Стенд для сравнительных усталостных испытаний образцов материалов и элементов конструкций Советский патент 1983 года по МПК G01N3/36 

11 Изобретение относится к определению прочностных свойств материалов, в частности к устройствам для сравнительных усталостных испытаний образцов материалов и элементов конструкций. Известен стенд сравнительных усталостных испытаний образцов материалов, содержащий основание, приспособление для соединения исп туемых образцов в две параллельные силовые цепочки и соединенный с ними силовозбудитепь 1. Недостаток устройства заключается в том, что оно не обеспечивает достаточной точности нагружения из-за неравномерностей нагружения, возникающих при разрушении одного или нескольких образцов. Кроме этого, при разрушении одного или нескольких бразцов возможны перегрузки других образцов, которые могут привести к большому разбросу в определении усталостных характеристик. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является стенд для сравнительных усталостных испытаний образцов материалов и элементов конструкций, содержащий основание, сило возбудитель в виде гидропульсационного домкрата, симметрично установленные относительно последнего захваты для крепления испытуемых образцов и устройство для передачи нагрузки на образцы и замыкания силовой цепи при разрушении одного, из образцов. Последнее в этом стенде включает плиту с установленными в ней ограничительными тягами, снабженными прокладками, зазоры в которых, настраиваются так, что при разрушении одного из образцов стенд отключается 2. Недостатком стенда является то, что в нем весьма затруднительным является обеспечение идентичных условий установки и нагружения образцов, так как при разрущении одного из них возможна перегрузка другого. Это, как известно, может повлиять на установ .ление ресурса испытываемой детали, который может оказаться ниже или выше ожидаемого. Например, может возникать упрочнение материала в зонах конструкции напряжений при ударной нагрузке, что приведет к многократному увеличению ресурса детали. Перегрузки вследствие разрушения одного из образцов могут также привести к преждевременному разрушению оставшегося целым образца, кото рый, например, имеет незнаттельные модификации или какие-либо другие технологические методы обработки, влияющие на ресурс. Другими словами, такой стенд не обеспечивает достаточной точности и качества эксперимента, будет давать большой разброс результатов испытаний. К существенным недостаткам следует отнесги и снижение точности нагружения 1 0 при появлении в одном из образцов трещин, которые способствуют увеличению деформаций или прогибов образца, тогда как в дру;гом образце эти прогибы будут другими. Нагружение этих образцов в этом случае будет неправильным из-за иарущения симметрии силовой схемы нагружения образцов, что также приводит к получению большогоразброса данных испытаний. Предотвращение ударных нагрузок при испытании нескольких образцов одновременно с помощью установки сигнализаторов разрушений не всегда будет давать положительный эффект, потому что, как правило, критическая длина трещины, при которой происходит разрушение, и соответствующее ей число циклов, неизвестны, и момент разрушения предварительно установить невозможно. После достижения трещиной критической длины произойдет разрушение одного из образцов, и в системе нагружения возникнет удар, вносящий изменение в структуру материала, характер излома и т. д., которые влияют на усталостную nJK 4HOCTb. Целью изобретения является повышен11е точности испытаний за счет предотвращения перераспределения нагрузки при появлении трещины и разрущении одного из одновременно испытуемых образцов. Указанная цель достигается тем, что в стенде для сравнительных усталостных испытаний образцов материалов и элементов конструкций, содержащем основание, силовозбудитель в виде гидропульсационного домкрата, симметрично установленные относительно последнего захваты для крепления испытуемых образцов и устройство для передачи нагрузки на образцы и замыкания силовой цепи при разрушении одного из образцов, цилиндр гидропульсационного домкрата установлен с возможностью осевого перемещения, а устройство для передачи нагрузки на образцы и замыкания силовой цепи при разрушении одного из образцов включает два обращенных друг к другу вершинами клина, через один из которых захват одного из образцов соединен с цилиндром гидропульсационного домкрата, а через другой соответствующий захват другого образца - с поршнем домкрата, два параллельно установленных на станине подпружиненных друг другу равноплечих рычага, между которыми параллельно им установлены домкрат и клинья, и установленные на рычагах ролики, взаимодействующие с наклонными поверхностями клиньев. На фиг. 1 показана принципиальная схема стенда; на фиг. 2 - конструктивная схема стеида; на фиг. 3 - схема, иллюстрирующая взаимодействие клина и роликов рь1чагов; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 5 - вид Б

на фиг. 2; на фиг. 6 - блок-схема автоматического управления стендом.

Стенд содержит основание 1, на котором консольно установлены испытуемые образцы 2 и 3 (на чертежах изображены образцы кронштейнов закрылка самолета), свободные концы которых закреплены в захватах 4 и 5, стойку 6, силовозбудитель в виде гидропульсационного домкрата, включающий имеющие возможность осевого перемещения порщень 7 и цилиндр 8, устройство для передачи нагрузки на образцы 2 и 3 и замыкания силовой цепи при разрущении образцов. Последнее устройство включает два обращенных друг к другу клина 9 и 10, из которых клин 9 через динамометр 11 соединяет захват 4 с порпшем 7 гидропульсационного домкрата, а клин 10, связанный через шарнирную подвеску 12 с цилиндром 8, соединяет через динамометр 13 . захват 5 с цилиндром 8; два параллельно установленных на основании 1 посредством стойки 6 равноплечих рычага 14 и 15, подпружиненных друг к другу, между которыми параллельно им установлены гидропульсационный домкрат и клинья 9 и 10; установленные на рычагах ролики 16 и 17, взаимодействующие с с наклонными поверхностями клиньев 9 и 10 соответственно. Каждый из захватов 4 и 5 имеет продольный паз 18, в котором установлен палец 19. Соединение захватов 4 и 5 с динамометрами 11 и 13 осуществлено посредством сферических шарниров 20 и 21. Рычаги 14 и 15 соединены со стойкой 6 шарнирами 22. ПодгТружинивание рычагов 14 и 15 и выборка люфтов в описываемом устройстве осуществлены с помощью, рессор 23 и 24, закрепленных средней частью на концах рычагов

14и 15. Концы рессор 23 и 24 соединены между собой шпильками 25. Для предотвращения поворота рессор 23 и 24 относительно средней точки рессоры хотя бы одного рычага 14, 15 соединены с ним упругими стяжками

. 26. Для автоматического уп)авления работой стенда он оснащен датчиками 27 и 28 перегру-: зок по давлению, подключенными к правой и, левой (по.; чертежу) полостям цилиндра 8 . аналоговым автоматом 29 управления, к которому подключены динамометры 11 и 13, гидравлическим блоком 30 и электроуправляёмым краном 31.

Стенд работает следующим образом.

Перед началом работы с помощью шпилек 25 устанавливают предварительное обжатие рессор 23 и 24, следовательно, рычагов 14 и

15и роликов 16 и 17, позволяющее устранить люфты в соединениях. Так как предваритгль.нее обжатие создает усилие, направленное

к образцам 2 и 3, его можно компенсировать подачей некоторого исходного давления жид, кости в левую или правую от поршня 7 полость цилиндра 8. После установки предварительного одинакового обжатия рычагов 14 и 15 и сравнения аналоговым автоматом 29

электрических исходных а1гналов от динамометров 11 и 13 и датчиков 27 и 28, автомат 29 -управления выдает сигнал на гидравлический блок 30 управления и кран 31, и жид,кость под давлением поступает в правую полость цилиндра 8, создавая усилия- в образцах 2 и 3. При этом усилие от поршня 7 передает ся на наклонные поверхности клина 9, воздействуя таким образом на ролики 16, которые вызывают упругие деформации рычагов 14 и

5 15, рессор 23 и шпилек 25, обеспечивая перекатывание и подъем роликов 16. Часть усилия передается далее через динамометр 11 на образец 2, обеспечивая его нагружение. Аналогичным образом нагружается.образец 3.

0 После достижения заданной нагрузки динамометры 11 и 13 выдают электрический сиша, - пропорциональный этой нагрузке,на аналоговый автомат 29 управления, который подает сигнал на гидравлический блок 30 управления

5 и открывает слив из правой полости через кран 31 (который постоянно открыт на слив при нормальной работе стенда), и открывает подачу давления в левую полость, обеспечивая разгрузку образцов 2 и 3 до нуля. Взаимодей|

0 ствие деталей при этом происходит в обратном порядке.

Рассмотрим случай, когда, например, в одном из испытуемых образцов, нап{жмер в 3, возникает усталостное повреждение, которое приводит к уменьшению жесткости этого o6paiца и, следовательно, к увеличению прогиба dl, тогда как в целом образце 2 Прогиб будет меньше. При этрм усилие, передаваемое на об разец 3, уменьшится, а усилие Р. , нормалшоф к поверхностям клина 10, и, следовательно, горизонтальная составляющая Р, возрастут, . причем сумма горизонтальных составляющих будет направлена в противоположную силе Р. сторону. Увеличенная вследствие нарушения равновесия сила Р .д через равноплечие рычаги 14 и 15 передается на ролики 16, которые J воздействуют на наклонные поверхности клнна 9, создавая при этом горизонтальные составляг 1 ющие, которые будут, соответствен ю, увеличив ваться и направляться противоположно силе Р.,

вызывая ее уменьшение до величины силы РО, действующей на образец 3.

Таким образом, достигается выполнение цикла нагружения образцов 2 и 3 в одинаков 5 вых условиях. Кроме тОго, благодаря наличию пазов 18 в захватах 4 и 5, исключаются отри цательные перегрузки на образцы 2 и 3, например, при разгрузке или обратном ударе. Г 51 Этим также обеспечивается уменьшение разбро са результатов испытаний. Сохранение одинаковых условий испытаний при разрушении одного из образцов будет происходить следующим образом. При появлении трещины будет увеличиваться прогаб (Г,,, однако временно с этим будет увеличиваться и готовность погасить удар, так как при увеличении (/Q увеличивается и перемещение роликов 16, 17 и, следовательно, общая деформация & рычагов 14 и 15, вследствие чего сила Р, направленная в противоположную силе PQ сторону, теперь будет существенно пре вышать силу PQ . При наиболее неблагоприятном случае, когд разрушение одного из образцов 2 или 3 произойдет в момент максимальной нагрузки Р , происходит практически мгновенный сброс нагрузки PQ. В описываемом стенде нагрузка PQ ,. вследствие отсутствия зазоров и люфтов, в момент разрушения передается через клин 9 или 10 на ролики 16 или 17 и через них ,на рычаги 14, 15 и рессоры 23, 24 со шпклькшми 25,рде она гасится и воспринимается стойкой 6. Кроме того, в момент разрушения также будет возрастать и усилие Р на клин со стороны противоположной разрушению, Ьаправленное также в сторону удара. Это усилие.парируется тем, что в момент разрушения в правой полости цилиндра 8 происходит резкое повышение давления, которое фиксируется датчиком 27, сигнал от которого поступает на аналоговый автомат 29 управления, при этом с помощью крана 31 перекрывается слив жидкости из этой полости, вследствие чего ограни : чивается перемещение с деталей силовой цепи . в сторону целого образца и усилие замыкается, на клине 10, рычагах 14 и 15 и стойке 6. а 0 10 Получаемое таким образом гашение удара позволяет повысить качество и точность эксперимента, так как исключаются нежелательные ударные отрицательные перегрузки, влияющие на ресурс образца, характер излома и т. д. Кроме этого, обеспечивается возможность одновременного испытания двух или больше образирв, причем при разрушении одного из образцов можно продолжить испытания оставшегося образца. Это достигается тем, что, например, в случае разрушения образца 3, реакция от нагруэк на образец 2 будет восприниматься роликами 16 и 17, контактирующими с наклонными поверхностями клиньев 9 и 10 и создающими уравновешивающую нагрузку Р,равную гори зонтальным составляющим . При этом ролики 16 и 17 будут перемещаться по наклонным поверхностям клиньев 9 и 10 и создавать вертикальную составляющую Р, которая воспринимается рычагами 14 и 15, рессорами 23 и 24 и шпильками 25, в результате чего в них создаются упругие деформации. Горизонтальная составляющая 2Рг воспринимается стойкой 6 через рычаги 14 и 15, закрепленные .на ней. . Предлагаемый стенд в техническом отношении позволяет повысить качество и точность эксперимента за счет уменьшения разброа результатов испытаний, испытывать два обраэца одновременно, исключая перегрузки при разруше{ши одного из образцов, а в экоомическом отношении снизить затраты на ксперимент путем уменьшения количества бразцов для испытаний и сокращения времеи испытаний.

0l/f.J

A-XI

СТЕНД ДЛЯ СРАВНИТЕЛЬНЫХ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ, содержащий основание, силовозбудитель в виде, гадропульсационного домкрата, симметрично установленные относительно последнего захваты для крепления испытуемых образцов и устройство для передачи нагрузки на образцы и замыкания силовой цепи при разрушений . одного КЗ образцов, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности . испытаний за счет предотвращения перераспределения нагрузки при появлении трещины и разрушении одного из образцов, цилиндр гидролульсационного домкрата установлен с возможностью осевого перемещения, а устройство для передачи нагрузки на образцы и замыкания силовой цепи при разрушении одного из образцов включает два обращенных друг к другу вершинами клина, через один из которых захват одного из образцов соединен с инпиндром гидропульсационного домкрата, а через другой соответствующий захват другого образца-с поршнем домкрата, два параллельно . установленных на станине подпружиненных (Л друг. к другу равноплечих рычага, между которыми параллельно им установлены домкрат и клинья, и установленные на рь чагах, ролики, взаимодействующиес наклонными поверхностями клиньев.

Budf

фг/г.5

8

13 10