Устройство защиты от разрушения опорных зон опытных образцов из полимерных композиционных материалов при их статических испытаниях на сжатие Российский патент 2020 года по МПК G01N3/04 G01N3/08 

Изобретение относится к области испытательной техники и предназначено для использования в отраслях промышленности, применяющих высокопрочные полимерные композиционные материалы (ПКМ).

При контроле прочности материала готовых изделий, как правило, вырезаются образцы из удаляемых частей конструкции или из технологических припусков. Наиболее употребительной и технологически удобной формой образцов для испытаний на сжатие являются малогабаритный цилиндр или призма с соответствующими соотношениями поперечного размера образца к его длине. При испытаниях таких образцов приходится сталкиваться с практически неизбежной опасностью разрушения в области опорных зон (в области торцов) образца, что особенно актуально при испытании однонаправленного ПМК в направлении армирования. Поэтому торцевые части образцов защищают металлическими наконечниками.

Известно устройство, предназначенное для предотвращения разрушения поверхности опорных зон образцов в процессе их статических испытаний на сжатие (Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я., Методы статических испытаний армированных пластиков, М., 1981, стр. 101, 103) - прототип.

Устройство включает пару металлических наконечников, оснащенных фиксатором из пластичного металла для закрепления металлического наконечника на торцевых частях опытного образца в области ее опорных зон для защиты образца вблизи его торцов от разрушения в процессе сжатия. Наконечники фиксируются на торцах опытных образцов пластичным металлом, например, сплавом Вудда или смолой холодного отверждения. В случае использования наконечников без их фиксации на торцах опытных образцов с помощью фиксирующих материалов не удается избежать разрушения вблизи торцов опытного образца.

Существенным недостатком известного устройства является невозможность его многоразового использования при необходимости проведения массовых испытаний, вследствие:

- сложности соответствующей подготовки использованных металлических наконечников к проведению последующих испытаний или необходимость их ликвидации;

- трудоемкости подгонки по размерам и монтажа наконечников на каждом образце;

- неопределенности концентрации напряжений вблизи кромок наконечников, часто приводящей к преждевременному разрушению;

- необходимости выполнения требований применения технологий клеящих материалов.

Кроме того, имеет место недостаточная эффективность защиты поверхности опорных зон опытных образцов в процессе их статических испытаний на сжатие, приводящая к получению заниженных значений предела прочности материала при сжатии.

Задачей предполагаемого изобретения является обеспечение возможности многоразового использования устройства для проведения массовых испытаний опытных образцов при одновременном повышении эффективности защиты поверхности опорных зон цилиндрических или призматических опытных образцов из полимерных композиционных материалов в процессе их статических испытаний на сжатие для получения корректных значений предела прочности материала при сжатии.

Для этого в устройстве защиты от разрушения опорных зон опытных образцов из полимерных композиционных материалов при их статических испытаниях на сжатие, включающем пару металлических наконечников, оснащенных фиксатором из пластичного металла для защиты опытного образца вблизи его торцов от разрушения в процессе сжатия, по изобретению пара металлических наконечников выполнена в виде пары сборно-разборных узлов защиты опорной зоны опытного образца разрушения, каждый из которых состоит из опорной обоймы, имеющей выемку с внутренней резьбой, и из вводимой через резьбовое соединение в упомянутую обойму втулки с внутренней полостью.

Причем фиксатор из пластичного материала выполнен в виде сплошной шайбы. При этом внутренняя полость втулки содержит цилиндрическую выемку под упомянутую сплошную шайбу из пластичного материала глубиной, не менее высоты сплошной шайбы, и следующий непосредственно за ней конический участок в форме усеченного кругового конуса с диаметром основания конуса, соответствующим диаметру сплошной шайбы, который предназначен для обжатия опорной зоны опытного образца однородным пластичным материалом шайбы и обеспечения заделки торцевой зоны опытного образца в процессе его сжатия. Причем высота конуса и угол его конусности выбраны из условия, чтобы объем выемки конусной камеры за вычетом объема части опытного образца, находящегося в пределах конического участка, был менее объема материала сплошной шайбы. При этом в торцевой стенке втулки имеется центральное отверстие цилиндрической или призматической формы для свободного прохода через него соответствующего испытуемого опытного образца.

Причем в качестве пластичного металла фиксатора использован свинец.

Кроме того, в состав устройства введены пластинки из стальной фольги толщиной порядка 0,2 мм, подклеиваемые к торцевым поверхностям опытных образцов в процессе их испытаний на сжатие.

При этом пара сборно-разборных узлов защиты связана между собой пружинными тягами.

Выполнение пары металлических наконечников в виде пары сборно-разборных узлов, состоящих из опорной обоймы, имеющей выемку с внутренней резьбой, а также из вводимой через резьбовое соединение в упомянутую опорную обойму втулки с внутренней полостью, представляющей собой выемку, которая содержит цилиндрическую выточку под упомянутую сплошную шайбу из пластичного материала, и следующий непосредственно за упомянутым участком конический участок, имеющий форму усеченного кругового конуса с диаметром основания, соответствующим диаметру упомянутой шайбы, позволяет при нагружении опытного образца осуществить обжатие фиксатора в виде шайбы из пластичного материала конусной поверхностью втулки, и благодаря этому обеспечить объемное обжатие опорных зон свинцовым материалом шайбы под возрастающим давлением и заделку торцевой поверхности опытного образца, и тем самым осуществить защиту опорных зон опытных образцов от разрушения в процессе их сжатия.

Выбор параметров конического участка втулки предложенным образом позволяет обеспечить объемное сжатие опорных зон свинцовым материалом шайбы при возрастающей нагрузке на опытный образец.

Причем устройство с парой наконечников в виде сборно-разборных узлов позволяет защитить опытный образец от разрушения не в процессе подготовки к испытанию на сжатие, а в процессе самого испытания. Благодаря предлагаемому исполнению устройства обеспечивается возможность многоразового его использования для проведения массовых испытаний опытных образцов.

Введение в состав устройства пластинок из стальной фольги толщиной порядка 0,2 мм, подклеиваемых к торцевым поверхностям опытных образцов в процессе их испытаний на сжатие, объясняется в случае необходимости их использования как дополнительная мера предотвращения разрушения торцевых поверхностей опытного образца.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 представлено устройство защиты от разрушения опорных эон опытных образцов из полимерных композиционных материалов при их статических испытаниях на сжатие (в сборе), на фиг. 2 - одна из опорных обойм сборно-разборного узла (в разрезе) устройства на фиг. 1, на фиг. 3 - одна из втулок упомянутого узла (в разрезе) с цилиндрическим отверстием на фиг. 1, на фиг. 4 - втулка с призматическим отверстием и на фиг. 5 - один из фиксаторов из пластичного металла в виде сплошной шайбы.

Устройство состоит из пары металлических наконечников, выполненных в виде пары сборно-разборных узлов защиты опорной зоны опытного образца 1 от разрушения (фиг. 1). Каждый из узлов защиты содержит опорную обойму 2, имеющую выемку с внутренней резьбой 3 (фиг. 2), и вводимую через резьбовое соединение в упомянутую обойму 2 втулку 4 с внутренней полостью, а также фиксатор в виде сплошной шайбы 5 из пластичного металла (фиг. 1), в качестве которого использован свинец, предназначенной для защиты опытного образца 1 вблизи его торцов от разрушения в процессе его сжатия (фиг. 5). Внутренняя полость втулки 4 представляет собой выемку, которая содержит цилиндрическую выточку 6 диаметром, соответствующим диаметру сплошной шайбы 5, глубиной, не менее высоты сплошной шайбы 5, а также содержит следующий непосредственно за выточкой 6 конический участок 7, имеющий форму усеченного кругового конуса с диаметром основания конуса, соответствующим диаметру сплошной шайбы 5, который предназначен для обжатия опорной зоны опытного образца 1 однородным пластичным материалом шайбы 5 для обеспечения заделки торцевой поверхности опытного образца 1 в процессе его сжатия (фиг. 1). Для достижения этого высота конуса и угол его конусности определяются из условия, при котором объем выемки конического участка 7 за вычетом объема части опытного образца 1, находящегося в пределах конического участка 7, был бы менее объема материала сплошной шайбы 5. В торцевой стенке втулок 4 имеется центральное отверстие цилиндрической 8 или призматической 9 формы (фиг. 3, 4) для свободного прохода через него испытуемого опытного образца 1 соответствующего поперечного сечения (фиг. 1). Пара сборно-разборных узлов защиты связана между собой пружинными тягами 10 (фиг. 1).

В состав устройства могут быть введены пластинки из стальной фольги толщиной порядка 0,2 мм (на рисунке не показано), подклеиваемые к торцевым поверхностям опытных образцов 1 в процессе их испытаний на сжатие.

Устройство защиты от разрушения опорных эон опытных образцов из полимерных композиционных материалов при их статических испытаниях на сжатие осуществляется следующим образом.

В цилиндрический участок 6 выемки внутренней полости втулки 4 помещается фиксатор из сплошной свинцовой шайбы 5 для ее центровки относительно конического участка 7 и опытного образца 1, и втулка 4 вворачивается по резьбе в выемку 3 опорной обоймы 2 до момента касания торцевой поверхностью втулки 4 и сплошной шайбой 6 внутренней торцовой поверхности опорной обоймы 2. Затем опытный образец 1 вставляется через центральное отверстие 9 или 10 в торцевой стенке втулок 4, и сборно-разборные узлы защиты стягиваются друг к другу пружинными тягами 10 (фиг. 1). После чего к опытному образцу 1 прикладывается внешняя нагрузка сжатия, в результате которой его опорные поверхности передают давление на сплошные свинцовые шайбы 5, и за счет возрастающего давления материал свинцовых шайб 5 начинает вытесняться и заполнять объем конического участка 7. За счет этого происходит обжатие материала шайбы 5 в опорных зонах опытного образца 1 и обжатие опорной зоны опытного образца 1 однородным пластичным материалом шайбы 5, и осуществляется заделка торцевой поверхности опытного образца 1 в процессе его сжатия. В результате происходит надежная защита опорных зон опытных образцов 1 и предотвращается разрушение опорных зон цилиндрических или призматических опытных образцов из полимерных композиционных материалов в процессе их статических испытаний на сжатие, а также обеспечивается возможность многоразового использования предлагаемого устройства.

Предлагаемое сборно-разборное устройство обеспечивает возможность его многоразовой, длительной эксплуатации и проведения с его помощью массового контроля прочности опытных образцов из ПКМ на сжатие, позволяет повысить эффективность защиты от разрушения поверхности опорных зон цилиндрических или призматических опытных образцов из полимерных композиционных материалов в процессе их статических испытаний на сжатие, и обеспечить получение корректных значений предела прочности материала при сжатии, что его выгодно отличает от прототипа.

Изобретение относится к области испытательной техники, предназначено для использования в отраслях промышленности, применяющих высокопрочные полимерные композиционные материалы (ПКМ). Устройство содержит пару металлических наконечников, оснащенных фиксатором из пластичного металла для защиты опорной зоны опытного образца вблизи его торцов от разрушения в процессе сжатия. Пара металлических наконечников выполнена в виде пары сборно-разборных узлов защиты опорной зоны опытного образца от разрушения, каждый из которых состоит из опорной обоймы, имеющей выемку с внутренней резьбой, и из вводимой через резьбовое соединение в упомянутую обойму втулки с внутренней полостью, а фиксатор из пластичного материала выполнен в виде сплошной шайбы. Внутренняя полость втулки содержит цилиндрическую выемку под упомянутую сплошную шайбу из пластичного материала, глубиной, не менее высоты сплошной шайбы, и следующий непосредственно за ней конический участок в форме усеченного кругового конуса с диаметром основания конуса, соответствующим диаметру сплошной шайбы, предназначенный для обжатия опорной зоны опытного образца однородным пластичным материалом шайбы и обеспечения заделки торцевой поверхности опытного образца в процессе его сжатия. Высота конуса и угол конусности выбраны из условия, чтобы объем выемки конусной камеры за вычетом объема части опытного образца, находящегося в пределах конического участка, был менее объема материала сплошной шайбы. В торцевой стенке втулки имеется цилиндрическое или призматическое центральное отверстие для свободного прохода через него соответствующего испытуемого опытного образца. Технический результат: возможность многоразового использования устройства для проведения массовых испытаний опытных образцов при одновременном повышении эффективности защиты поверхности опорных зон цилиндрических или призматических опытных образцов из полимерных композиционных материалов в процессе их статических испытаний на сжатие для получения корректных значений предела прочности материала при сжатии. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство защиты от разрушения опорных зон опытных образцов из полимерных композиционных материалов при их статических испытаниях на сжатие, включающее пару металлических наконечников, оснащенных фиксатором из пластичного металла для защиты опорной зоны опытного образца вблизи его торцов от разрушения в процессе сжатия, отличающееся тем, что пара металлических наконечников выполнена в виде пары сборно-разборных узлов защиты опорной зоны опытного образца от разрушения, каждый из которых состоит из опорной обоймы, имеющей выемку с внутренней резьбой, и из вводимой через резьбовое соединение в упомянутую обойму втулки с внутренней полостью, а фиксатор из пластичного материала выполнен в виде сплошной шайбы, причем внутренняя полость втулки содержит цилиндрическую выемку под упомянутую сплошную шайбу из пластичного материала, глубиной, не менее высоты сплошной шайбы, и следующий непосредственно за ней конический участок в форме усеченного кругового конуса с диаметром основания конуса, соответствующим диаметру сплошной шайбы, предназначенный для обжатия опорной зоны опытного образца однородным пластичным материалом шайбы и обеспечения заделки торцевой поверхности опытного образца в процессе его сжатия, причем высота конуса и угол конусности выбраны из условия, чтобы объем выемки конусной камеры за вычетом объема части опытного образца, находящегося в пределах конического участка, был менее объема материала сплошной шайбы, при этом в торцевой стенке втулки имеется цилиндрическое или призматическое центральное отверстие для свободного прохода через него соответствующего испытуемого опытного образца.

2. Устройство защиты от разрушения опорных зон опытных образцов из полимерных композиционных материалов при их статических испытаниях на сжатие по п. 1, отличающееся тем, что в качестве пластичного металла фиксатора использован свинец.

3. Устройство защиты от разрушения опорных зон опытных образцов из полимерных композиционных материалов при их статических испытаниях на сжатие по п. 1, отличающееся тем, что в его состав введены пластинки из стальной фольги толщиной порядка 0,2 мм, подклеиваемые к торцевым поверхностям опытных образцов в процессе их испытаний на сжатие.

4. Устройство защиты от разрушения опорных зон опытных образцов из полимерных композиционных материалов при их статических испытаниях на сжатие по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что пара сборно-разборных узлов защиты связана между собой пружинными тягами.