УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ХРУПКИХ ОБРАЗЦОВ В ПРЕССЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ Российский патент 2021 года по МПК G01N3/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[001] Изобретение относится к области прочностных испытаний на растяжение изделий повышенной хрупкости, а именно к устройствам для закрепления хрупких, преимущественно керамических, образцов в механическом или гидравлическом прессе для проведения тестов на растяжение.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Механические лабораторные испытания керамических материалов для определения прочности на растяжение проводятся в соответствии со стандартами ASTM С1273-05 «Standard Test Method for Tensile Strength of Monolithic Advanced Ceramics at Ambient Temperatures» и ISO 15490:2008 «Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) - Test method for tensile strength of monolithic ceramics at room temperature». Стандартные образцы представляют собой плоские детали с расширением на концах, позволяющим фиксировать образцы в зажимах механического пресса. Целевой зоной образца, где в процессе испытаний создается равномерное поле напряжений, является центральный сегмент, имеющий постоянное сечение. Прочностной тест считается успешным, если разрушение образца в виде образования трещин происходит, не доходя до расширяющихся элементов образца – желательно ближе к центру целевой зоны.

[003] Керамические материалы, как правило, характеризуются высокой хрупкостью, что приводит к множественным проблемам в процессе проведения механических испытаний. Особенно хрупкими являются пористые керамические материалы. Например, создание любого рода неоднородностей, таких как канавки от зажимов экстензометра, приводит к разрушению образца в процессе тестирования именно в этом месте. Наличие микроскопических дефектов в материале, таких как микротрещины или неоднородности, приводит к быстрому развитию трещин и разрушению тестируемого образца. Этот процесс не сильно критичен в тестах на сжатие, но является критичным в тестах на растяжение и изгиб.

[004] Наибольшие проблемы возникают в тестах керамических образцов на растяжение. В силу особенностей производства керамических изделий, а именно высокотемпературной обработки заготовок, приводящей к микрокороблению и деформациям, керамические образцы, подготовленные к испытаниям на растяжение, часто имеют небольшой изгиб вдоль образца. Такой изгиб может составлять доли миллиметра, но оказывать критическое воздействие на хрупкий образец в процессе проведения теста на растяжение.

[005] В механическом прессе для закрепления образцов используются плоскопараллельные зажимы типа «тиски», которые активируются гидравлическим или механическим приводом. Плоскопараллельность обеспечивается во всей конструкции пресса, включая его основную раму, верхние и нижние тисковые зажимы, в которых зажимаются, соответственно, верхний и нижний концы образца. Так как тисковые зажимы пресса находятся в единой плоскости, а керамический образец имеет небольшой изгиб, то при зажиме концов образца в его объеме возникают изгибающие напряжения, пытающиеся распрямить образец. В силу хрупкости керамических материалов возникающие при их зажиме изгибающие напряжения часто превосходят критические значения прочности и приводят к разрушению образца еще на этапе его установки в зажимах пресса и до непосредственного тестирования дело не доходит.

[006] Если керамический образец все же удалось зажать в прессе без разрушения, в нем появляются наведенные напряжения за счет изгибающего воздействия зажимов и в процессе растягивания образца во время теста не удается реализовать растягивающие напряжения в полном объеме, поскольку образец ломается на существенно меньших значениях нагрузки, чем было бы при отсутствии изгибающих напряжений. Это дает большой разброс в значениях, полученных тестированием группы образцов.

[007] Таким образом, для проведения качественных тестов на растяжение целесообразно использовать специальные захваты для размещения керамических образцов в пресс-машинах, минимизирующие величину изгибающих напряжений, возникающих в образцах на этапе их закрепления в испытательной установке.

[008] В патенте CN103018101 [дата публикации 03.04.2013] раскрывается устройство для высокотемпературных испытаний на растяжение композитного материала с керамической матрицей, которое состоит из основной зажимной головки и вспомогательной зажимной головки, где один конец основной зажимной головки имеет цилиндрическую форму, а другой конец имеет клиновидную поверхность. Вспомогательная зажимная головка используется для зажима образца при испытаниях, цилиндрический конец главной зажимной головки соединен с испытательной машиной, а конец клиновидной поверхности основной зажимной головки соединен с вспомогательной зажимной головкой.

[009] Данное устройство позволяет устранять изгибающие напряжения, возникающие в образце в ходе проведения испытаний, лишь в одной плоскости.

[010] В патенте CN104330304 [дата публикации 04.02.2015] раскрывается зажимной механизм для механических испытаний на растяжение образцов из хрупких материалов при высоких, стандартных и низких значениях температуры, включающий в себя верхний клинообразный зажим, который подвешен на верхнем цилиндрическом штифте верхнего цилиндра испытательной машины, и нижний клинообразный зажим, который соединен с нижним цилиндром испытательной машины.

[011] Известное устройство имеет достаточно сложную конструкцию с множеством подвижных соединительных элементов, что повышает сложность его изготовления и повышает риск поломок при проведении испытаний.

[012] Кроме того, известное устройство позволяет устранять изгибающие напряжения в образце в ходе проведения испытаний лишь в направлении вращения цилиндрических соединительных элементов. Компенсация изгиба относительно вертикальной оси невозможна. Таким образом, устройство обеспечивает устранение изгибающих напряжений лишь в одной плоскости и дополнительно обеспечивает устранение скручивающих напряжений при условии свободного вращения всех подвижных компонентов на любых значениях нагрузки.

[013] В патенте CN104330314 [дата публикации 04.02.2015] раскрывается зажимной механизм устройства для высокотемпературных механических испытаний на растяжение образцов из сверхвысокотемпературных керамик, которое включает в себя верхний клиновой зажим, соединенный с верхним тяговым цилиндром пресса, и нижний клинообразный зажим для зажима нижнего конца испытуемого образца. Нижний зажим соединен со стержнем нижней сферической опоры, при этом нижний клиновидный зажим окружен втулкой с усиливающим кольцом, которая затянута на боковой стенке нижнего клинового зажима с помощью установочного винта.

[014] Данное устройство имеет достаточно сложную конструкцию с множеством подвижных соединительных элементов, что повышает сложность его изготовления и повышает риск поломок при проведении испытаний. Кроме того, верхний и нижний захваты устройства имеют принципиальные конструктивные отличия друг от друга, что повышает сложность их изготовления и юстировки.

[015] Кроме того, известное устройство предназначено для тестирования цилиндрических образцов. Однако такие образцы существенно сложнее изготавливать с использованием аддитивных технологий, по сравнению с плоскими образцами, что сужает область применения данного устройства для тестирования керамических образцов, изготовленных с использованием аддитивных технологий.

[016] В патенте CN106706420 [дата публикации 24.05.2017] раскрывается зажим для испытания прочности материала на растяжение, содержащий тяговый стержень, верхний и нижний зажимной патрон с выемками для размещения хвостовых частей исследуемого образца и прижимные пластины, закрывающие хвостовые части исследуемого образца с двух сторон при его установке в зажимные патроны. Прижимные пластины устанавливаются в зажимных патронах через резиновые прокладки и фиксируются при помощи болтовых соединений.

[017] Данное устройство предполагает использование дополнительных прижимных пластин, которые закрывают отверстия зажимных патронов, в которых вставлены хвостовые части керамического образца. Такая конструкция захватов целесообразна при проведении усталостных испытаний для предотвращения выпадения образца при циклически изменяющейся нагрузке. В то же время такая конструкция захватов не подходит для статического тестирования образцов при высоких (от 200°C) и низких (ниже 0°C) температурах, когда образцы необходимо заменять без извлечения оснастки из температурной камеры пресса, а замену образцов проводить максимально быстро, чтобы не сбивать режим термостабилизации температурной камеры и размещенных в ней приборов и образцов.

[018] Помимо прочего, приведенные выше известные устройства имеют следующее общие недостатки:

[019] устройства не могут быть установлены в стандартный плоский захват тискового типа, используемый в большинстве механических прессов, и требуют использования специального цилиндрического соединения/переходника;

[020] устройства не имеют механизмов для центрирования верхнего и нижнего захвата относительно друг друга перед установкой в них керамического образца, за исключением устройств с цилиндрическим закреплением, где центрирование оснастки обеспечивается самой конструкцией пресса;

[021] устройства не позволяют настраивать область захвата под различные типы образцов и не позволяют заменять изношенные металлические поверхности оснастки, испытывающие механический контакт с твердыми керамическими материалами, по мере их износа, что потребует замены всего устройства в целом.

[022] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявленному изобретению является устройство для усталостных механических испытаний на растяжение образцов из сверхвысокотемпературных керамик, известное из патента CN109738280 [дата публикации 05.10.2019].

[023] Известное устройство включает в себя идентичные верхний и нижний зажим с отверстиями для закрепления концов испытательного образца. В основные зажимы установлен дополнительный зажим, соединенный с основным зажимом при помощи винта. Концы испытательного образца зафиксированы в зажимах с двух сторон при помощи прижимных пластин, снабженных дополнительными прижимными элементами, обеспечивающими плотную фиксацию концов испытательного образца в зажимах. Прижимные пластины соединены между собой при помощи болтовых соединений.

[024] Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не имеет механизмов для центрирования верхнего и нижнего захватов в зажимах механического пресса, а также не допускает компенсации изгиба в плоскости тисков пресса, поэтому устраняет изгибающие напряжения, возникающие в образце, лишь в одной плоскости.

[025] Также данное устройство предлагает использование прижимных пластин, которые закрывают отверстия захватов, куда установлены хвостовые части керамического образца. Такая конструкция захватов целесообразна при проведении усталостных испытаний для предотвращения выпадения образца при циклически изменяющейся нагрузке. В то же время данная конструкция захватов не подходит для статического тестирования образцов при высоких (от 200°C) и низких (ниже 0°C) температурах, когда образцы необходимо заменять без извлечения оснастки из температурной камеры пресса, а замену образцов проводить максимально быстро, чтобы не сбивать режим термостабилизации температурной камеры и размещенных в ней приборов и образцов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[026] Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, состоит в создании универсального устройства для закрепления хрупких, предпочтительно керамических, образцов плоской формы, изготовленных аддитивным методом, которое устанавливается в обычный механический или гидравлический пресс, работающий в режиме растяжения и имеющий стандартные тисковые зажимы.

[027] Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении качества тестирования хрупких керамических образцов и получаемых данных при проведении прочностных испытаний на растяжение за счет снижения ниже критических значений изгибающих напряжений в образце в двух наиболее важных перпендикулярных плоскостях и учета кривизны образца во время закрепления его в тисковых зажимах пресса.

[028] Заявляемый технический результат достигается за счет того, что устройство для закрепления хрупких образцов в прессе для проведения прочностных испытаний на растяжение включает в себя верхний и нижний захват, содержащие концевую часть со сквозным отверстием для размещения хвостовых частей керамических образцов и соединительную часть для размещения в тисковых зажимах пресса; захваты снабжены зажимным цилиндром, установленным в соединительной части и воспринимающим нажимное усилие тисковых зажимов пресса, причем высота зажимного цилиндра превышает толщину захватов на величину, обеспечивающую возможность вращения захватов вокруг цилиндра при его зажатии в прессе; концевые части захватов снабжены съемными металлическими вставками, установленными в сквозные отверстия для размещения хвостовых концов керамического образца, при этом нижний и верхний захват выполнены с возможностью центрирования относительно друг друга при установке в тисковые зажимы пресса.

[029] Обеспечение возможности подвижности (вращения/наклона) захватов в плоскости тисковых зажимов в ходе проведения испытаний, в совокупности с возможностью частичного смещения хвостовой части ненагруженного образца в концевой части захватов за счет проскальзывания образца относительно захвата на этапе закрепления тестируемого образца, позволяет минимизировать изгибающие напряжения в тестируемых образцах в двух наиболее критических направлениях. Этот эффект имеет место на этапе закрепления образца в захватах и на начальном этапе нагружения, когда хвостовая часть образца может смещаться в захвате на небольшую величину под действием приложенной нагрузки, пытающейся выставить образец максимально вертикально. На поздних стадиях нагружения, при больших значениях нагрузки, образец притянут к поверхности захвата приложенной нагрузкой и не может проскальзывать в захвате.

[030] Наличие механизма центрирования верхнего и нижнего захватов относительно друг друга обеспечивает передачу растягивающего усилия на тестируемые образцы строго в вертикальном направлении и снижает сдвиговые напряжения ниже критических значений, при неподвижном закреплении захватов в тисках пресса, или искажения значений нагрузки, получаемые на датчиках пресса при проведении испытаний, при подвижном закреплении захватов в тисковых зажимах пресса, что, без центрирования, может приводить к диагональному закреплению образца.

[031] Наличие съемных вставок позволяет тестировать керамические образцы с различными хвостовыми частями, в соответствии со стандартами ASTM и ISO, а также заменять съемные вставки на новые в процессе износа, тем самым обеспечивая отсутствие концентраторов напряжений, в виде царапин и вмятин от контакта с твердой керамикой на контактной поверхности захватов, и равномерность передаваемых механических нагрузок от захватов к образцу.

[032] Конструкция заявляемого устройства позволяет устанавливать его в обычный пресс, работающий в режиме растяжения и имеющий стандартные тисковые зажимы, что обеспечивает универсальность устройства и его применимость на большой части механического испытательного оборудования без дополнительных доработок или использования каких-либо дополнительных переходников.

[033] Кроме того, в частном случае реализации изобретения, захваты снабжены противоповоротным упором.

[034] Кроме того, в частном случае реализации изобретения, верхний и нижний захваты, прижимной цилиндр и съемные вставки выполнены из нержавеющей стали.

[035] Кроме того, в частном случае реализации изобретения, съемные вставки выполнены различной формы и размеров для обеспечения возможности размещения керамических образцов с различными хвостовыми частями.

[036] Кроме того, в частном случае реализации изобретения, металлический цилиндр выполнен съемным для обеспечения возможности установки цилиндров с различной высотой для компенсации особенностей геометрии внутренней поверхности тисков зажимов пресса.

[037] Кроме того, в частном случае реализации изобретения, в концевых частях верхнего и нижнего захвата выполнены прорези для установки центрирующих скоб.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[038] Заявляемое изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг. 1 – общий вид устройства в сборе;

фиг. 2 – общий вид нижнего/верхнего захвата;

фиг. 3 – общий вид устройства, зажатого в верхний тисковый зажим пресса, в процессе центрирования устройства;

фиг. 4 – общий вид отцентрированного устройства, зажатого в верхний и нижний тисковый зажим;

фиг. 5 – общий вид устройства с установленным керамическим образцом, подготовленного к выполнению механических испытаний на растяжение;

фиг. 6 – общий вид устройства с установленным керамическим образцом, подготовленного к выполнению механических испытаний на растяжение (вид скобку);

фиг. 7 – общий вид нижнего тискового зажима пресса с установленным нижним захватом в вертикальном положении;

фиг. 8 – общий вид нижнего тискового зажима пресса с установленным нижним захватом в наклонном положении, ограниченном противоповоротным упором.

[039] Позиции на чертежах имеют следующие обозначения:

1 – нижний захват;

1.1 – концевая часть захвата;

1.2 – сквозное отверстие для хвостовых частей образцов;

1.3 – соединительная часть захвата;

1.4 – прорези для установки центрирующих скоб;

2 – верхний захват;

3 – зажимной цилиндр;

4 – центрирующие скобы;

5 – съемные вставки;

6 – противоповоротный упор;

7 – верхний тисковый зажим пресса;

8 – нижний тисковый зажим пресса;

9 – керамический образец.

[040] Устройство для закрепления хрупких, преимущественно керамических, плоских образцов, полученных аддитивным методом, в прессе (механическом или гидравлическом) для проведения тестов на растяжение (фиг. 1) состоит из двух идентичных захватов – нижнего 1 и верхнего 2. Каждый из захватов 1 и 2 представляет собой плоскую деталь, состоящую из концевой части 1.1, в которой выполнено сквозное отверстие 1.2 с установленными съемными вставками 5 для размещения хвостовых частей керамического образца 9 (фиг. 5), и соединительной части 1.3, размещаемой, при помощи зажимного цилиндра 3, в тисковых зажимах 7 и 8 пресса при установке захватов 1 и 2 (фиг. 3, 4, 5).

[041] В соединительной части 1.3 выполнено сквозное отверстие, в котором с минимальным зазором с внутренней поверхностью, исключающим люфт в системе, установлен зажимной цилиндр 3, по высоте превышающий толщину захватов 1 и 2 на величину 2L, достаточную для обеспечения свободного проскальзывания/вращения захватов 1 и 2 вокруг цилиндра 3 при их установке в тисковых зажимах 7 и 8 пресса, в том числе и под нагрузкой. Зажимной цилиндр 3 выполнен съемным, что обеспечивает возможность установки зажимных цилиндров 3 различной высоты для компенсации особенностей геометрии внутренней поверхности тисковых зажимов 7 и 8 пресса, например, при наличии насечек на поверхности тисковых зажимов 7 и 8. Зажимной цилиндр 3 воспринимает нажимное усилие от тисковых зажимов 7 и 8 пресса и передает его захватам 1 и 2, при этом обеспечивая захватам 1 и 2 возможность свободного вращения/наклона в плоскости закрепления в тисковых зажимах 7 и 8 пресса.

[042] Наличие сквозного отверстия 1.2 и съемных вставок 5 в захватах 1 и 2 для хвостовой части керамических образцов позволяет без труда устанавливать в пресс образцы перед механическим испытанием и вынимать фрагменты разрушенных образцов после механических испытаний, в том числе при повышенных и пониженных температурах.

[043] Наличие соединительной части 1.3 позволяет закреплять керамические образцы 9 в тисковых зажимах пресса, избегая зажима концов образца, что минимизирует механические воздействия на образец в процессе подготовки к тесту. Также наличие соединительной части 1.3 позволяет устранять проскальзывание образцов в захватах в момент нагружения за счет специальной геометрии сквозного отверстия 1.2 и более сильного зажатия заявленного устройства в тисковых зажимах пресса без последствий для тестируемых образцов.

[044] Таким образом, заявленное устройство позволяет существенно снизить изгибающие напряжения в керамических образцах 9 в двух критических плоскостях: в плоскости керамического образца 9 и в вертикально ориентированной ортогональной ей плоскости, и повысить тем самым качество проведения тестирования образцов.

[045] Нижний 1 и верхний 2 захват перед установкой в пресс скрепляют между собой в единую сборную конструкцию специальными центрирующими скобами 4, установленными в прорези 1.4, что позволяет с высокой точностью предварительно центрировать захваты относительно друг друга перед установкой тестируемого керамического образца 9, что гарантирует передачу растягивающего усилия на тестируемый керамический образец 9 только в вертикальном направлении и снижает ниже критических значений сдвиговые напряжения, при неподвижном закреплении захватов в тисках пресса, или искажения значений нагрузки, получаемых на датчиках пресса (на чертежах не показаны) при проведении испытаний.

[046] В сквозные отверстия 1.1 установлены внутренние съемные металлические вставки 5, размер и форма которых соответствуют размеру и форме хвостовых частей керамических образцов 9. Съемные вставки 5 обеспечивают плотное прилегание хвостовой части керамического образца 9 к стенкам отверстия 1.1. При необходимости вставки 5 могут заменяться, что обеспечивает возможность тестирования керамических образцов 9 с разными хвостовыми частями. Кроме того, своевременная замена изношенных, в процессе многократных испытаний, металлических вставок 5, контактирующих с более твердым, по сравнению с металлом, керамическим образцом 9, для обеспечения наилучшего прилегания тестируемого образца 9 к поверхности (вставки) 5 захвата 1 и 2 исключает образование концентраторов напряжений в виде царапин и вмятин на изношенной поверхности вставки 5 и обеспечивает равномерность передаваемых механических нагрузок от захватов к образцу, что повышает качество тестирования образцов.

[047] Также нижний 1 и верхний 2 захваты снабжены противоповоротным упором 6, препятствующим проворачиванию и западанию нижнего захвата 1 внутрь нижнего тискового зажима 8 пресса ниже заданной упором 6 величины. В предпочтительном варианте реализации изобретения противоповоротный упор 6 может быть выполнен, например, в виде шпильки. Поскольку захваты 1 и 2 являются идентичными взаимозаменяемыми деталями и изготавливаются по однотипной производственной технологии, то противоповоротные упоры 6 целесообразно установить в обоих захватах.

[048] Захваты 1, 2, зажимной цилиндр 3 и съемные ставки 5 могут быть изготовлены из нержавеющей инструментальной стали с высокими значениями твердости материала, например стали марки SS316L.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

[049] Механические испытания керамических образцов 9 в механическом прессе на растяжение с использованием заявляемого устройства состоят из двух стадий: стадия (1) – установка в пресс захватов 1 и 2, их центрирование и установка керамического образца 9; стадия (2) – выполнение теста на растяжение, который проводится по известным методикам, например, в соответствии с ASTM С1273-05.

[050] Установка в механический пресс захватов 1 и 2 осуществляется в следующем порядке:

[051] нижний 1 и верхний 2 захваты скрепляются между собой в единую сборную конструкцию центрирующими скобами 4 (фиг. 1), что позволяет с высокой точностью центрировать оба захвата относительно друг друга (фиг. 4);

[052] единая сборная конструкция захватов 1 и 2 устанавливается в верхний тисковый зажим 7 пресса так, чтобы зажимной цилиндр 3 верхнего захвата 2 полностью попал внутрь тискового зажима 7 пресса, после чего верхний зажим 7 пресса зажимается, при этом зажимной цилиндр 3 верхнего захвата 1, воспринимая нажимное усилие зажима 7 пресса, обеспечивает свободное вращение сборной конструкции захватов 1 и 2 относительно поперечной оси тисковых зажимов 7 и 8 пресса. При зажатом верхнем захвате 2 сборная конструкция захватов 1 и 2 вывешивается вертикально под собственным весом (фиг. 3);

[053] нижний тисковый зажим 8 пресса раскрывается, и вывешенная сборная конструкция захватов 1 и 2 опускается приводом пресса (на чертежах не показан) вместе с верхним тисковым зажимом 7 вертикально вниз, до такого положения, когда зажимной цилиндр 3 нижнего захвата 1 полностью войдет в область зажатия нижнего тискового зажима 8 пресса.

[054] После чего нижний тисковый зажим 8 пресса зажимает зажимной цилиндр 3 нижнего захвата 2, закрепленного в сборке, при этом сохраняется центрирование верхнего 2 и нижнего 1 захватов относительно друг друга за счет центрирующих скоб 4.

[055] Далее центрирующие скобы 4 вынимаются, и сборка разделяется на верхний 2 захват, закрепленный в верхнем тисковом зажиме 7 пресса, и нижний 1 захват, закрепленный в нижнем тисковом зажиме 8 пресса, при этом захваты 1 и 2 остаются отцентрированными относительного друг друга.

[056] Установленный на нижнем захвате 1 противоповоротный упор 6 препятствует проворачиванию и западанию захвата 1 внутрь нижнего тискового зажима 8 пресса (фиг. 6, фиг. 7).

[057] Описанная стадия обеспечивает закрепление верхнего 2 и нижнего 1 захватов в тисковых зажимах 7 и 8 пресса с одновременным центрированием захватов 1 и 2 для снижения ниже критических значений изгибающих и сдвиговых напряжений в керамическом образце 9 во время проведения механических испытаний.

[058] Затем в сквозные отверстия 1.1 устанавливают внутренние съемные вставки 5 заданного размера, обеспечивающие плотное прилегание хвостовой части керамического образца 9 к поверхности захватов 1 и 2.

[059] Керамический образец 9 устанавливается хвостовыми частями внутрь съемных вставок 5 верхнего 1 и нижнего 2 захватов (фиг. 5). При необходимости существующие в системе зазоры могут быть прецизионно выбраны при помощи привода пресса [на чертежах не показано].

[060] Керамический образец 9 в случае наличия у него кривизны – в плоскости образца или перпендикулярно ей – на этапе начального нагружения принимает положение в захватах 1 и 2, позволяющее снизить изгибающие и сдвиговые нагрузки за счет того, что хвостовые части образца 9 имеют возможность проскальзывать относительно изначальной позиции, в которую установлен образец – этот процесс снижает сдвиговые нагрузки в плоскости, перпендикулярной к плоскости образца, а также за счет того, что свободное вращение захватов 1 и 2 относительно зажимных цилиндров 3 снижает изгибающие нагрузки в плоскости образца, а свободное, без зажатия, размещение керамического образца 9 в хвостовых частях захватов 1 и 2 устраняет изгибающие нагрузки в плоскости, перпендикулярной к плоскости керамического образца 9.

[061] Пресс с установленным керамическим образцом 9 готов к выполнению механических испытаний на растяжение.

[062] Механические испытания на растяжение выполняются по стандартным методикам, например, в соответствии с ASTM, ISO. Применение заявляемого устройства для закрепления керамических образцов 9 не накладывает каких-либо ограничений на ход испытаний.

Изобретение относится к области прочностных испытаний на растяжение изделий повышенной хрупкости, а именно к устройствам для закрепления хрупких керамических образцов в механическом или гидравлическом прессе для проведения тестов на растяжение. Устройство содержит верхний и нижний захват, содержащие концевую часть со сквозным отверстием для размещения хвостовых частей керамических образцов и соединительную часть для размещения в тисковых зажимах пресса. Захваты снабжены зажимным цилиндром, установленным в соединительной части и воспринимающим нажимное усилие тисковых зажимах пресса, причем высота зажимного цилиндра превышает толщину захватов на величину, обеспечивающую возможность вращения захватов вокруг цилиндра при его зажатии в прессе, концевые части захватов снабжены съемными металлическими вставками, установленными в сквозные отверстия для размещения хвостовых концов керамического образца. Нижний и верхний захват выполнены с возможностью центрирования относительно друг друга при установке в тисковые зажимы пресса. Технический результат: повышение качества тестирования хрупких керамических образцов при проведении прочностных испытаний на растяжение. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для закрепления хрупких образцов в прессе для проведения прочностных испытаний на растяжение, включающее верхний и нижний захват, содержащие концевую часть со сквозным отверстием для размещения хвостовых частей керамических образцов и соединительную часть для размещения в тисковых зажимах пресса, отличающееся тем, что захваты снабжены зажимным цилиндром, установленным в соединительной части и воспринимающим нажимное усилие тисковых зажимах пресса, причем высота зажимного цилиндра превышает толщину захватов на величину, обеспечивающую возможность вращения захватов вокруг цилиндра при его зажатии в прессе, концевые части захватов снабжены съемными металлическими вставками, установленными в сквозные отверстия для размещения хвостовых концов керамического образца, при этом нижний и верхний захват выполнены с возможностью центрирования относительно друг друга при установке в тисковые зажимы пресса.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижний захват снабжен противоповоротным упором.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхний и нижний захваты, прижимной цилиндр и съемные вставки выполнены из нержавеющей стали.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что съемные вставки выполнены различной формы и размеров для размещения керамических образцов с различными хвостовыми частями.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что металлический цилиндр выполнен съемным для обеспечения возможности установки цилиндров с различной высотой для компенсации особенностей геометрии внутренней поверхности тисков пресса.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в концевых частях верхнего и нижнего захвата выполнены прорези для установки центрирующих скоб.