УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ НА ИЗГИБ Российский патент 2015 года по МПК G01N3/20 G01N3/32 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для экспериментальных исследований прочностных свойств и процессов накопления усталостных повреждений в поверхностных слоях образцов из конструкционных материалов в зависимости от закона изменения на поверхности образца напряжения и его градиента.

Известны устройства (машины типа DVL) для испытаний образцов конструкционных материалов на изгиб (Школьник Л. М. Методика усталостных испытаний. Справочник. - М.: Металлургия, 1978. - 304 с.), в которых концы плоского образца жестко закреплены в зажимах двух стоек. Одна из стоек шарнирно соединена с консольным динамометром, а другая стойка - с качающимся рычагом. Колебания системы возбуждаются кривошипным механизмом через шатуны шарнир правой стойки. Колеблющаяся система усталостной машины фиксируется на станине при помощи жесткого основания динамометра и шарнирной опоры рычага. Нагрузка на образец определяется оптически по прогибу конца динамометра, пропорциональному величине изгибающего момента.

Недостатком известного устройства испытания образцов на изгиб является неточность нагружения образца чистым изгибом из-за наличия осевых сил и дополнительного изгибающего момента от них на прогибах образца, что приводит к неравномерному распределению момента по длине образца, ограниченность испытаний стационарным гармоническим нагруженном.

Известна установка для испытания образцов на малоцикловую усталость при чистом изгибе, содержащая привод, подвижные захваты, один из которых допускает перемещение конца образца вдоль захвата, рычажный передаточный механизм, согласно изобретению захваты шарнирно присоединены к ползунам, захваты соединены между собой шарниром, расположенным на одинаковом расстоянии от захватов, к которому присоединен также рычажный механизм, в нейтральном положении шарнир, соединяющий захваты, шарнирные соединения ползунов и серединная поверхность образца расположены в одной плоскости, направляющие ползунов параллельны этой плоскости, а часть звеньев рычажного механизма имеют переменную длину (RU 2262682 МПК G01N 3/20, опубл. 20.10.2005).

Недостатком известного устройства является функциональная ограниченность нагружения образцов только симметричными циклами и циклами со средним значением, невозможны испытания образцов различной длины, предельный уровень деформирования образца ограничен искривлением продольной оси образца до полуокружности.

Наиболее близким аналогом является устройство для испытания образцов на прочность, содержащее два опорных элемента для закрепления испытываемого образца, имеющих возможность поворота, и механизм, создающий изгибающий момент. Опорные элементы выполнены в виде осей одноосных тележек, механизм, создающий изгибающий момент, представляет собой грузы, подвешенные на нитях, перекинутых через барабаны, закрепленные на осях тележек, при этом на концах осей в подшипниках установлены колеса, имеющие возможность перемещения по горизонтальной поверхности (RU 2160892 МПК G01N 3/20, опубл. 20.12.2000).

Недостатком известного устройства является функциональная ограниченность: невозможно знакопеременное нагружение, невозможно нагружение по заданному во времени закону, при переходе с одного уровня нагрузки на другой трудно выдержать постоянным равенство масс подвешенных на нитях грузов, в этот момент нарушается чистый изгиб образца, что недопустимо при испытаниях реономных материалов.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Это достигается тем, что в устройстве для испытания образцов на изгиб, содержащем два опорных элемента для закрепления испытываемого образца, имеющих возможность поворота, и механизм, создающий изгибающий момент, согласно изобретению, опорные элементы для закрепления испытываемого образца и механизм, создающий изгибающий момент, выполнены в виде двух шаговых сервоприводов, оси которых жестко соединены через удлинители с образцом, ось которого перпендикулярна осям шаговых сервоприводов, шаговые сервоприводы выполнены с возможностью перемещения в продольном направлении образца с помощью шарнирного механизма, состоящего из двух жестких рамок, соединенных с корпусами шаговых сервоприводов параллельными стержнями одинаковой длины с цилиндрическими шарнирами на концах, устройство дополнительно содержит тензостанцию, подсоединенную к компьютеру и тензорезисторам, установленным на удлинителях.

Кроме того, в жестких рамках выполнены дополнительные отверстия для перестановки стержней в зависимости от длины используемых образцов.

Устройство поясняется чертежами, где

на фиг. 1 приведен общий вид устройства для испытания образцов на изгиб,

на фиг. 2 представлена функциональная схема автоматизированного управления испытаниями.

Устройство содержит два шаговых сервопривода 1 и удлинители 2, передающие момент с осей шаговых сервоприводов на образец 3, ось которого перпендикулярна осям шаговых сервоприводов 1, корпуса шаговых сервоприводов 1 подвижно соединены друг с другом шарнирным механизмом, состоящим из двух жестких рамок 4, соединенных с корпусами шаговых сервоприводов параллельными стержнями 5 одинаковой длины с цилиндрическими шарнирами 6 на концах, на удлинители установлены тензодатчики 7 для контроля и регулирования режима нагружения образца с использованием тензостанции 8 и компьютера 9, управляющего сервоприводом 1.

Испытываемый образец 3 посредством удлинителей 2 неподвижно соединяется с осями шаговых сервоприводов 1. С компьютера 9 подаются управляющие сигналы на шаговые сервоприводы 1 в соответствии с выбранной программой испытаний образца (чистый изгиб, поперечный изгиб, статическое, гармоническое, программное, случайное и др. виды нагружения). Крутящие моменты с валов шаговых сервоприводов 1 через удлинители 2 передаются на образец 3 и вызывают его изгиб, при котором концы образца сближаются. Свободное перемещение концов образца 3 в продольном направлении обеспечивает шарнирный механизм. Его жесткие рамки 4 перемещаются поступательно в поперечном направлении, а параллельные стержни 5 в цилиндрических шарнирах 6 поворачиваются. Тензодатчиками 7 совместно с тензостанцией 8 измеряется уровень нагрузки образца 3 и как сигнал обратной связи подается на компьютер 9 для регулировки режима нагружения и его записи.

Устройство позволяет реализовать кинематический или мягкий режимы нагружения образца. Возможен режим поперечного изгиба образца (работает только один серводвигатель), режим чистого сдвига в среднем сечении образца (серводвигатели работают синфазно).

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для экспериментальных исследований прочностных свойств и процессов накопления усталостных повреждений в поверхностных слоях образцов из конструкционных материалов в зависимости от закона изменения на поверхности образца напряжения и его градиента. Устройство содержит два опорных элемента для закрепления испытываемого образца, имеющих возможность поворота, и механизм, создающий изгибающий момент. Опорные элементы для закрепления испытываемого образца и механизм, создающий изгибающий момент, выполнены в виде двух шаговых сервоприводов, оси которых жестко соединены через удлинители с образцом, ось которого перпендикулярна осям шаговых сервоприводов. Шаговые сервоприводы выполнены с возможностью перемещения в продольном направлении образца с помощью шарнирного механизма, состоящего из двух жестких рамок, соединенных с корпусами шаговых сервоприводов параллельными стержнями одинаковой длины с цилиндрическими шарнирами на концах. Устройство дополнительно содержит тензостанцию, соединенную с компьютером и тензорезисторами, установленными на удлинителях. Технический результат: возможность реализовать кинематический или мягкий режимы нагружения образца, при этом имеется возможность использования как режима поперечного изгиба образца (работает только один серводвигатель), так и режима чистого сдвига в среднем сечении образца (серводвигатели работают синфазно). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для испытания образцов на изгиб, содержащее два опорных элемента для закрепления испытываемого образца, имеющих возможность поворота, и механизм, создающий изгибающий момент, отличающееся тем, что опорные элементы для закрепления испытываемого образца и механизм, создающий изгибающий момент, выполнены в виде двух шаговых сервоприводов, оси которых жестко соединены через удлинители с образцом, ось которого перпендикулярна осям шаговых сервоприводов, шаговые сервоприводы выполнены с возможностью перемещения в продольном направлении образца с помощью шарнирного механизма, состоящего из двух жестких рамок, соединенных с корпусами шаговых сервоприводов параллельными стержнями одинаковой длины с цилиндрическими шарнирами на концах, устройство дополнительно содержит тензостанцию, соединенную с компьютером и тензорезисторами, установленными на удлинителях.

2. Устройство для испытания образцов на изгиб по п.1, отличающееся тем, что в жестких рамках выполнены дополнительные отверстия для перестановки стержней в зависимости от длины используемых образцов.