УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ Российский патент 2002 года по МПК G01L1/02 

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для проведения механических испытаний, в частности испытаний на циклическую прочность образцов прямоугольного сечения, в том числе образцов, предварительно облученных в атомном реакторе.

Известно устройство "Машина Schenk-Erlinger для испытаний на изгиб плоских образцов", описанное в литературе: С.В. Серенсен, М.Э. Граф, Л.А. Козлов, Машины для испытаний на усталость. М.: Машгиз, 1957, с.285. Это устройство включает в себя узел фиксации образца, механизм создания нагрузки, датчики измерения параметров процесса, тарированный динамометр, который содержит один силомерный элемент и позволяет проводить испытания плоских образцов при нагружении переменным изгибающим моментом. В описанном устройстве один конец образца закреплен к приводному рычагу, который может поворачиваться вокруг оси, перпендикулярной плоскости изгиба и проходящей через середину образца. Другой конец образца закреплен в узле фиксации образца. Узел фиксации образца крепится к динамометру, который содержит один силомерный элемент, предназначенный для измерения величины усилия нагрузки при помощи микроиндикаторов. Нагружение образца создается механизмом создания нагрузки при помощи приводного рычага.

Недостатки известного устройства:
- продольные осевые нагрузки в образце, которые возникают при нагружении переменным изгибающим моментом в процессе испытаний, создают неопределенность соответствия результатов испытаний и приложенной нагрузки и не позволяют получить достоверную характеристику циклической прочности от приложенной нагрузки.

- дополнительные деформации кручения образца, которые возникают в процессе испытаний при отклонениях от плоскости изгиба образца: плоскости изгиба силомерного элемента; плоскости, перпендикулярной оси вращения приводного рычага механизма приложения нагрузки, а также при отклонениях плоскости закрепления одного конца образца от плоскости закрепления другого конца образца - создают неопределенность соответствия результатов испытаний и приложенной нагрузки и не позволяют получить достоверную характеристику циклической прочности от приложенной нагрузки;
- ограниченные параметры температуры образца, среды испытаний и давления среды испытаний, что не позволяет производить испытания образца при высоких температурах, в конкретной газовой среде или в вакууме.

Указанные недостатки обусловлены жестким закреплением концов образца относительно конструкции устройства, а также невозможностью создания необходимых условий для проведения испытания.

Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемым изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является устройство, описанное в статье В.М. Филатов, Ю.А. Анихимовский, С.В. Европин "Малоцикловые испытания облученных конструкционных материалов"//3аводская лаборатория, N 2, 1980, с.169-170, включающее в себя узел фиксации образца, механизм создания нагрузки, датчики измерения параметров процесса, блок регулирования и управления, тарированный динамометр, который содержит один силомерный элемент, нагреватель, устанавливаемый неподвижно при температурных испытаниях. Устройство позволяет проводить испытания на циклическую прочность предварительно облученных в атомном реакторе образцов прямоугольного сечения путем нагружения повторным поперечным изгибом в одной плоскости при заданных параметрах изгибающего момента, частоты повторных деформаций, температуры.

В описанном устройстве, размещенном на жесткой раме, один конец образца закрепляется в узле фиксации образца, который крепится к динамометру, включающем в себя один силомерный элемент с тензодатчиками для измерения величины усилия нагрузки. Динамометр крепится к приводному рычагу механизма создания нагрузки. Другой конец образца крепится к рычагу, закрепленному в опоре с возможностью перемещаться поступательно, поворачиваясь в плоскости изгиба образца. При температурных испытаниях дополнительно устанавливается нагреватель для нагрева образца. Величина изгибающего момента определяется по геометрическим параметрам расположения опор и точки приложения нагрузки в зависимости от измеряемой величины усилия нагрузки.

Недостатками прототипа являются
- колебания температуры образца, которые возникают при изменении условий теплопередачи от поверхности нагревателя к участкам образца, связанных с деформацией образца при его нагружении в процессе испытаний, а также конвекция воздуха в области образца создают неопределенность соответствия результатов испытания и заданной температуры образца и не позволяют получить достоверную температурную зависимость циклической прочности;
- дополнительные деформации кручения образца, которые возникают в процессе испытаний при отклонениях от плоскости изгиба образца: плоскости изгиба силомерного элемента; плоскости, перпендикулярной оси вращения приводного рычага механизма приложения нагрузки; плоскости, перпендикулярной оси вращения рычага, закрепленного в опоре с возможностью перемещаться поступательно, поворачиваясь в плоскости изгиба образца - создают неопределенность соответствия результатов испытаний и приложенной нагрузки и не позволяют получить достоверную характеристику циклической прочности от приложенной нагрузки;
- ограниченные параметры среды испытаний и давления среды испытаний, что не позволяет производить испытания образца в конкретной газовой среде или в вакууме.

Указанные недостатки обусловлены
- неравномерным по времени воздействием на участки образца тепловым излучением от поверхности неподвижно закрепленного нагревателя при деформациях образца в процессе испытаний;
- тарированным динамометром для измерения усилия нагрузки, включающем в себя один силомерный элемент, наличие которого не обеспечивает контроль крутящего момента относительно продольной оси образца, возникающего при изготовлении конструкции в пределах допусков на размеры, форму, и расположение поверхностей;
- отсутствием возможности создавать вакуум или конкретную газовую среду, контактирующую с образцом.

Изобретение позволяет расширить область испытаний и повысить их достоверность, получить качественные характеристики при испытаниях на циклическую прочность консольно закрепленных образцов прямоугольного сечения в условиях поперечного изгиба при постоянных заданных параметрах в процессе испытаний, в частности параметров температуры образца и нагрузки, которая создает поперечный изгиб образца без влияния крутящего момента на образец, а также позволяет создавать вакуум или конкретную газовую среду, контактирующую с образцом.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для испытания образцов, включающем узел фиксации образца, механизм создания нагрузки, датчики измерения параметров процесса, блок регулирования и управления, нагреватель, тарированный динамометр с силомерным элементом, тарированный динамометр содержит дополнительно второй силомерный элемент, причем закрепление узла фиксации образца к динамометру расположено между креплением силомерных элементов. А нагреватель, в корпусе которого установлены упоры для приложения усилия нагрузки на образец, закреплен с возможностью колебательного движения. Кроме того, узел фиксации образца, нагреватель, тарированный динамометр могут быть размещены внутри герметичной камеры.

Наличие закрепленного с возможностью колебательного движения относительно оси крепления в опорах, нагревателя, в корпусе которого установлены упоры для приложения усилия нагрузки на образец, обеспечивает равномерное по длине образца распределение температуры.

Наличие тарированного динамометра, включающего в себя два силомерных элемента, и расположение крепления узла фиксации образца к динамометру между креплениями силомерных элементов обеспечивает режим поперечного изгиба консольно закрепленного образца без влияния на него крутящего момента относительно продольной его оси.

Наличие герметичной камеры обеспечивает создание вакуума или конкретной газовой среды, контактирующей с образцом.

Новыми существенными признаками являются форма исполнения узлов и деталей устройства и их взаимное расположение
- закрепленный с возможностью колебательного движения относительно оси крепления в опорах нагреватель, в корпусе которого установлены упоры для приложения усилия нагрузки на образец;
- тарированный динамометр, включающий в себя два силомерных элемента, и расположение крепления узла фиксации образца к динамометру между креплениями силомерных элементов;
- герметичная камера.

Это позволяет сделать вывод, что заявляемое решение обладает новизной.

Новые существенные признаки заявляемого решения в научной и технической литературе не обнаружены, предложенное решение не следует явным образом из уровня техники, совокупность признаков обеспечивает новые свойства, что позволяет сделать вывод, что заявляемое решение соответствует критерию изобретательский уровень.

Перечень фигур графического изображения.

На чертеже изображена конструкция устройства для испытания образцов.

Устройство для испытания образцов содержит узел фиксации образца (1), механизм создания нагрузки (2), датчики измерения параметров процесса (3), блок регулирования и управления (4), тарированный динамометр (5), конструкция которого включает в себя два силомерных элемента (6), а также нагреватель (7), в корпусе которого установлены упоры (8) для приложения нагрузки на образец (9). Нагреватель (7) закреплен с возможностью колебательного движения относительно оси крепления в опорах внутри герметичной камеры (10).

Устройство для испытания образцов работает следующим образом. Тарированный динамометр (5) с закрепленным одним концом образца (9) в узле фиксации образца (1) устанавливается в опорах герметичной камеры (10). При этом другой конец образца (9) располагается между упорами (8), которые установлены в корпусе нагревателя (7), закрепленного в опорах с возможностью колебательных движений относительно оси крепления в опорах внутри герметичной камеры (10). Нагреватель (7) включает в себя узел крепления к приводному рычагу механизма создания нагрузки (2), который соединен с герметичной камерой (10) сильфонным гермовводом. Нагружение образца производится от механизма создания нагрузки (2), который приводит нагреватель (7) в колебательное движение, с заданной амплитудой, вокруг оси крепления шарнирных опор, а упоры (8), установленные в корпусе нагревателя (7), непосредственно воздействуют усилием нагрузки на нижний конец образца (9). При этом осуществляется равномерный по времени нагрев образца (9), а также обеспечивается выравнивание температуры по его длине. Для осуществления контроля параметров процесса испытаний устройство для испытания образцов содержит датчики измерения параметров процесса (3). Усилие нагружения определяют по сигналу тензорезисторов на силомерных элементах (6) тарированного динамометра (5). При этом по сопоставлению показаний тензорезисторов силомерных элементов (6) осуществляется контроль отсутствия воздействия крутящего момента на образец (9). Величина прогиба образца (9) в точке приложения усилия нагрузки контролируется датчиком линейного перемещения посредством кронштейна, закрепленного на корпусе нагревателя (7). Блок регулирования и управления (4) обеспечивает в процессе испытаний заданную, в зависимости от времени, функцию изменения величины прогиба и/или усилия нагружения, а также регистрацию измеряемых параметров процесса.

Устройство для испытания образцов позволяет производить следующие режимы испытаний: а) нагружение образца, в зависимости от времени, с заданной функцией асимметрии и амплитуды прогиба образца в точке приложения усилия нагружения в вакууме при заданной температуре; б) нагружение образца, в зависимости от времени, с заданной функцией асимметрии и амплитуды величины усилия нагружения в вакууме при заданной температуре; в) режим определения параметров релаксации напряжений образца нагружением в соответствии с режимами а) или б) с заданным временем выдержки при заданной величине прогиба образца в точке приложения усилия нагружения. При этом, устройство для испытания образцов позволяет получить достоверные характеристики циклической прочности консольно закрепленных образцов прямоугольного сечения в условиях поперечного изгиба при постоянных заданных параметрах в процессе испытаний, в частности параметров температуры образца, нагрузки, которая создает поперечный изгиб образца без влияния на него крутящего момента относительно продольной его оси, и расстояния от точки конкретного сечения образца до точки приложения усилия нагрузки, а также позволяет создавать вакуум или конкретную газовую среду, контактирующую с образцом. То есть позволяет повысить достоверность испытаний и расширить их область.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для проведения механических испытаний, в частности испытаний на циклическую прочность образцов прямоугольного сечения, в том числе образцов, предварительно облученных в атомном реакторе. Устройство для испытания образцов включает узел фиксации образца, механизм создания нагрузки, датчики измерения параметров процесса, блок регулирования и управления, нагреватель, тарированный динамометр с силомерными элементами. Образец закрепляется одним концом в узле фиксации образца, который крепится к тарированному динамометру, включающему в себя два силомерных элемента, причем закрепление узла фиксации образца к динамометру расположено между креплениями силомерных элементов. Нагружение образца производится от механизма создания нагрузки, который приводит нагреватель в колебательное движение относительно оси крепления в опорах, с заданной амплитудой, а упоры, установленные в корпусе нагревателя, непосредственно воздействуют усилием нагрузки на нижний конец образца. Параметры испытания задаются блоком регулирования и управления и фиксируются датчиками. Техническим результатом изобретения является то, что изобретение позволяет расширить область испытаний, в частности проводить испытания консольно закрепленных облученных образцов прямоугольного сечения в условиях поперечного изгиба на усталость, малоцикловую усталость, релаксацию напряжений, и повысить их достоверность. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для испытания образцов, включающее узел фиксации образца, механизм создания нагрузки, датчики измерения параметров процесса, блок регулирования и управления, нагреватель, тарированный динамометр с силомерным элементом, отличающееся тем, что динамометр содержит дополнительно второй силомерный элемент, причем крепление узла фиксации образца к динамометру расположено между креплениями силомерных элементов, а упоры для приложения усилия нагрузки на образец размещены в корпусе нагревателя, при этом нагреватель установлен с возможностью колебательного движения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел фиксации образца, нагреватель, тарированный динамометр размещены внутри герметичной камеры.