Устройство для испытания кольцевых образцов на динамическую вязкость разрушения

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 231080 (21) 299 б 859/25-28 51) М Кп з с присоединением заявки Йо С 01 Я 3/30 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 300582, Бюллетень М 20 Дата опубликования описания 300582(72) Авторыизобретения Г.В.Степанов и В,А.Маковей Институт проблем прочности АН Украинской ССР(71) Заявитель нием скорости деформирования и неприменимо для испытаний со ступенчатым увеличением скорости, чтоограничивает обьем получаемой информации.Наиболее близким по техническомусуществу к предлагаемому являетсяустройство для испытания кольцевыхобразцов на динамическую вязкость 10 разрушения, содержащее станину, раэжимную оправку, устанавливаемую настанине в отверстие кольцевого образца, разжимной элемент с выступающей,из оправки верхней частио,боек дляприложения ударной нагрузки к раэ жимному элементу, который (боек).взаимодействует с выступающей верхнейчастью разжимного элемента 2.Недостаток данного устройства -возможность испытания образцов только при постоянной скорости нагружения,определяемой скоростью движения бойка,так как конический разжимной элементв процессе нагружения движется совместно с бойком с постоянной скоростью.Цель изобретения - проведение испытаний со ступенчатым изменением скорости нагружения.укаэанная цель достигается тем, З 0 что устройство снабжено прикрепленнык Изобретение относится к исследо- .ванию прочностных свойств материалов,а именно к устройствам для испытаниякольцевых образцов на динамическуювязкость разрушения при ударном нагружении,Известно устройство для испытанияматериалов на ударное растяжение,содержащее раму со средствами длязакрепления одного из концов образцаиспытуемого материала, прикрепленныйко второму концу образца двухступенчатый стержень, несущий на свободномконце наковальню и сбрасываемый нанаковальню груз. Сечение стержня возрастает в направлении к наковальне,.а размеры участка с меньшим сечениемвыбрации такими, что позволяют проводить на ударное растяжение со ступенчатым уменьшением скорости деформации после растяжения образца на заданную величину (11.Недостаток данного устройстваво-первых, оно не приспособлено дляпрОведения испытаний на ударноерастяжение кольцевых образцов, используемых для определения динамическойвязкости разрушения, и во-вторых,устройство позволяет проводить испытания только со ступенчатым уменьше(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ ОБРАЗЦОВ НА ДИНАМИЧЕСКУЮ ВЯЗКОСТЬ РАЗРУШЕНИЯк нижней части разжимного элемента стержнем длиной Ь 7 йспс 2 С наковальней на конце, служащей для восприятия удара бойка, а длина 1 выступающей из оправки верхней части разжимного элег мента выбрана иэ условия1 - . С/2где- время испытания, в течение которого происходит разрушение образца;с - продолжительность временй от начала нагружения образца до моментаизменения скорости;с - скорость распространения упругих волн в материале раэжимного элмента,Выступающая из оправки верхн яячасть разжимного элемента может бытьвыполнена ступенчатой.Кроме того, выступающая из оправки верхняя часть разжимного элемен -та может быть соединена со станиной,На фиг.1 изображено устройство;на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; нафиг.3 - разжимной элемент с выступающей частью постоянного сечения,обеспечивающей ступенчатое уменьшение скорости нагружения; на фиг, 4то же с выступающей частью постоянного сечения, обеспечивающей ступенчатое увеличение скорости; на фиг.5то же, с двухступенчатой выступающей 35частью, обеспечивающей ступенчатоеуменьшение скорости; н а фиг. бто же,с двухступенчатой выступающейчастью, обеспечивающей ступенчатоеувеличение скорости; на Фиг. 7 40вариант соединения разжимного элемен-.та со станиной,Устройство содержит станину 1,выполненную в виде рамы с двумя траверсами 2 и 3 и установленную на фун даменте 4. На траверсу 3, имеющую5отверстие 5, устанавливается кольце-вой образец б с двумя радиальнымитрещинами 7, в отверстие которогоустанавливается раэжимная оправка 8со вставленным в нее конусным разжимным элементом 9 с выступающей изоправки 8 верхней частью 10. Разжимной элемент 9 резьбовым хвостовиком 11 соединен со стержнем 12 снаковальней 13, воспринимающей ударбойка 14,Стержень 12 располагаетсяв соосных направляющих отверстиях 5и 15 станины 1, Для гашения излишней кинетической энергии бойка 14служит резиновый амортизатор 16, б 0Подъем бойка 14 в верхнее положениеосуществляется лебедкой (не показана), а фиксация в верхнем положениификсирующим устройством (не показано). Выступающая верхняя часть 10 разжимного элемента 9 может быть соединена с траверсой 2 станины 1 с помощью навинченной на резьбу 17 гайки 18 (фиг. 7),Длина Ь стержня 12 с наковальней 13 на конце выбирается из условияЬ 7 испс 4гдея - время и с пыт ан и я, втечение которого происходит разрушениеиспытуемого образца;с - скорость распространения упругих волн вматериале стержня 12.В свою очередь длина Ь выступаю - щей из оправки 8 верхней части 10 разжимного элемента 9 выбирается из условия7 С1где- продолжительность времени от начала нагружения образца до момента изменения скорости.Выступающая верхняя часть 10 разжимного элемента 9 может быть выполнена цилиндрической постоянного сечения, диаметр которого меньше или больше диаметра основания конусной части разжимного элемента 9, к которому примыкает выступающая верхняя часть 10, и цилиндрической двухступенчатой, при этом диаметр второй ступени, в свою очередь меньше или больше диаметра первой ступени,Устройство работает следующим образом.Предварительно на поверхность кольцевого образца б с двумя радиальными трещинами 7 вблизи вершины одной из трещин наклеивается тензодатчик (не показан) для замера упругой деформации, а для определеция момента страгивания трещины наклеивают около вершины трещины датчик разрыва (не показан). Затем образец б устанавливают на нижнюю траверсу 3 станины 1. В отверстие образца б вставляют разжимную оправку 8 с разжимным элементом 9, например, с выступающей верхней частью 10 постоянного сечения, обеспечивающей ступенчатое увеличение скорости (фиг,4),На стержень 12 с наковальней 13 насажи вают боек 14, а затем стержень 12 устанавливают в отверстия 5 и 15 и соединяют при помощи резьбового хвостовика 11 с конусным разжимным элементом 9. Боек 14 поднимают с помощью лебедки на заданную высоту и фиксируют на стержне 12,При ударе бойка 14 со скоростьюкоторая регулируется высотой подъема бойка, по наковальне 13, по стержню 12 распространяется упругая волна напряжений, за Фронтом которой массовая скорость П (скорость движения материала) и напряжение (3, определяются по формулам/ц = чб; О = )сцгде и с - плотность и скоростьраспространения упругой волны в материале 5стержня.Прохождение волны через область ступенчатого изменения сечения сопровождается распадом волны на отражен - ную и проходяющую, за фронтами кото рых состояние материала характеризуется массовыми скоростями и напря( /жениями ц О, (за. фронтом проходящейоволны), ц, Й (за фронтом отраженной волны), Расчет скорости деформирова ния образца б сводится к расчету скорости движения разжимного элемента 9 ( влиянием кольцевого образца на скорость разжимного элемента пренебрегаем). Для расчета скорости движе 20 ния разжимного элемента используется формула, определяющая массовую скорость по обе стороны от области ступенчатого изменения сечения разжимного элементац =2(4.У цгде ц - массовая скорость непосредственно перед прохождением волны в обФласть изменения сечения;lц - массовая скорость, отно- З 0с ящаяс я к с ос то янию материала после прохожденияволны; Формула изобретения 2, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что выступающая иэ- РоР- отношение площадей в 35области изменения сечения (свободной поверхности соответствуетУ= О, вследствие чегомассовая скорость зафронтом упругой волнынапряжений, отраженнойот свободной поверхностиудваивается/2 ц при защемлении 1 =ю, скорость движения разжимного элемента 45 ступенчато уменьшается до нуля). Высота подъема бойка 14, например,выбирается экспериментально такой,чтобы при начальной скорости нагружения образца до ее ступенчатого изменения не происходило динамическоераспространение трещины (датчик раз-рыва у вершины трещины не разрушится),а ступенчатое повышение скорости нагружения вызывало динамическое распространение трещины,В процессе испытания регистрируютдиаграмму изменения упругой деформациИ на поверхности образца вблизивершины трещины 7 с помощью осциллографирования сигнала от тензодатчикаи момент .динамического инициированиятрещины с помощью датчика разрыва. 65 По величине упругой деформации наповерхности образца в момент динамического инициирования трещины находят характеристику динамическойвязкости разрушения, при этом учитывается влияние на вязкость разрушения истории нагружения. Таким образом, предлагаемое устройство дает возможность проведения испытаний на вязкость разрушения кольцевых образцов с трещинами с заданным ступенчатым изменением скорости деформирования после деформировакия образца на заданную величину, что обеспечивает расширение получаемой экспериментальной информации, необходимой для расчетов процессов разрушения с режимами нарушения, соответствующим реальным условиям эксплуатации конструкций, и оценки возможности использования тех или иных конструктивных материалов в различных условиях эксплуатации с реальными режимами нагружения. Предлагаемую установку целесообразно использовать в НИИ и заводских лабораториях для исследования материалов,1, Устройство для испытания кольцевых образцов на динамическую вязкость разрушения, содержащее станину,разжимную оправку, устайавливаемую на станине в отверстие кольцевого образца, разжимной элемент с выступающей из оправки верхней частью, боек для приложения ударной нагрузки к разжимному элементу, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью проведения испытаний со ступенчатым изменением скорости нагружения, оно снабжено прикрепленным к нижней части разжимного элемента стержнем длиной Ь т И пс/Яс наковальней на конце, служащей для восприятия удара бойка, а длина Х выступающей верхней части разжимного элемента выбрана из условияСС2.югде с - время, в течение котороиспго происходит разрушениеобразца;С - продолжительность времени от начала нагруженияобразца до момента изменения скорости;с - скорость распростране.- ния упругих волн в материале разжимного элемен- таеак илиал ППППатентф , г.ужгород, ул, Проектная, 4 оправки верхняя часть разжимогс элемен та выполнен а с туп ен чатой.3. Устройство по пп.1 и 2, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что выступающая из оправки верхняя часть разжимного элемента соединена со ста ниной устройства. Тираж 88 ПИ Государствен о делам изобрет 35,Москва,Ж,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 728040, кл. С 01 Н 3/30, 1978.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2795084/25-28,кл.С 01 й 3/30,1979 (прототип). Подписного комитета СССРний и открытийаушская наб 4.4/5