Стенд для сравнительных усталостных испытаний образцов материалов и элементов конструкций

Я 01010510 Д СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3,5 й 01 й 336 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ: К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 7 77 7 Р д ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1, Школьник Л, М. Методика усталостных испытаний, Справочник, М., "Металлургия", .1978, с, 115-116.2, Тябликов 10. Е., Колачев А, М. О проведении испытаний на усталость полуфабрикатов из проката, - "Заводская лаборатория, 1975, У 3, с, 351 в 3 (прототип).(54) (57) СТЕНД ДЛЯ СРАВНИТЕЛЬНЫХ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ, содержащий основание, силовозбудитель в виде.гидропульсацнонного домкрата, симметрично установленные относительно последнего захваты для крепления испытуемых образцови устройство для передачи нагрузки на обраэцы и замыкания силовой цепи при разрушений одного иэ образцов, о т л и ча ющийс я тем, что, с целью повышения точности. испытаний эа счет предотвращения перераспределения нагрузки при появлении трещины и раэ рушении одного из образцов, цилиндр гидро. пульсационного домкрата установлен с воэмож. постыл осевого перемещения, а устройство дшг передачи нагрузки на образцы и замыкания сн. ловой цепи при разрушении одного из образцов включает два обращенных друг к другу вершинами клина, через один из которых захват одного из образцов соединен с цилинд. ром гидропульсационного домкрата, а через другой соответствующий захват другого образца - с поршнем домкрата, два параллельно установленных на станине подпружиненных Е друг.к другу равноплечих рычага, между которыми параллельно им установлены домкрат и клинья, и установленные на рычагах, ролики,10105 1Изобретение относится к определению прочностных свойств материалов, в частности к устройствам для сравнительных усталостных испытаний образцов материалов и элементов конструкций. 3Известен стенд сравнительных усгалостных испытаний образцов материалов, содержащий основание, приспособление для соединения испы. туемых образцов в две параллельные силовые.цепочки и соединенный с ними силовозбуди. тель 1.Недостаток устройства заключается в том, что оно не обеспечивает достаточной точности нагружения из-за неравномерностей нагружения, возникающих при разрушении одного ф или нескольких образцов. Кроме этого, при разрушении одною или несколькихфобразцов возможны перегрузки других образцов, которые могут привести к большому разбросу в определении усталостных характеристик.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является стенд для сравнительных усталостных испытаний образцовматериалов и элементов конструкций, содержащий основание, силовозбудитель в виде гидропульсационного домкрата, симметриЧно утановленные относительно последнего захваты для крепления испьпуемых образцов и устройство для передачи нагрузки на образцы и замыкания силовой цепи при разрушении 3 30 одного. из образцов, Последнее в этом стенде включает плиту с установленными в ней огра. ничительными тягами, снабженными проклщками, зазоры в которых, настраиваются так, что при разрушении одного из образцов стенд отключается 2.Недостатком стенда является то, что в нем весьма затруднительным является обеспечение идентичных условий установки и нагружения образцов, так как при разрушении одного из них возможна перегрузка другого, Это, как известно, может повлиять на установ-. ление ресурса испытываемой детали, который может оказаться ниже или выше ожидаемого, Например, может возникать упрочнение материала в зонах конструкции напряжений при ударной нагрузке, что приведет к многократному увеличению ресурса детали, Перегрузки вследствие разрушения одного из образцов могут также привести к преждевременному разрушению оставшегося целым образца, кото.30 рый, например, имеет незначительные модифи. кации или какие. либо другие технологические методы обработки, влияющие на ресурс, Другими словами, такой стенд не обеспечивает достаточной точности и качества эксперимента, будет давать большой разброс результатов испы 1 аний. К существенным недостаткам следует отнесчи и снижение точности нагружения 10 2при появлении в одном из образцов трещин,которые способствуют увеличению деформаций или прогибов образца, тогда как в другом образце эти прогибы будут другими. Нагружение этих образцов в этом случае будетнеправильным из-за нарушения симметрии силовой схемы нагружения образцов, что такжеприводит к получению большого разбросаданных испытаний. Предотвращение ударныхнагрузок при испытании нескольких образцоводновременно с помощью установки сигнализаторов разрушений не всегда будет давать поло.жительный эффект, потому что, как правило,критическая длина трещины, при которой происходит разрушение, и соответствующее ей число циклов, неизвестны, и момент разрушенияпредварительно установить невозможно. Последостижения трещиной критической длины произойдет разрушение одного из образцов, и всистеме нагружения возникнет удар, вносящийизменение в структуру материала, характер, излома и т, д., которые влияют на усталостную прочность,Целью изобретения является повышениеточности испытаний эа счет предотвращения. перераспределения нагрузки при появлениитрещины и разрушении одного из одновременно испытуемых образцов.Указанная цель достигается тем, что в стенде для сравнительных усталостных испытанийобразцов материалов и элементов конструкций,содержащем основание, силовозбудитель в видегидропульсационного домкрата, симметричноустановленные относительно последнего захватыдля крепления испытуемых образцов и устройство для передачи нагрузки на образцыи замыкания силовой цепи при разрушенииодного из образцов, цилиндр гидропульсапионного домкрата установлен с возможностью осевого перемещения, а устройство для передачинагрузки на образцы и замыкания силовойцепи при разрушении одного из образцоввключает два обращенных друг к другу вершинами клина, через один из которых захватодного иэ образцов соединен с цилиндромгидропульсационного домкрата, а через другойсоответствующий захват другого образца -с поршнем домкрата, два параллельно установленных на станине подпружиненных другдругу равноплечих рычага, между которымипараллельно им установлены домкрат и клинья,и установленные на рычагах ролики, взаимодействующие с наклонными поверхностями клиньев,На фиг, 1 показана принципиальная схемастенда; на фиг, 2 - конструктивная схемастенда; на фиг. 3 - схема, иллюстрирующаявзаимодействие клйна и роликов рычагов; нафиг. 4 - сечение А-А на фиг. 2; на фнг. 5: - вид Ь0510 3 101на фиг, 2; на фиг, Ь - блок-схема автоматического управления стендом,Стенд содержит основание 1, на которомконсольно установлены испытуемые образцы2 и 3 (на чертежах изображены образцы кронштейнов закрылка самолета), свободные концы которых закреплены в захватах 4 и 5,стойку 6, силовозбудитель в виде гидропульса-ционного домкрата, включающий имеющиевозможность осевого перемещения поршень 7и цилиндр 8, устройство для передачи нагрузки на образцы 2 и 3 и замыкания силовойцепи при разрушении образцов, Последнееустройство включает два обращенныхдруг кдругу клина 9 и 10, из которых клин 9 черездинамометр 11 соединяет захват 4 с поршнем7 гидропульсационного домкрата, а клин 10,связанный через шарнирную подвеску 12 сцилиндром 8, соединяет через динамометр 13 .захват 5 с цилиндром 8; два параллельноустановленных на основании 1 посредствомстойки 6 равноплечих рычага 14 и 15, подпружиненных друг к другу, между которыми параллельно им установлены гидропульсационныйдомкрат и клинья 9 и 10; установленные нарычагах ролики 16 и 17, взаимодействующие сс наклонными поверхностями клиньев 9 и 10соответственно. Каждый из захватов 4 и 5имеет продольный паз 18, в котором установлен палец 19. Соединение захватов 4 и 5 сдинамометрами 11 и 13 осуществлено посредством сферических шарниров 20 и 21, Рычаги14 и 15 соединены со стойкой 6 шарнирами22. Подтружинивание рычагов 14 и 15 и выборка люфтов в описываемом устройстве осуществлены с помощью. рессор 23 и 24, закрепленных средней частью на концах рычагов14 и 15. Концы рессор 23 и 24 соединенымежду собой шпильками 25. Для предотвращения поворота рессор 23 и 24 относительносредней точки рессоры хотя бы одного рычага14, 15 соединены с ним упругими стяжками. 26. Для автоматического управления работойстенда он оснащен датчиками 27 и 28 перегру-.зок по давлению, подключенными к правойи левой (по .чертежу) полостям цилиндра 8 .аналоговым автоматом 29 управления, к которому подключены динамометры 11 и 13,гидравлическим блоком 30 и электроуправляемым краном 31.Стенд работает следующим образом,Перед началом работы с помощью шпилек25 устанавливают предварительное обжатиерессор 23 и 24, следовательно, рычагов 14 и15 и роликов 16 и 17, позволяющее устранитьлюфты в соединениях, Так как предваритель.ное обжатие создает усилие, направленноек образцам 2 и 3, его. можно компенсироватьподачей. некоторого исходного давления жид, кости в левую или правую от поршня 7 полость цилиндра 8. После установки предвари.тельного одинакового обжатия рычагов 14 и15 и сравнения аналоговым автоматом 29электрических исхолиых сигналов от динамометров 11 и 13 и датчиков 27 и 28, автомат29 управления выдает сигнал на гидравлический блок 30 управления и кран 31, и жид;кость под давлением поступает в правую по лость цилиндра 8, создавая усилия в образцах2 и 3, При этом усилие от поршня 7 передается на наклонные поверхности клина 9, воэдей.ствуя таким образом на ролики 16, которыевызывают упругие деформации рычагов 14 и 15 15, рессор 23 и 14 и шпилек 25, обеспечиваяперекатывание и подьем роликов 16. Часть ус.лия передается далее через динамометр 11 иаобразец 2, обеспечивая его нагружение, Аиало.гичным образом нагружается. образец 3, 20 После достижения заданной нагрузки динамометры 11 и 13 выдают электрический сигиы,. пропорциональный этой нагрузке,на аналоговый автомат 29 управления, который подаетсигнал на гидравлический блок 30 управления 25. и открывает слив из правой полости черезкран 31 (который постоянно открыт на сливпри нормальной работе стенда), и открываетподачу давления в левую полость, обеспечиваяразгрузку образцов 2 и 3 до нуля. Взаимодействие деталей при этом происходит в обратномпорядке.Рассмотрим случай, когда, например, водном из испытуемых образцов, например в3, возникает усталостнов повреждение, которое 35приводит к уменьшению жесткости этого обраФца и, следовательно, к увеличению прогиба дО,тогда как в целом образце 2 прогиб будетменьше. При этом усилие, передаваемое на об;1разец 3, уменьшится, а усилие Р 1, нормальноФ 40к поверхностям клина 10, и, следовательно,горизонтальная составляющая Р., возрастут,причем сумма горизонтальных составляющихбудет направлена в противоположную силе Р0сторону, Увеличенная вследствие нарушения 45равновесия сила Р через равноплечие рычаги 14 и 15 передается на ролики 16, которые1воздействуют на наклонные поверхности клина9, создавая при этом горизонтальные состава-.,юшке, которые будут, соответственно, увеличи 1ваться и направляться противоположно силе Р,вызывая ее уменьшение до величины силы Ро,действующей на образец 3. Таким образом, достигается выполнение цикла нагружения образцов 2 и 3 в одинако55вых условиях. Кроме того, благодаря наличиюпазов 18 в захватах 4 и 5, исключаются отри цательные перегрузки на образцы 2 и 3, например, при разгрузке или обратном ударе5 10105Этим также обеспечивается уменьшение разброса результатов испытанийСохранение одинаковых условий испытанийпри разрушении одного из образцов будет происходить следующим образом, При появлении трещины будет увеличиваться прогиб с 10, однако одп.временно с этим будет увеличиваться и "готовность" погасить удар, так как при увеличении с 0 увеличивается и псремещение роликов 16, 17 и, следовательно, общая 1 О деформация Ь рычагов 14 и 15, вследствие чего сила Р-, направленная в противоположную силе РО сторону, теперь будет существенно превышать силу РПри наиболее неблагоприятном случае, когда 15 разрушение одного из образцов 2 или 3 произойдет в момент максимальной нагрузки Р,О происходит практически мгновенный сброс нагрузки РО. В описываемом стенде нагрузка РО, вследствие отсутствия зазоров и люфтов, 20 в момент разрушения передается через клин 9 или 10 на ролики 16 или 17 и через них - ,на рычаги 14, 15 и рессоры 23, 24 со шпильками 25, вде она гасится и воспринимается стой. кой 6. Кроме того, в момент разрушения так. же будет возрастать и усилие Р на клин соГстороны противоположной разрушению, направ ленное также в сторону удара. Это усилие,па. рируется тем, что в момент разрушения в пра. вой полости цилиндра 8 происходит резкое ЗО повышение давления, которое фиксируется датчиком 27, сигнал от которого поступает на аналоговый автомат 29 управления, при этом с помощью крана 31 перекрывается слив жидкости из этой полости, вследствие чего ограни З35 чивается перемещение с деталей силовой цепи, в сторону целого образца и усилие замыкается на клине 10, рычагах 14 и 15 и стойке 6. 10 6Получаемое таким образом гашение удара позволяет повысить качество и точность эксперимента, так как исключаются нежелательные ударные отрицательные перегрузки, влияющие на ресурс образца, характер излома и т. д.Кроме этого, обеспечивается возможность одновременного испытания двух или больше образцов, причем при разрушении одного из образцов можно продолжить испытания оставшегося образца,Это достигается тем, что, например, в слу. чае разрушения образца 3, реакция от нагрузки на образец 2 будет восприниматься роликами 16 и 17 контактирующими с наклонными поверхностями клиньев 9 и 10 и создающими уравновешивающую нагрузку Р 5,равную гори зонтальным составляющим 2 Р . При этомГ ролики 16 и 17 будут перемещаться по наклонным поверхностям клиньев 9 и 10 и создавать вертикальную составляющую Р 1, кото. рая воспринимается рычагами 14 и 15, рессорами 23 и 24 и шпильками 25, в результате чего в них создаются упругие деформации, Горизонтальная составляющая 2 Р Г воспринимается стойкой 6 через рычаги 14 и 15, закрепленные ,на ней.Предлагаемый стенд в техническом отношении позволяет повысить качество и точ.ность эксперимента за счет уменьшения разброса результатов испытаний, испытывать два образца одноВременно, исключая перегрузки при разрушении одного из образцов, а в экономическом отношении - снизить затраты на эксперимент путем уменьшения количества образцов для испытаний и сокращения времени испытаний.