УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ РАЗРЕЗНЫХ КОЛЕЦ НА ПРОЧНОСТЬ Российский патент 1996 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к области средств испытания материалов, а именно, к испытаниям разрезных колец из композита на прочность при отрыве и расслоении.

По своей технической сущности наиболее близким к новому устройству является устройство для испытания разрезных колец на прочность при отрыве в трансверсальном направлении П_r ⁺, а также на прочность при межслойном сдвиге П_θγ (1).

Известное устройство состоит из двух консолей, в конце которых приложена сила, создающая в образце соответствующие напряжения, двух захватов для закрепления концов испытуемого образца и узлов (хвостовиков) для установки устройства в разрывной машине.

При применении этого устройства разрезные кольца нагружаются изгибающим моментом и силой. Разрушение происходит в виде расслоения в результате совместного действия нормальных напряжений и касательных напряжений. Поэтому при исследовании прочности на отрыв необходимо создать "чистый изгиб", при котором касательные напряжения отсутствуют.

Основным недостатком прототипа является то, что с известным устройством невозможно осуществить условие "чистого изгиба", что, в свою очередь, снижает качество проведения испытаний, а тем самым и достоверность результатов испытаний.

Целью предлагаемого изобретения является повышение достоверности результатов испытаний и расширение функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что захваты выполнены в виде обойм с прокладками, для установки на них торцов сегмента кольца, и тяг, скрепленных с захватами шарнирно. При этом устройство снабжено двумя дополнительными тягами, двумя коромыслами, шарнирно закрепленными на свободных концах основных и дополнительных тяг, и хвостовиками закрепленными соосно друг другу на серединах коромысел шарнирно на первом и жестко на втором.

Создание устройства в виде шарнирного многозвенника позволяет осуществить условие "чистого изгиба", так как любой элемент-звено устройства соединен с другим элементом-звеном при помощи шарнира. Схема нагружения (см. фиг.) позволяет добиться почти полного снижения касательных напряжений, что до сих пор пагубно влияло на этот вид испытаний при испытании разрезных колец.

Кроме этого, новым устройством устраняются возможные неточности и погрешности при установке устройства в разрывной машине (несоосность хвостовиков, непараллельность захватов и др.), и они не влияют на точность проведения испытаний и достоверность их результатов. Несомненным преимуществом также является то, что из одного кольца, в отличие от прототипа, изготавливают два образца для испытаний, что существенно выгодно отличает его при испытаниях изделий больших габаритов.

Основным условием для испытания композитов на сопротивление расслоению является создание нагружения "чистого изгиба" сегмента образца. Возможность создания новым устройством этого вида нагружения позволяет расширить область применения устройства. Оно может быть применено для оценки сопротивления обода маховика из композита поперечному отрыву под действием центробежных сил с последующим определением величины предельного числа оборотов для такого вида ободов маховика.

Сопоставленный анализ заявляемого устройства с известным прототипом показывает, что новое устройство отличается захватами, выполненными в виде обойм с прокладками, для установки на них торцов сегмента кольца, двумя дополнительными тягами, двумя коромыслами, и хвостовиками закрепленными на серединах коромысел шарнирно на первом и жестко на втором. Таким образом, можно сделать вывод, что новое техническое решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

Проведенный патентный и научно-технический поиск и анализ не выявил технических решений, соответствующих предлагаемому, поэтому новое устройство соответствует и другому критерию изобретения "новизна".

На чертеже изображено схематично новое устройство.

Новое устройство состоит из двух захватов 1, выполненных в виде жесткой обоймы с прокладками 2, которые плотно закрепляют концы сегмента образца 3, коромысла 4, который двумя тягами 5 и шарнирами 6 соединен с обоймой захвата 1, хвостовика 7, который при помощи шарнира 8 закреплен по середине коромысла 9, на котором неподвижно закреплен второй хвостовик 10 и который двумя тягами 11 и шарнирами 6 соединен с другим концом обоймы захвата 1.

Устройство работает следующим образом.

Концы сегмента кольцевого образца 3 закрепляют в обойме захвата 1, где при помощи прокладок 2 устраняются их любые возможные перемещения. Потом устанавливают хвостовики 7 и 10 в разрывную машину. После включения машины нагрузка через коромысла 4, 9 и тяги 5, 11 передается на обоймы захватов 1 и соответственно нагружаются концы образца 1.

Повышение точности и достоверности результатов обусловлено тем, что смещение средней линии сегмента относительно центра захватов вследствие различий ширины и радиуса сегмента, вызывает некоторый эксцентриситет, который как видно из уравнения равновесия моментов относительно центра А (см. фиг.)
∑M_i=0

где Р сила, действующая на устройство;
M_A момент, возникающий в точке А от действия силы;
r_ср. радиус до срединной поверхности сегмента;
2h расстояние между центрами крепления тяг;
е величина эксцентриситета;
P * h M_A 0.

По сравнению с прототипом новое устройство позволяет получить более надежный и точный результат испытаний колец на прочность, что, в свою, очередь, повышает достоверность результата расчета конструкций. Кроме того, с новым устройством возможно оценить сопротивление обода маховика из композита расслоению, что существенно сокращает время-цикл, затрачиваемое на испытание, а также позволяет обойтись без дорогостоящих разгонных установок с вакуумированием.

Новое устройство было апробировано на лабораторных испытаниях в Институте механики полимеров Латвийской академии наук при проведении расчетов и проектировании вращающихся кольцевых систем из композитов.

Сущность изобретения: захваты выполнены в виде треугольных обойм с прокладками 2 для установки на них торцов сегмента кольца 3, с тягами 5 и 11, скрепленными с захватами шарнирно, и двумя коромыслами 4 и 9 шарнирно закрепленными на свободных концах тяг. Хвостовики 7 и 10 закреплены соосно друг другу на серединах коромысел - шарнирно на 7 и жестко на 10, что позволяет осуществить нагружение по схеме "чистый изгиб". 1 ил.

Устройство для испытания разрезных колец на прочность, содержащее два захвата для концов кольца, две тяги, одни концы которых скреплены с захватами, и предназначенные для закрепления в траверсах разрывной машины хвостовики, отличающееся тем, что захваты выполнены в виде обойм с прокладками, тяги скреплены с захватами шарнирно, а устройство снабжено двумя дополнительными тягами, одни концы которых шарнирно закреплены на обращенных друг к другу поверхностях захватов, установленными параллельно друг другу коромыслами, шарнирно закрепленными на свободных концах основных и дополнительных тяг, шарниры для закрепления основных тяг установлены диаметрально противоположно шарнирам для закрепления дополнительных тяг, а хвостовики закреплены соосно друг другу на серединах коромысел шарнирно на первом и жестко на втором.