УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА УСТАЛОСТЬ ОБРАЗЦОВ Российский патент 1995 года по МПК G01N3/34 

Изобретение относится к исследованиям свойств твердых материалов путем приложения повторяющихся усилий, а именно к усталостным испытаниям при повторно-переменном растяжении-сжатии.

Известен способ испытания на повторно-переменное растяжение-сжатие, заключающийся в приложении к образцу вдоль его оси знакопеременного усилия (ГОСТ 25.502-79. Методы испытаний на усталость. М. Издательство стандартов, 1980). Однако при испытании образцов с малой жесткостью поперечного сечения возможна потеря устойчивости при сжатии под действием критической сжимающей нагрузки.

Задача изобретения исключение потери устойчивости образцов при сжатии.

Для этого воздействие повторно-переменного растяжения-сжатия производят одновременно на два параллельно установленных образца посредством двуплечего рычага в противофазу друг другу.

При этом каждый момент времени деформация растянутого образца ограничивает по величине деформацию сжатого образца даже при действии критической сжимающей силы, чем и исключается потеря устойчивости последнего.

Известно устройство для усталостных испытаний при растяжении-сжатии, в том числе и группы образцов, содержащее корпус, захваты образцов и систему нагружения [1]
Недостатком этого устройства является отсутствие конструктивных элементов, препятствующих потере устойчивости сжатого образца.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является установка для испытания на усталость при одно- и двухцикловом режиме нагружения, содержащая корпус (основание), кулачковый привод с тягой, активные и пассивные захваты образцов, двуплечие рычаги в виде стержней, соединенные с тягой шарнирами, и электромагнитный нагружатель [2]
Недостатком данного устройства является большая степень его статической неопределимости, что искажает результаты испытаний. Это связано с тем, что отклонения осевых размеров образцов от номинала (даже в пределах допуска), а также погрешность при их установке в захваты вызывает нежелательные деформации растяжения, сжатия и изгиба при закреплении.

Цель изобретения устранение деформаций образцов при закреплении в захватах.

Для этого в известное устройство введен стержень, жестко прикрепленный одним концом к рычагу перпендикулярно его плечам с осью, проходящей через точку опоры рычага, рычаг выполнен в виде рычага первого ряда, на обоих концах плеч которого закреплены активные захваты образцов, шарнир выполнен подвижным в направлении продольной оси образцов, а якорь закреплен на втором конце стержня.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство для испытания на усталость; на фиг.2 вариант взаимного расположения двуплечевого рычага и электромагнитного нагружателя.

Устройство для испытания на усталость образцов содержит узел, в котором закрепляются параллельно друг другу образцы 1 и 2 во время испытаний, а именно пассивные захваты 3 и активные захваты 4, которые жестко закреплены на двуплечем рычаге 5. Пассивные захваты 3 расположены на основании 6, а двухплечий рычаг 5 соединен с этим основанием с помощью подвижного цилиндрического шарнира 7.

Электромагнитный нагружатель (фиг.1) состоит из якоря 8, установленного на двуплечем рычаге 5 между двумя электромагнитами 9 и 10, расположенными на основании 6 сердечниками навстречу друг другу. В варианте по фиг.2 электромагнитный нагружатель содержит два якоря 8, которые закреплены на двуплечевом рычаге 5 симметрично оси шарнира 7, а также две пары электромагнитов 9 и 10, установленных попарно соосно образцам сердечниками навстречу друг другу.

Устройство работает следующим образом.

Для нагружения образцов 1 и 2 повторно-переменным растяжением-сжатием в противофазу друг другу электромагниты 9 и 10 (фиг.1) поочередно подключаются с требуемой частотой к источнику питания. В варианте по фиг.2 к источнику питания поочередно подключаются пары электромагнитов 8 и 10, расположенные по диагонали по обе стороны двуплечего рычага 5. Якорь (якоря) 8 притягиваются к соответствующим электромагнитам, в результате чего возникает переменная сила (пара сил и ) поворачивающая двуплечий рычаг 2 ряда 5 относительно шарнира 7. При этом образцы 1 и 2 нагружаются противоположным по направлению силами и , т.е. в данный момент времени образец оказывается растянутым, а образец 2 сжатым. При переключении электромагнита 9 и 10 направление и величина усилий и в образцах меняется по тому или иному закону в функции времени, т.е. образцы постоянно нагружаются повторно-переменным растяжением-сжатием в противофазу друг другу.

В случаях, если осевые размеры образцов 1 и 2 не одинаковы или имеется погрешность при установке их в захваты 3 и 4, рычаг 5 самоустанавливается в оптимальное положение за счет поворота вокруг оси шарнира 7 и перемещения вместе с шарниром относительно основания 6 вдоль оси образцов.

Величины сил и по правилу рычага в каждый момент времени превышают усилие , развиваемое электромагнитами, во столько раз, во сколько раз расстояние от оси шарнира до оси электромагнитов l больше расстояния до оси образца а (фиг. 1 и 2). Регулировка динамического усилия электромагнитов осуществляется за счет изменения параметров питания их обмоток (силы тока, напряжения), а также величины зазора между сердечниками и якорями.

Для повышения экономичности устройства и ускорения испытаний частота переключения электромагнитов подбирается равной собственной частоте колебательной системы с образованием 1 и 2, т.е. обеспечивается резонансный режим работы.

Использование: усталостные испытания при повторно-переменном растяжении-сжатии. Для исключения потери устойчивости образцов при сжатии воздействие растяжения-сжатия производят одновременно на два образца в противофазу друг другу посредством двухплечевого рычага. Устройство содержит основание, пассивные и активные захваты образцов, расположенные на двухплечевом рычаге, соединенном с основанием с помощью подвижного в направлении оси образцов шарнира, что устраняет деформации образцов при закреплении в захватах. Электромагнитный нагружатель обеспечивает приложение к образцам противоположных по направлению сил, фаза которых изменяется с резонансной частотой системы. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА УСТАЛОСТЬ ОБРАЗЦОВ, содержащее связанные с корпусом пассивные захваты образцов, устанавливаемые во время испытаний параллельно друг другу, активные захваты образцов, электромагнитные нагружатели образцов с якорем и шарнир, укрепленный на точке опоры рычага, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит стержень, жестко прикрепленный одним концом к рычагу перпендикулярно его плечам с осью, проходящей через точку опоры рычага, рычаг выполнен в виде рычага первого рода, на обоих концах плеч которого закреплены активные захваты образцов, шарнир выполнен подвижным в направлении продольной оси образцов, а якорь закреплен на втором конце стержня.