Установка для испытания образцов материалов в условиях сложного напряженного состояния

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфез СоветеникСоциалистическиеРеспублик ц 938082(51)М. Кл. С 01 й 3/08 с присоелнненнем заявки М ЬвуюретееккыВ квнвтет ь.ььР ав делан взевретеввй н етернтвВ(53) УДК 620,173(088.8) С.С. Григорян, В.А. Носелевич, Е.Н. Кугфковаи,В.А. Лакедемонский, И.В Иатвеенко, В.ф.,ьиняков,и И.И. СлезингерьВнауино-исследовательский институт нехнники Носковскогогосударственного университета им. И. В. 31 оЪвнесора(5 В) УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ИАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯвующей пары 21. 1Изобретение относится к испыта- тельной технике, а именно к установ кам для испытания образцов материалов в условиях сложного напряженного состояния.Известна установка для испыта 5 ния образцов на трехосное сжатие, в которой задаются два главных сжимающих напряжения, воздействие которых на испытуемый образец вызывает появление третьего главного сжимаю-. щего напряжения. Установка содержит рабочую камеру в форме параллелепипеда, стенки которой образованы одной подвижной и одной неподвижной горизонтальными плитами, и четырьмя пластинами, один иэ торцов каждой из которых упирается в боковую поверхность перпендикулярно располо" женной пластины, а другой выступа о ет за пределы камеры 1.Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка 2для испытания образцов материалов в условиях сложного напряженного состояния, содержащая рабочую камеру в форме прямоугольного параллелепипеда, стенки которой образованы плитами, попарно размещенными по крайней мере в двух взаимно перпендикулярных направлениях и установленными с заходом одна относительно другой, и нагружающие приспособления по числу пар плит, взаимодействующие с одной иэ ,плит соответстОбщим недостатком известных установок является низкая точность испытаний, обусловленная некомпенсироьванными силами трения, развивающими" ся при контакте между поверхностями образца и плит.Цель изобретения - повышение точности путем компенсации сил трения между поверхностями образа и плит.38082 30 Указанная цель достигается тем, что установка для испытания образцов материалов в условиях сложного напряженного состояния, содержащая рабочую камеру в форме прямоугольного параллелепипеда, стенки которой образованы плитами, попарно размещенными по крайней мере в двух взаимно перпендикулярных направлениях и установленными с заходом одна относительной другой, и нагружающие приспособления по числу пар плит, взаимодействующие с одной из плит соответствующей парься, снабжена дополнительными нагружающими приспособлениями, взаимодей" ствующими с другой плитой соответствующей пары, и устройством для синхронизации работы каждой пары нагружающих приспособлений. Кроме того, в силовом элементе каждого нагружающего приспособления и в каждой плите выполнены соосные глухие цилиндрические отвер" стия, а соединение каждого силового элемента с соответствующей плитой выполнено в виде двух связанных с помощьм шарового шарнира стержней с шарами, закрепленными на их свободных концах, которые размещены в соответствующих отверстиях силового элемента и плиты и шариковой обоймы, расположенной между обращенными одна к другой поверхностями соответствующего силового элемента и плиты, а шаровой шарнир, соединяющий стержни, размещен в обойме.При испытаниях в условиях двухосного сжатия устройство для синхронизации может быть выполнено в виде кольцевого диска с приводом его вращения, внутренняя поверхность которого образована четырьмя выступамипеременного радиуса, каждый из которых взаимодействует с силовым элементом соответствующего нагружающегв приспособления.целью обеспечения независимого деформирования по двум осям при испытаниях в условиях двухосного сжатия, устройство для синхронизации может быть выполнено в виде двух соосных кольцевых дисков с приводами их вращения внутренняя поверх- . ность каждого из которых образована двумя выступами переменного радиуса, каждый из которых взаимодействует с силовым элементом нагружающего при 4способления одной из пар взаимно противоположных плит.На фиг. 1 изображена схема предлагаемой установки; на фиг. 2 - соединение силового элемента нагружающегс приспособления с плитой; на фиг. 3 - устройство для синхронизации при испытаниях в условиях двухосного сжатия; на фиг 4 - устройство для синхронизации при испытаниях в условиях двухосного сжатия с независимым деформированием по двум осям.Установка содержит рабочую камеру в форме прямоугольного параллелепипеда. Стенки камеры образованы плитами 1, попарно связанными между собой направляющими колонками 2 по крайней мере в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Плиты 1 установлены с заходом одна относительно другой, .а направляющие колонки 2 обеспечивают возможность их взаимного перемещения без зазоров. Установка снабжена нагружающими приспособлениями, содержащими силовые. элементы 3 по числу плит 1. Один из торцов каждого силового элемента 3 опирается на шариковую обойму 4, расположенную между обращенными друг к другу поверхностями каждой плиты 1 и торца соответствующего силового элемента 3. Шариковая обойма 4 состоит из сепаратора 5 и шариков 6. Каждый силовой элемент 3 соединен с соответствующей плитой 1 при помощи равноплечего рычага, который состоит из двух соединенных с помощью шарового шарнира 7 стержней 8. На свободных концах стержней 8 закреплены шары 9. Стержни 8 с шарами 9 размещены в соосных глухих цилиндрических отверстиях 10, выполненных в торце каждого силового элемента 3 и соответствующей плите 1. Шариковая обойма 4 удерживается между силовым .элементом 3 и соответствующей плитой 1 шаровым шарниром 7, размещенным в обойме 4. Каждый силовой элемент 3 помещен в соответствующий цилиндр 11. Свободный торец элемента 3 взаимодействует с датчиком 12 усилий, установленным в цилиндре 11. На наружной поверхности каждого цилиндра 11 имеется резьба, на которую наворачивается гайка-шестерня 13. Последняя имеет возможность вращаться в неподвижном корпусе 14, При этом по5 1 а 15 20 45 50 55 5 9 ступательное перемещение гайки-шестерни 12 предотвращается кольцевым выступом 15, а вращение цилиндра 11- шпанкой 16. Синхронизация работы взаимно противоположных нагружающих приспособлений осуществляется одинаковыми шестернями 17, размещенными на общем валу 18. Каждая шестерня 17 связана с соответствующей гайкой-шестерней 13. Вращение вала осуществляется приводом 19. При этом цилиндры 11 взаимно противоположных нагружающих приспособлений имеют соответственно правую и левую резьбу с одинаковым шагом,При испытаниях в условиях двухосного сжатия устройство для синхронизации выполнено в виде кольцевого диска 20, который имеет возможность вращаться относительно центра камеры 1 в направляющих роликах (не показаны). При этом внутренняя поверхность диска 29 образована четырьмя выступами 21 переменного радиуса, а его наружная поверхность выполнена в виде зубчатой шестерни, связанной с шестерней 22, которая вращается от привода (не показан) Каждый из выступов 21 переменного радиуса взаимодействует с силовым элементом 3 соответствующего нагружающего приспособления через ролик 23, размещенный на одном из торцов . элемента 3. При этом датчик 12 усилия размещен на боковой поверхности корпуса 14.Для обеспечения независимого деформирования по двум осям при испытаниях в условиях двухосного сжатия устройство для синхронизации выполнено в виде двух соосных кольцевых дисков 24 и 25 с приводами их вращения (не показаны). Внутренняя поверхность каждого из дисков 24 и 25 образована соответственно двумя выступами 26 переменного радиуса. При этом каждый из кольцевых дисков 24 и 25 взаимодействует с силовыми элементами 3 нагружающих приспособлений соответствующих пар взаимно противоположных плит 1.Установка работает следующим образом.Образец 27 помещают в рабочую камеру и нагружают по заданной программе. При испытаниях в условиях трехосного сжатия три привода 19 вращают соответствующие валы 18 с размещенными на них шестернями 16. 38082 6Последние заставляют вращаться соответствующие гайки-шестерни 13, при вращении которых цилиндры 11 взаимнопротивоположных нагружающих приспособлений вместе с силовыми элементами 3 перемещаются навстречудруг другу, передавая через три пары шариковых обойм 4 нагрузку насоответствующие плиты 1, сжимающиеобразец 27. Возникающие в образценапряжения определяются по датчикам12 усилий. ДеФормации образца вкаждом из трех взаимно перпендикулярных направлений определяются спомощью датчиков перемещения непоказаны) плит 1. При относительныхперемещениях взаимно противоположныхплит 1 в параллельных плоскостяхстержни 8 поворачиваются вокругшаровых шарниров 7 и перемещаютшариковые обоймы 4, причем перемещение каждой из последних равно половине величины относительных перемещений соответствующей плиты 1 и силового элемента 3. При этом перемещениеплит происходит симметрицно относительно геометрического центра образца 27, и силы трения, возникающиепри контакте плит 1 с гранями образца 27 по разные стороны от вертикальной оси симметрии соответствующейграни образца 27 и плиты 1 напр-;.:ны в.противоположные стороны и вз:-имно компенсируются. При испытаниях в условиях двухосного сжатия для деформирования об разца 27 включают привод, которыйчерез шестерню 22 приводит во вращение кольцевой диск 20. Ролики 23 соответствующих силовых элементов 3взаимодействуют с выступами 21 переменного радиуса, расположенными на внутренней поверхности диска 20,обкатываясь по ней, При этом силовые элементы 3 вместе с роликами 23перемещаются к центру камеры, вызывая при этом заданное перемещениесоответствующих плит и деформациюобразца 27, которая ограничиваетсямаксимальной высотой выступов 21.Нагрузки, передаваемые элементами3, измеряются датчиками 12 нагрузки,а деформация образца 27 при заданных радиусах выступов - по углу поворота диска 20. При независимом деформировании в двух взаимно перпендикулярных направлениях включают диск24 и 25. При этом внутренняя поверхность выступов 21 каждого диска вза 938082имодействует с соответствующими этимвыступам роликами 23 двух взаимнопротивоположных силовых элементов 3.Установка позволяет проводить испытания также в условиях импульсного деформирования образца 27. Рри этомпривод состоит из массивного маховика (не показан) а также муфты сцепления со спусковым средством импульсного действия (йе показаны), кото Орая соединяет маховик с приводнымвалом устройства для синхронизации.Маховик раскручивают до заданной скорости вращения и спусковым средствомвключают муфту сцепления. Рри этом 15начинает вращаться кольцевбй диск, астенки камеры перемещаются к центру, с,вызывая импульсное деформирование образца,Установка позволяет проводить 20испытания в условиях трехосного идвухосного сжатия, двухосного сжатияпри независимом деформировании подвум осям и повышает точность испытаний за счет компенсации сил трения между поверхностями образца иплит.Формула изобретенияУстановка для испытания образцов материалов в условиях сложного напряженного состояния, содержащая рабочую камеру в форме прямоугольного параллелепипеда, стенки которой образованы плитами, попарно размещенными по крайней мере в двух взаимно перпендикулярных направлениях и установленными с заходом одна относительно другой, и нагружающие приспособления по числу пар плит 2взаимодействующие с одной из плит соответствующей пары, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности путем компенсации сил трения между поверхностями образца и плит, она снабжена дополнительными нагружающими приспособлениями взаимодействующими с другой О плитой соответствующей пары, и устройством для синхронизации работы каждой пары нагружающих приспособлений. 2. Установка по и. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что в силовом элементе каждого нагружающего приспособления и в каждой плите выполнены соосные глухие цилиндрические отверс" тия, а соединение каждого силового элемента с соответствующей плитой выполнено в виде двух связанных с помощью шарового шарнира стержней с шарами, закрепленными на их свободных концах, которые размещены в соответствующих отверстиях силового элемента и плиты, и шариковой обоймы, расположенной между обращенными одна к другой поверхностями соответствующего силового элемента и плиты, а шаровой шарнир, соединяющий стержни, размещен в обойме.3. Установка по и, 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что при испытаниях в условиях двухосного сжатия устройство для синхронизации выполнено в виде кольцевого диска с приводом его вращения, внутренняя поверхность которого образована четырьмя выступами переменного радиуса, каждый из которых взаимодействует с силовым элементом соответствующего нагружаю- щего приспособления.Установка по и, 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения независимого деформирования по двум осям при испытаниях в условиях двухосного сжатия, устройство для синхронизации выполнено в виде двух соосных кольцевых дисков с приводами их вращения, внутренняя поверхность каждого из которых образована двумя выступами переменного радиуса, каждый из которых взаимодействует с силовым элементом нагружаю- щего приспособления одной из пар взаимно противоположных плит,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ю 25261180/25-28,кл, С 01 й 3/08, 1977.2. Авторское свидетельство СССРй 394692, кл. С 01 М 3/08, 1970и.4 НИИПИ Заказ 4447/63Тираж 887 Подписное Филиал ППП "Патент",г.Ужгород,ул.Проектна