Установка для испытания образцов на циклическую усталость с возможностью регистрации сигналов акустической эмиссии Российский патент 2021 года по МПК G01N3/36 

Устройство относится к области испытательной техники и может быть использовано для проведения механических испытаний, в частности испытаний на циклическую прочность образцов прямоугольного сечения, с целью прогнозирования долговечности и усталостного разрушения.

Известна установка для усталостных испытаний образцов материалов [Бусько В.Н., Венгринович В.Л., Довгялло А.Г. Устройство для испытания плоских образцов на усталость, №BY5248 от 30.04.2009; Бусько В.Н. Лабораторная установка для исследования усталостной повреждаемости плоских ферромагнитных образцов // Приборы и техника эксперимента, 2011, - №1. - с. 165-167].

Основным недостатком прототипа является наличие прерывистого механического контакта с подвижным захватом, что приводит к механическим ударам подвижного захвата об образец, создавая тем самым повреждения поверхности контакта и излишние механические шумы, препятствующие использованию установки в испытаниях с одновременной регистрацией АЭ.

В изобретении решается задача расширения функциональных возможностей установки подобного типа для испытания плоских образцов на циклическую усталость с возможным ее использованием в условиях одновременной регистрации АЭ, а также повышения чистоты эксперимента.

Техническим результатом изобретения является повышение точности эксперимента и достоверности испытаний плоских образцов материалов, снижение уровня шумов, расширение функциональных возможностей устройства, сохранность поверхности образца в месте контакта с подвижным захватом установки.

Это достигается за счет оригинальной конструкции захвата образца и регулировки амплитуды колебаний, которая достигается путем изменения положения ролика кривошипа кривошипно-шатунного механизма, расположенного на валу электродвигателя. Такая схема устройства, основанная на совмещении вращательного движения и одновременного возвратно-поступательного движения незащемленной части плоского образца, позволяет создавать изгибные напряжения в плоских образцах. Эффект демпфирования и плавности нагружения достигается путем введения в установку элемента активного захвата, состоящего из элемента скольжения, осуществляющего возвратно-поступательные движения в направляющем цилиндре, установленном на оси вращения, движущегося в направляющем цилиндре, свободно вращающемся на оси элемента активного захвата, закрепленного на штоке. Установка позволяет осуществлять одновременную регистрацию сигналов акустической эмиссии (АЭ), что достигается размещением на неподвижной части образца преобразователя АЭ.

На фигуре 1 представлена конструкция усталостной установки, состоящая из силовой рамы 1, кривошипа 2, шатуна 3, штока 4, элемента пассивного захвата 5, демпфирующих прокладок 6, испытуемого образца 7, болтов крепления пассивного захвата 8, текстолитовых пластин 9, болтов крепления активного захвата 10, элемента активного зажима 11, направляющего цилиндра 12, устройства управления установкой 13, электродвигателя 14, преобразователя светового пучка 15, светодиода 16, фотодиода 17, счетчика числа оборотов 18.

На фигуре 2 представлен элемент активного зажима 11, состоящий из корпуса 19, впрессованных подшипников качения 20, направляющего цилиндра 21, впрессованной втулки 22, подвижного стержня 23.

Принцип работы устройства состоит в следующем. На силовой раме 1 жестко закреплен электродвигатель 14, на валу которого расположен кривошипно-шатунный механизм, который состоит из кривошипа 2 и шатуна 3. Вал электродвигателя приводится в движение устройством управления установкой 13. Вал передает вращательный момент кривошипно-шатунному механизму с закрепленным на нем штоком 4, который осуществляет возвратно-поступательное движение в направляющем цилиндре 12. На валу электродвигателя установлен преобразователь светового пучка 15 со светодиодом 16 и фотодиодом 17, являющимся элементом счетчика числа оборотов 18. Изменение амплитуды колебаний достигается за счет эксцентрического смещения положения ролика кривошипа 2. В элементе пассивного зажима неподвижной части образца 5 между металлическими пластинами проложены демпфирующие прокладки 6. Испытуемый образец 7 закрепляется на пассивном захвате с помощью болтов крепления 8. С целью остановки испытания после разрушения образца, установка снабжена электронным устройством прерывания испытания, входящего в состав устройства управления 13. Устройство прерывания, приводящее к остановке двигателя испытательной установки, работает на принципе прерывания электрической цепи после разрушения образца, являющегося элементом электрической цепи.

Образец также закрепляется с помощью болтов крепления активного захвата 10. Для этого между пластинами элемента активного захвата 11 подвижной части образца проложены пластины 9 из демпфирующего материала. С целью обеспечения низкого уровня шумов при проведении испытаний одновременно с регистрацией акустической эмиссии в устройстве предусмотрены элементы демпфирования и плавного нагружения образца. Для этого на штоке 4 установлен элемент активного захвата 11, изображенный на фиг. 2 следующей конструкции. В корпус 19 впрессованы подшипники качения 20 для установки в них направляющего цилиндра 21. В цилиндр 21 впрессована втулка 22, которая является направляющей для подвижного стержня 23. Стержень 23 обеспечивает скользящее перемещение активного захвата 11 относительно штока 4, возникающее в результате радиального искривления траектории движения образца в процессе изгиба.

Установка позволяет производить испытание плоских образцов на изгиб при плавном нагружении. На массивной станине одним концом жестко закрепляется образец. Свободный конец образца подвергается знакопеременному изгибу. Нагружение образца производится кривошипно-шатунным механизмом, приводимым в действие электродвигателем.

Механизм создания изгибных колебаний, включающий кривошипно-шатунный механизм и элемент активного захвата в составе кривошипно-шатунного механизма, расположен непосредственно на валу двигателя. Существует возможность регулирования амплитуды колебаний за счет изменения положения ролика кривошипа.

Применяемая схема механического воздействия позволяет осуществлять синусоидальное нагружение образца. Максимальная амплитуда колебаний составляет 20 мм. Применение двигателя постоянного тока позволяет изменять частоту колебаний до 30 Гц. Образец закреплен на установке через звукоизолирующие прокладки, что препятствует прохождению механических шумов установки на образец. Это позволяет осуществлять одновременную регистрацию акустической эмиссии, что достигается размещением на неподвижной части образца преобразователя акустической эмиссии.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для проведения механических испытаний, в частности испытаний на циклическую прочность плоских образцов, с целью определения предела усталости и долговечности образцов исследуемых материалов. Устройство содержит силовую раму, узел закрепления образца, силовозбудитель, механический счетчик числа оборотов, электродвигатель. Электродвигатель может работать как при переменном, так и при постоянном токе. Силовозбудитель включает в себя кривошипно-шатунный механизм и элемент активного захвата, состоящий из элемента скольжения, выполненного с возможностью возвратно-поступательного движения в направляющем цилиндре, установленном на оси вращения, движущегося в направляющем цилиндре, свободно вращающемся на оси элемента активного захвата, закрепленного на штоке. Устройство прерывания, приводящее к остановке двигателя испытательной установки, работает на принципе прерывания электрической цепи после разрушения образца, являющегося элементом электрической цепи, а узел закрепления образца включает в себя пластины из демпфирующего материала. Технический результат: повышение точности эксперимента и достоверности испытаний плоских образцов материалов, снижение уровня шумов, расширение функциональных возможностей устройства, сохранность поверхности образца в месте контакта с подвижным захватом установки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для испытания плоских образцов на циклическую усталость с возможностью регистрации сигналов акустической эмиссии, включающее силовую раму, узел закрепления образца, силовозбудитель, механический счетчик числа оборотов, электродвигатель, отличающееся тем, что электродвигатель может работать как при переменном, так и при постоянном токе, силовозбудитель включает в себя кривошипно-шатунный механизм и элемент активного захвата, состоящий из элемента скольжения, выполненного с возможностью возвратно-поступательного движения в направляющем цилиндре, установленном на оси вращения, движущегося в направляющем цилиндре, свободно вращающемся на оси элемента активного захвата, закрепленного на штоке, при этом устройство прерывания, приводящее к остановке двигателя испытательной установки, работает на принципе прерывания электрической цепи после разрушения образца, являющегося элементом электрической цепи, а узел закрепления образца включает в себя пластины из демпфирующего материала.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на неподвижной части образца размещен преобразователь акустической эмиссии.