Установка для испытаний эластичных материалов при скоростном растяжении

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК9) .ьЛи 3. 1)5 О 01 М 3/30 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛ ЬСТ К АВТОРСКОМУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(56) Степанов Г,В. Упруго-пластическое деформирование материалов под действиемимпульсных нагрузок. Киев; Наукова думка,",979, с, 95-96, рис. 33.Авторское свидетельс;во СССРМ 1242747, кл. 6 01 М 3/08, 1985,Авторское свидетельство СССРМ 1273773, кл, 6 01 М 3/30, 1983,(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СКОРОСТНОМ РАСТЯЖЕНИИ(57) Изобретение относится к испытательной технике, Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей за счет увеличения скорости деформации образца. Установка содержит ударный силовозбудитель, подвижный 11 и неподвижный 12 захваты для образца 10, ударовоспринимающий элемент в виде стакана 7, связанного с подвижным захватом посредством изогнутой натянутой струны 4, При воздействии ударного силовозбудителя на ударовоспринимаащий элемент последний стремится вернуть струну к ее прямолинейному положению. Средняя часть струны вызывает перемещение подвижного захвата, что приводит к скоростному растяжению образца, Использование струны позволяет снизить массу подвижных элементов установки и тем самым увеличить скорость деформации образца. 2 ил.Изобретение относится к прочностнымиспытаниям материалов, а именно к устройствам для исследования деформационныхсвойств мягких эластичных материалов приразличных скоростях деформации,Известен вертикальный копер, содержащий раму в виде двух стоек, на которыхсмонтирована поперечина. На поперечинеподвешена направляющая в виде трубы, покоторой скользит свободно падающий груз,который ударяет по наковальне, соединенной с образцом, другой конец которого соединен со стержнем-динамометром. Коперимеет также устройства для подъема груза,его отцепления на нужной высоте и гашенияостаточной энергии груза после разрыва образца.Однако указанное устройство не позволяет получить высокие скорости деформации из-за ограничений по высотеустройства.Известно устройство для испытания образцов, содержащее два рядом расположенных жестких стержня, которые с однойстороны шарнирно скрпеплены друг с другом с помощью жесткой тяги. Образцы исследуемого материала располагают междуэтими стержнями, а усилие прикладываетсяк этим стержням на некотором удалении отконцов. При этом, если образец расположенвблизи концов стержней, противоположныхместу крепления жесткой тяги, устройствопозволяет повысить скорость деформации,Однако при ударном приложении нагрузки к такому устройству скорость деформации образца будет скачкообразноменяться от нуля до некоторого большогозначения, что затрудняет обработку результатов испытаний.Известна установка для динамическихиспытаний материалов на растяжение, содержащая основание, копер с падающимгрузом, устройство для замера усилия, связанное с пассивным захватом для образца,механизм передачи нагрузки образцу, выполненный в виде тележки, скрепленной сактивным захватом, и плоского кулачка ввиде клина с профилированной(непрямолинейной) рабочей поверхностью. При воздействии на кулачок падающего грузакулачок перемещается между неподвижной поверхностью, оснащенной роликами, иосью колесной пары тележки. При этом призаданной скорости падающего груза скорость движения активного захвата изменяется5 в соответствии с профилем кулачка.Однако из-за трения и значительноймассы механизма передачи нагрузки образцу установки такого типа не позволяют получать значительного повышения скорости10 деформации,Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей установки засчет увеличения скорости деформации образца исследуемого материала при задан 15 ной скорости движения ударногосиловозбудителя и при условии плавногоперехода от малых скоростей деформации кбольшим.Поставленная цель достигается тем, что20 усилие со стороны нагружающего устройства (ударного силовозбудителя) передается кобразцу с помощью тонкой натянутой струны, центральная часть которой отклонена отравновесного (прямолинейного) положения25 и с помощью захвата связана с образцом,при этом нагружающее устройство, воздействуя на струну, натягивает струну и стремится вернуть ее к прямолинейномуположению,30 На фиг, 1 показана предлагаемая установка в сборе; на фиг, 2 - место расположения образца исследуемого материала.Установка состоит из основания и закрепленной на нем вертикальной стойки (не35 показаны), на которой жестко закрепленыроликовые опоры 1 - 3, Между опорами 1 - 3протянута струна 4, которая в верхней частис помощью приспособления 5 неподвижноскрепляется со стойкой, Для предваритель 40 ного натяжения струны используется груз б,на котором располагается стакан 7 (на фиг,1 показан пунктиром), Стакан 7 имеет прорези для обеспечения прохода струны 4 икрепления опоры 3. Стакан 7 воспринимает45 усилие со стороны падающего груза (на фиг.1 штрих-пунктирной линией показана траектория движения падающего груза). Дляобеспечения многократного использованияустройства предусмотрены упоры для оста 50 новки падающего груза (не показаны), а также предохранительное устройство 8, 1744576которое обрывается при некотором усилии, меньшем предельной нагрузки для струны. Натяжение струны измеряется с помощью тензовставки 9, Образец 10 исследуемого материала закрепляется с помощью подвижного захвата 11, связанного со струной 4, и неподвижного захвата 12. Захват 12 связан с тензовставкой 13, которая одним концом неподвижно скреплена с пластиной 14 и служит для замера усилия в образце 10, Пластина 14 подвижно скреплена со стойкой и может с помощью винтовой передачи (не показана) смещаться в горизонтальном направлении. Для регистрации положения пластины 14 на стойке закреплена шкала 15. Для создания начальной деформации образца 10 используются подвижные упоры 16 и 17 (фиг. 2), которые с помощью винтовой передачи (не показана) могут смещаться относительно пластины 14 в горизонтальном направлении, Заданное положение захвата 11 относительно пластины 14 регистрируется с помощью шкалы 18. Для предотвращения деформирования образца 10 из-за ползучести при малом усилии, вызванном грузом 6, предусмотрено замковое устройство (не показано), которое может быть расположено на упорах 16 и 17 и должно освобождать захват 11 при определенном усилии. Для предотвращения провисания захватов 11 и 12 их можно располагать на роликовых опорах 19. Для замера положения захвата 11 в различные моменты времени на захвате 11 сделан упор 20, который, взаимодействуя с гибкими пластинками 21, замыкает электрические контакты, установленные на панели 22.Конструктивно опоры 1 и 3 могут находиться на одной вертикальной прямой. При этом груз. ударяющий по стакану 7, может быть поднятдо опоры 1 или его можно закрепить на конце жесткого шарнирно закрепленного стержня, при этом груз будет двигаться по дуге окружности. Если струна 4 достаточно гибкая, то опоры 1 и 2 можно расположить в горизонтальной плоСкОСти,Если груз, ударяющий по стакану 7, движется с постоянной скоростью (т,е, груз достаточно массивен), струна 4 является идеально гибкой и линейно упругой и при этом элементы 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 11 можно считать недеформируемыми и в них отсутствуют люфты и трение, то из геометрических соображений (по известной скорости груза с учетом замеров усилия в струне 4 с помощью тензовставки 9) в первом приближении (пренебрегая волновыми эффектами)10 5 х(с естным значениям усилия Й и веи 30 можно вычислить усилие Т, ующее на захват 11 По из личин х(т воздейст для каждого момента. времени т можно вычислить положение х(т) захвата 11, его скорость х(т) и ускорение х(т):в- ,Ид"Ф У(-) +(й е й-Гх 1)с =- 4 ггде х(т) - величина отклонения захвата 11 отравновесного положения ,при котором струна 4 между опорами 1 и 2 занимает прямо"5 линейное положение; предполагается, что влюбой момент времени струна натянута);х 0 - начальное значение х(т), т.е, первоначальное отклонение захвата 11 (до началадвижения груза 6);30 - половина расстояния между опорами 1 и 2;0 - первоначальная длина струны (недеформированной) от элемента 5 до груза 6;ч - усилие натяжения струны, измеряе 25 мое элементом 9 для каждого момента времени;ч.тм30 ;. ,гсоответственно первая и вторая производные по времени;Е - жесткость струны на растяжениеЛ м,Ч - скорость движения груза 6(Ч=сопи),т - время (отсчитываемое с момента начала движения груза 6);40 Рг)=2 ъ(г+ 1 г (. - г( - чг,х(Т) = -М11,хх ,т) = -45скорость и ускорение захвата 11,Если кроме указанных выше допущений) жесткость струны Е велика (в пределеструна считается нерастяжимой), то можно50 считать, чтох(т) =,Ревск орре аз 2192 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по113035, Москва, ЖПроизводственно-издательский комбинат "Пате жгород, ул.Гагарина,) )Более точно усилие, воздействующее на образец 10, замеряется с помощью элемента 13, а величины деформации и скорости деформации образца 10 для различных моментов времени определяются по результатам замера перемещений с помощью элементов 20-22.Испытания с помощью предлагаемого устройства проводят следующим образом.Образец 10 закрепляют в захватах 11 и 12, Перемещая упоры 16 и 17, создают в образце 10 начальную деформацию требуемой величины; заданное положение захвата 11 фиксируется замковым устройством. Затем, смещая пластину 14, отклоняют струну 4 от прямолинейного положения на необходимую величину. По высоте подъема груза, ударяющего по стакану 7, вычисляют скорость движения этого груза. При испытаниях (с помощью элементов 9, 13, 20 - 22) синхронно замеряют усилия, а также перемещения захвата 11. Затем по результатам замеров строят диаграммы деформирования в координатах деформация - напряжение, при этом для каждого момента времени можно вычислить скорость деформации. По наклону кривой деформирования можно определить "характерное" значение модуля для заданных условий нагружения. Меняя 5 начальную деформацию образца, величинуотклонения струны и высоту подъема падающего груза, можно моделировать различные условия нагружения эластичных материалов,10 Формула изобретенияУстановка для испытаний эластичныхматериалов при скоростном растяжении,содержащая основание, ударный силовоз 15 будитель, неподвижный и подвижный захваты для образца, ударовоспринимающийэлемент, связанный с подвижным захватом,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюрасширения эксплуатационных возможно 20 стей путем увеличения скорости деформации образца, связь ударовоспринимающегоэлемента с подвижным захватом осуществлена посредством изогнутой натянутойструны, один из концов которой скреплен с25 основанием, другой - с ударовоспринимающим элементом, а средняя часть - с подвижным захватом,Подписноеобретениям и открытиям при ГКНТ СССаушская наб., 4/5