Составной образец для испытания материала на растяжение и смятие

(54) СОСТАВН НИЯ МАТЕР СМЯТИЕ (57) Изобрете ной технике и испытания ма тие, Цепь изо верности исп исключения м бочей части и нентной испы тся к испытатель- использовано для растяжение и смяповышение достоатериала за счет гиба образца в рании на однокомпоашине, Составной ние относи может бь ть ериапа на ретения - ытаний м естного из и нагруже ательнойм испытаниям ставным обния двухпа(сочетание напряжениНОСть и уСтаИзобретение материалов, в ч разцам для иссл раметрического растягивающих ем смятия) на ста пост . относится к стности, к соедования влия нагружения эпряжений с ическую проч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ОЙ ОБРАЗЕЦДЛЯ ИСПЫТАИАЛА НА РАСТЯЖЕНИЕ И Известна конструкция образца для испытания на усталость при одноосном растяжении (однопараметрическо, нагружении), предсавляощая собой пластину испытуемого материала, имеющую центральную рабочую часть и концевые захватные части. Нагружение такого образца осуществляется на широком классе одноканальных испытаооразец для испытания материала нарастяжение и смятие содержит пластинуиспытуемого материала, имеющую центральную рабочую часть и концевые захватные части, и элементы для приложенияусилий, выполненные в виде двух идентичных плоских накладок. Накладки расположены симметрично на широких граняхпластины, одни койцы накладок соединеныболтовым соединением с центральной частью пластины, другие концы накладок соединены неразьемным соединением с однойиз захватных частей пластины, а площадь Гпоперечного сечения каждой из накладоквыбирают из условияР - 1 тсд/20 - Гсс 1дс 2 (О- ) Гтгде Ь и б - ширина и толщина центральной 3части пластины: б - диаметр болта,т, гт, %; - напряжения растяжения ( о:хбрутто, т- нетто) и смятия материала центральной части пластины, б ил,тельных машин путем приложения растягивающей нагрузки Рр к захватным частям.Недостатком конструкции .образца является то, что невозможно осуществить со. вместное нагружение отверстия образца напряжениями растяжения и смятия на одноканальной испытательной машине.Для реализации двухпараметрического нагружения образец должен быть специальным образом доработан. Доработка заключается в том, что в центральной рабочей части пластины устанавливается элемент в виде цилиндрической "чашки" для приложения дополнительного усилия к отверстию и соединяется с пластиной болтовым соединением.Однако такой образец является асимметричным (наличие "чашки" с одной стороны) и не исключает возможности возникновения в рабочей части образца местных изгибных деформаций, влияющих на характеристики усталости; для испытания такого образца требуются дорогостоящие специальные двухканальные испытательные машины.Цель изобретения - исключение местных изгибных деформаций рабочей части образца и получение характеристик материала при его двухпараметрическом нагружении на одноканальной испытательной машине,Цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции образца элементы для приложения дополнительного усилия к отверстию выполнены в виде двух идентичных плоских накладок определенного поперечного сечения, расположенных симметрично на широких гранях пластины, одни концы накладок связаны болтовымсоединением с центральной частью пластины, а другие не- разъемным соединением с одной из захватньо. частей.На фиг. 1 изображен образец-прототип: на фиг, 2 и 3 - конструкция составного образца; на фиг. 4 - схема загрузки образца; на фиг, 5 и 6 - рекомендуемая схема тензометрии образца.Образец состоит из пластины 1 испытуемого материала (фиг. 2 и 3) и двух идентичных загружающих накладок 2, одни концы которых связаны болтовым соединением 3 с центральной частью, а другие неразъемным соединением (например, заклепоцным 4) с одной из захватных частей.Симметричное относительно центральной пластины расположение загружающих накладок исключает возникновение местных иэгибных деформаций, Такое расположение и закрепление накладок (из условия совместности деформаций центральной пластины и загружающих накладок) дополнительно к растягиваюьцим напряжениям обеспечивает нагрузку отверстия напряжениями смятия, Поднагрузка напряжения смятия отверстия центральной пластины обеспечивается за счет совместности деформации и центральной пластины и загрукающих накладок на участке между точками их взаимного крепления, где напряжения в центральной пластине и. загружающих накладках равны между собой,Принятая в расцете.схема загрузки образца приведена на фиг, 4, Расчет образца заключается в определении площади поперечного сечения накладок (Рн) по заданнымР брутто, Е 7 г.нЕ 2У где- длина участка совместной деформацииЕ 1 и Е 2 - модуль упругости материалов пластины и накладки;Рбру"о - площадь пластины в бруттосечении;Рн - площадь сечения одной накладки.Для упрощения дальнейших расчетов принято, что пластина и накладка выполнены иэ одного материала, т.е, Е 1= Е 2 = Е,Из уравнения (1) определяют Ре бруттоР у (2)2 РРгде Рс, = осбдунетто, Р нетто,Р РР брутто , Р брутто,Р РР брутто- нетто ( ) ду уПодставляя в уравнение (2) заданныезнацения ос, оео, получают 50 напряжениям стнр".о (Обррупф) и Ос или соотношению дсм = Кор при выбранных ширине (Ь) и толщине фу) пластины и диаметреболтового соединения,Размеры пластины и болтового соединения определяются, исходя из следующихусловий.Материал, полуфабрикат и толщинапластины, диаметр болтового соединенияО должны соответствовать натурной конструкции,Ширина пластинь; выбирается такой;чтобы по возможности имитировать условиянагружения натурной конструкц и, Так, например. для деталей ограниченой ш,1 ринытипа шпангоутов, лонжеронов, силовых балок желательно выдерживат. ссотноцлниядиаметра болтового соединения и шириныданной детали (шага болтов в поперечномнаправлении), Для деталей, имеющих большую протяженность в поперечном направлении, достаточно принять ширинупластины равную 6 диаметрам болтовогосоединения, если не преследуется каких-либо других целей (например, изучение влияния напряжений смятия на скоростьразвития трещины),Величина площади поперечного сечения накладок определяется иэ условия совместности деформацил накладок ипластины на участке под накладками, которое можно записать в следующем виде0 см б ду Ь ду Осм б ду Ь 2 ар " ( Ь - 1 ) д 2 О ( Ь - о ) Пс брутт брутто брутт олщина наклаловиявкладки,ется, если Ьочего сечеСоответственно ширинния накладки будет равна ка (Р = Рр + Рсм), ко ложить к захватным еализации заданных (Ор И Осм ), ОПРЕДЕЛЯСуммарная нагруз, торую необходимо при частям образца для р режимов нагружения ется по формулам(3) Осм С ду )бруттои оЬразца неоЬходиреЬования. Р брутто ( Ь , д + При формированмо учесть следующие Обеспечивают минимальные зазоры между Ьолтом и отверстиями в пластине и накладках, Рекомендуется изготовление по 2 - За классу точности, Повышенные зазоры приводят к "задержке включения" загружающих накладок, обеспечивающих подгрузку напряжениями смятия,Затяжку болта следует определить из условий методики эксперимента. Так для определения влияния напряжений смятия на долговечность соединения затяжку болта не производить. Для воспроизведения эксплуатационных условий нагружения соединения применять тарированную затяжку болта. Подставляя в уравнение (2) заданныеЗНаЧЕНИя Осм, Ор, ПОЛуЧавтбруттоЗагружающие накладки формироватьтаким образом (фиг, 3), чтобы предусмотреть установку тензодатчиков для контроля соотношения между напряжениями смятир 5 и растяжения, Истинные значения действу ющих напряжений смятия и растяжения определяются по нагрузке, действующей на захваты испытательной машины с учетом результатов тензометрии образца.При испытании образец загружается следующим оЬразом,Нагрузка (Р = Рр+ Рсм) прикладываетсг к обоим концам образца, но на участке со вместного деформирования пластины и на кладок она распределяется межд пластиной (Рр) и накладками (Рс,. );Нагрузка Рсм, пооходящая по накладкам, передается на пластину болтом, загру жающим отверстие пластины напряже. ниями смятия,Формула изобретения Составной оЬразец для испытания материала на растяжение и смятие, содержад ь ) фф Ос 2 п 2 гдеЬид - сона централь б - диам ответственно ширина и толщиной части пластины;етр болта:пряжение растяжения (Ьругто) ентральной части пластины; апряжение растяжения (нетто) ентральной части пластины; ряжение смятия материала ценсти пластины. О - на материала ц О - н материала ц Ос нап тральной чащий пластину испытуемого материала.25 имеющую центральную рабочую часть иконцевые захватные части, и элементы для приложения усилий, соединенные Ьолто вым соединением с центральной рабочей частью пластины, о т л и ч а ю щи йс я.тем 3 О что, с целью повышения достоверности испытаний материала за счет исключения местного изгиба образца в раЬочей части,при нагружении на однокомпонентной испытательной машине, элементы для приложения 35 усилий выполнены в виде двух идентичныхплоских накладок., расположенных симметрично на широклх гранях пластины, одни концы накладок соединены болтовым сое.динением с центральной частью пластины, 40 друие концы соединены неразьемным соединением с одной из захватных частей пластины, а площадь Г поперечного сечения каждой из накладок выбирают из условияй фц еж обул;цюи рректор С,Лис актор И.Касарда и ГКНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 каэ 2498 ВНИИПИ Гос оставитель А.Кирьяновехред МЛоргентал Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5