемещения один относительно другого стаканов и цилиндров, установленных в полости каждого стакана и выполненных из материала с коэффициентом термического расширения, большим коэффициента термического расширения соответствующего стакана, дно каждого стакана имеет центральное отверстие, диаметр которого не меньше наружного диаметра последующего стакана, а торец выполнен с отбортовкой, ширина которой не превышает толщины стенки предыдущего цилиндра, цилиндр каждого предыдущего стакана установлен с возможностью взаимодействия с отбортовкой последующего стакана, а активный захват выполнен с отбортовкой, идентичной отбортовке стаканов.На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - схема устройства после его нагрева до заданной температуры,Устройство содержит силовозбудитель, состоящий из набора установленных коаксиально с возможностью осевого перемещения друг относительно друга цилиндров 1 и стаканов 2, Цилиндры 1 установлены в полости каждого стакана 2 и выполнены из материала с коэффициентом термического расширения, большим коэффициента термического расширения соответствующего стакана, Дно каждого стакана 2 имеет центральное отверстие, диаметр которого не меньше наружного диаметра последующего стакана, а торец стакана 2 выполнен с отбортовкой, ширина которой не превышает толщины стенки предыдущего цилиндра 1. Цилиндр 1 каждого предыдущего стакана 2 установлен с возможностью взаимодействия с отбортовкой последующего стакана 2, На верхней подвижной траверсе 3 жестко15 20 25 30 40 50 55 закреплен внешний цилиндр 1 силовозбудителя. Остальные цилиндры и стаканы вложены поочередно и опираются друг на друга, На наименьший по диаметру цилиндр 1 опирается активный захват 4 с отбортовкой, идентичной отбортовке стаканов 2, проходящий через отверстие в верхней подвижной траверсе 3. Пассивный захват 4 закреплен на нижней неподвижной траверсе 3, а стойки 5 жестко соединяют верхнюю и нижнюю траверсы 3, Между активным и пассивным захватами 4 закреплен образец 6 и динамометр 7 и установлен измеритель 8 деформации параллельно образцу и динамометру, Непосредственно на внешней поверхности цилиндра 1 силовозбудителя расположен нагреватель 9, который имеет тепловой контакт с силовозбудителем. Для регулирования температуры силовозбудителя служит блок 10 управления, соединенный с нагревателем 9, При необходимости работы устройства в области высоких температур предусмотрено охлаждение активного захвата и стоек (не показано). Устройство работает следующим образом.Образец 6 закрепляют в захватах 4 последовательно с динамометром 7 и нагревают силовозбудитель при помощи нагревателя 9, регулируя температуру при помощи блока 10 управления нагревателя, При увеличении температуры на величину ЛТ цилиндр силовозбудителя 1, имеющий длину 1, вследствие термического расширения удлинится на величину А 1 = а 11 ЛТ, где а 1 - коэффициент термического расширения материала, из которого изготовлен цилиндр 1. Поскольку на цилиндр 1 опирается бортиком стакан 2, то он поднимет своим внутренним бортиком следующую пару цилиндров на величину А = (1 а 1 - 2 а)ЬТ, где а 2 - коэффициет термического расширения материала, из которого изготовлен цилиндр 2 ( а 2 (а 1), а 2 - его длина, Таким образом, благодаря последовательному зацеплению всех цилиндров, способных свободно перемещаться один относительно другого, общее удлинение силовозбудителя будет равно (фиг, 2) или А ж М (а 1 - а 2)ЬТ, поскольку 1" 2= . Если для соответствующей пары материалов справедливо соотношение а 1 Эа 2, то получаем перемещение активного захвата в предлагаемом устройстве в М раэ больше, чем в известном устройстве,что и позволяет существенно расширить класс испытуемых материалов.В общем случае при наличии градиента температур по радиусу силовозбудителя перемещение подвижного захвата определяется как сумма отдельных перемещений каждой пары силовозбудителя йЫ =( а 1 - аг ) ., ЬТПредусмотренная в устройстве обратная связь между измерителем 8 деформации (перемещения) и нагревателем 9 позволяет осуществлять деформирование испытуемого образца с заданной постоянной скоростью либо осуществлять программируемое нагружение,При помощи динамометра 7 и измерителя 8 деформации определяется величина деформации е и напряжения образца о и строится деформационная кривая, по которой определяют все механические характеристики образца 6,П р и м е р, Проводят расчет для устройства, силовозбудитель которого составляет из 20 пар цилиндров длиною 1000 мм, выполненных из платинита (сплав Н 40) и монель-металла (НМЖМц 28-2, 5-1,5).Н 40 НМЖЫц Коэффициент теплового расширения а х 10 от 300 до 670 К 5,5 14Предел упругости пу, МПа 200 400Толщина цилиндра, мм 4 2При этом минимальный диаметр силовозбудителя 40 мм, максимальный диаметрсиловозбудителя 280 мм.Максимально развиваемое усилие определяется пределом упругости материала, изкоторого изготовлен цилиндр наименьшегосечения. В данном случае Рмакс = Я мин к Уу ==100 мПа (10 тс), Максимальная тепловаядеформация силовозбудителя, а следовательно, и рабочий ход подвижного захватаА = 60 мм при ЛТ = 350 К, что для наборавсех длин образцов при испытаниях на растяжение от 20 до 300 мм дает относительнуюдеформацию от 300 до 20%,Таким образом, предлагаемое устройство позволяет по сравнению с известныв;значительно увеличить величину рабочегохода подвижного захвата, а следовательно,расширить класс испытуемых материалов,Формула изобретенияУстройство для испытания на прочностьобразца материала, содержащее подвижную и неподвижную траверсы, закрепленные на соответствующих траверсахактивный и пассивный захваты для образца, охватывающий активный захват цилиндрический силовозбудитель с нагревателем, размещенным на его наружной боковой поверхности, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с 5 целью расширения номенклатуры испытуемых образцов путем обеспечения испытаний образцов с большой величиной деформации, силовозбудитель выполнен в виде набора установленных коаксиально с 10 воэможностью осевого перемещения друг относительно друга стаканов и цилиндров, установленных в полости каждого стакана и выполненных из материала с коэф 15 фициентом термического расширения, большим коэффициента термического расширения соответствующего стакана, дно каждого стакана имеет центральное отверстие, диаметр которого не меньше наружного диаметра последующего стакана, а торец выполнен с отбортовкой, ширина которой не превышает толщины стенки предыдущего цилиндра, цилиндр каждого предыдущего стакана установлен с возможностью взаимодействия с отбортовкой последующего стакана, а активный захват выполнен с отбортовкой, идентичной отбортовке стаканов,