Способ испытания образца при трехосном растяжении

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 340 А 19) 01 й 3/О ОБРЕТЕНИ ОПИС АВТОРСКОМ А ЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследовательский ийститут экспериментальной физики (72) Н.А, Гнитий(56) Писаренко Г.С., Лебедев А,А, Деформир)вание и прочность материалов при сложнфм напряженном состоянии, Киев, Наукова думка, 1976, с.242,Писаренко Г.СЛебедев А.А. Деформирование и прочность материалов при сложн)м напряжении состоянии, Киев. Наукова думка, 1976, с,219.(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦА ПРИ ТРЕХОСНОМ РАСТЯЖЕНИИ(57) Изобретение ка риалов на прочнос является повышен цилиндрического об тяжение. Накладки выполняют в вире д больше диаметра о для боковой поверх ют в виде одинако отверстия, равной ца и с утолщением и прикрепления накл вляют сопряжение выступающим пов растягивающие усил оси образца по пер лец, 1 ил. СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТН В ДОМСТВО СССР Г СПАТЕНТ СССР) сеется испытаний матеть, Целью изобретения ие точности испытаний резца на трехосное расдля торцов образца 1 иска 3, диаметр которого бразца, пару накладок 2 ности образца выполнявых колец толщиной у половине высоты образо периметру, в процессе адок к образцу осущестдисков 3 и колец 2 по ерхностям дисков 3, а ия прикладывают вдоль иметру упомянутых коИзобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, в частности к испытаниям образцов притрехосном растяжении.Известен способ испытаний материалов на трехосное растяжение с применением образца круглого сечение с круговойвыточкой в рабочей части, По данному способу напряженное состояние в окрестностивыточки круглого образца можно изменятьот линейного до объемного за счет увеличения глубины выточки при постоянном диаметре, а величину местного повышениянапряжений (коэффициент концентрации иградиент напряжений) - за счет радиуса устья выточки.Существенным недостатком указанногообразца является то, что распределениеосевых напряжений по его поперечному сечению в рабочей части в процессе нагружения существенно неоднородна (по краямнамного выше, чем в середине), причем, впроцессе нагружения происходит перераспределение напряжений по сечению (область с максимальными напряжениямиперемещается вглубь сечения),Анализ напряженного и деформированного состояния круглых образцов с выточкой затруднен, что связано с трудностьюразделения осевой и поперечных составляющих нагрузки в рабочей части.Все это снижает точность испытаний.К недостаткам следует также отнести:- ограниченный диапазон соотношенийнапряжений по осям деформирования, непревышающий ориентировочно 0,5 (по соотношению напряжения в поперечном направлении к продольному) связанный с тем,что растяжение рабочей части в поперечныхнаправлениях происходит только за счет того, что поперечная деформация в нем сдерживается утолщенной частью образца;- ограниченное применение образцасвязано с трудностью изготовления или более высокой стоимостью испытаний образца такой формы из отдельных материалов,например, взрывчатых.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является способ испытаний с использованием образца Вельтера для испытаний металлов на трехосноерастяжение.Для испытаний по данному способу используется образец в Форме кубика, имеющий придатки для приложениярастягивающих усилий.Недостатком этого образца являетсянизкая точность испытаний, обусловленнаятем, что при его нагружснии по ребрам кубика возникает концентрация напряжений, искажающая однородность его напряжен, нога состояния,Недостатком является также то, что дляреализации такой схемы нагружения образ 5 ца требуется сложное нагрукающие устройство, обеспечивающее раздельноеприложение нагрузки ко всем граням кубаодновременно, что трудно выполнить с высокой точностью,10 Цепью изобретения является повышение точности испытаний.Для достижения этой цели предлагается проводить испытания по способу состоящему в том, что используют образец в виде15 цилиндра- с параллельными торцами, и двепары накладок, накладку для торцов образ-,ца в аиде диска, диаметр которого большедиаметра образца, а пару накладок дпя боковой поверхности образца выполняют в ви 20 де одинаковых колец толщиной у отверстияравной половине высоты образца и с утолщением по периметру, в процессе прикрепления накладок к образцу осуществляютсопряжение дисков и колец по выступаю 25 щим поверхностям дисков, растягивающиеусилия прикрепляют вдоль оси образца попериметру упомянутых колец.Использование асимметричного образца (в аиде цилиндра) позволяет увеличитьЗ 0 однородность его напряженного состоянияпри испытаниях.Выполнение накладок для боковой поверхности образца в виде одинаковых колецтолщиной у отверстия равной половине выЗ 5 соты образца и с утолщением по периметру, позволяет прикладывать к боковой поверхности образца равномерные по окружности растягивающие усилия и осуществлять их регулирование эа счет изменения диаметра колец.Выполнение накладки для торцов в виде дисков, диаметр которого больше диаметра образца позволяет создавать в 40 образце равномерные по сечению осевые растягивающие напряжения.Сопряжение дисков и колец по выступающим поверхностям дисков обеспечивает силовую связь между ними, что необходимо для пропорциональности осевой и попереч 50 ной нагрузки.Приложение растягивающих усилийвдоль оси образца по периметру колец позволяет производить одновременное нагружение образца поперечной и осевой 55 нагрузкой отодного растягивающегоусилия(осевого).На чертеже приведена схема осуществления способа,Его реализуют следующим образом, Образец испытываемого материала 1 в виде1795340 ки; цилиндра с параллельными торцами скрепляют по боковой поверхности с накладками 2 в виде колец и накладками 3 для торцов в вИде диска, диаметр которого больше диаметра образца, и осуществляют сопряже ние дисков 3 и колец 2 по выступающим поверхностям дисков 3. Скрепление накладк 2 и 3 с образцом 1 может быть осуществ 4 ено, например, склеивание, сваркой или дР. способом. 10Для фиксирования зоны разрушения в образце, накладки 2 могут быть выполнены, например, из материала имеющего предел прочности при растяжении выше чем у материала образца и обладающего близким 15 значением модуля упругости к модулю упругости материала образца.Подготовленную сборку захватывают между двух жестких осесимметричных переходников (на рис,не показаны) по пери муштрам кольцевых накладок 2 и растягивают, например, с помощью разрывной машины, В процессе растяжения происходит осесимметричное деформирование кольцевых накладок 2 приводящее к их кру голому поперечному изгибу с одновременным двухосным растяжением поверхностей обращенных к среднему сечению образца 1. Деформирование накладок 2 воспринимается боковой поверхностью образца 1 и че рез накладки 3 передается на его торцы, что приводит к возникновению в рабочей части образца 1 напряженного состояния с трехосым растяжением, Значения напряжений оцениваются в предложении упругого де формирования материалов следующим образом:РО 1 = - :ЯГЗР 1 40оз - Г 2 (1 - и) +(1+и)х Ь -- (1 - 4)й, ГГ 2 2 45 где Р=2 л В ц - прикладываемое к кольцевым накладкам испытательное усилие;о 1 - осевое напряжение в образце;с,з - поперечное напряжение в образце;50Й - внешний радиус кольцевой накладг - радиус рабочего сечения образца;,и - коэффициент Пуансона материалакольцевой накладки;55 Формула изобретения Способ испытания образца при трехосном растяжении, по которому к рабочим пои - толщина кольцевой накладки.Данный способ испытаний позволяет оценивать напряженное состояние образца экспериментально, например. тензометрированием кольцевых накладок в местах примыкающих к рабочему сечению образца при накладке тензодатчиков в окружных и радиальных направлениях. Это позволяет также повысить точность испытаний.Изобретение иллюстрируется следующим примером, Для испытаний материала с пределом прочности на растяжение о,=6,5 МПа и модулем упругости Е=9000 МПа использовались кольцевые накладки из текстолита марки ПТК по ГОСТ 5-78 ( о 8=8,0 МПа и Е=8000 МПа) и накладки для торцов из латуни Л 68 по ГОСТ 1019-47 Е=110000 МПа). Кольцевые накладки были выполнены конусными (угол в точке их смыкания равнялся 10), с внешним диаметром 150 мм, ободом шириной 20 мм и толщиной 15 мм, толщиной диафрагмы 4 мм. Толщина накладок для торцов равнялась 8 мм. Для скрепления составных частей использовались клей на основе эпоксидной смолы ЭДи клей Циакрин-ЭО. При тензометрировании серии из 6-ти образцов получены значения осевой, радиальной и кольцевой деформации в момент разрушения об 5 оаэца равные соответственно: 70, 45,55 х 10 ед,отн, деф. Предельное осевое напряжение составило 4,5 МПа. Разброс значений прочности не превысил 120, что подтверждает достаточно высокую точность испытаний.Технические преимущества предложенного способа испытания образца при трехосном растяжении по сравнению с прототипом заключаются в том, что он позволяет повысить точность испытаний, поскольку обеспечивается фиксированная зона разрушения образца материала при его нагружении и однородность напряженного состояния в его рабочей части за счет применения круговых сечений, устраняющих концентраторы напряжений, имеющие место по ребрам куба, Преимуществом является также, то что имеется воэможность экспериментальной оценки поля деформаций испытываемого образца,Дополнительным преимуществом является то, что приложение испытательной нагрузки не требует сложного нагружающего устройства и прикладывается вдоль одной оси вместо трех как при использовании прототипа. верхностям образца прикрепляют накладки, и прикладывают к ним растягивающие усилия, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью1795340 Составитель А,ГнитийТехред М.Моргентал Корректор С,Юско Редактор Заказ 425 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 повышения точности испытания эа счет создания равномерного напряженного состояния в рабочем сечении образца, используют образец в виде цилиндра с параллельными торцами и две пары накладок, накладку для торцов образца выполняют в виде диска, диаметр которого больше диаметра образца, пару накладок для боковой поверхности образца выполняют в виде одинаковых колец толщиной у отверстия, равной половине высоты образца, и с утолщением по периметру, в прэцессе прикрепления накладок к образцу осуществляют сопряжение дисков и колец по выступающим поверхностям дисков, а растягивающие усилия прикладывают вдоль оси образца по периметру колец,