Машина для испытания материалов на усталость при чистом изгибе Советский патент 1983 года по МПК G01N3/34 

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к машинам для испытаний на усталость при чистом изгибе полимерных материалов. Известна машина для испытания материалов на усталость при чистом иэ,гибе, содержащая возбудитель дина мических перемещений, установленные на эксцентриковых осях захваты для крепления образца, две тяги, один конец каждой из которых жестко соед нен с осью, а другой шарнирно связа с возбудителем динамических перемещений l. .Недостатком этой машины является невозможность проведения испытаний при асимг 1етричном цикле нагружения Наиболее близкой к изобретению по технической.сущности является ма шина для испытаний материалов на ус талость при чистом изгибе, содержащая возбудитель динамических переме щений, шарнирно связанный с ним рычаг, установленные с возможностью поворота в плоскости изгиба захваты для крепления, образца, две тяги, один конец каждой из которых шарнирно связан с захватом, а другой с рычагом, и механизм статического нагружения. Механизм статического нагружения выполнен в виде винтовог устройства линейного перемещения ос поворота рычага С 2 . Недостатком этой машины является то, что возможности исследо- вания полимерных материалов в широ ком диапазоне прочностных характеристик ограничены. Характеристики прочности полимерных материалов отличаются в 20-50 раз, а деформативность - в 50-150 раз. В таком же диапазоне должны меняться усилия и пе ремещения, создаваемые машиной,если испытания проводятся на одинаковых по размерам образцах. Ограничение ди апазона создаваемых нагрузок и перемещения обусловлены кинематикой машины. Рычаг воспринимает перемещение от возбудителя и передает его захватам образца через тяги, при эт соотношение между плечами приложеНИН выбираются в зависимости от требуемых усилий и деформаций. Если плечи равны, то статическая составляющая не может быть образована. Таким образом, при такой кинематической схеме величины статической и динамической нагрузки взаимосвязаны. Цель изобретения - повышение диа пазона создаваемых нагрузок и перемещений. Поставленная цель достигается тем что в машине для испытаний материалов на усталость при чистом изги.бе, содержащей возбудитель динами-. .ческих возбуждений, шарнирно связанный с ним рычаг, установленные с возможностью поворота в плоскости изгиба захваты для крепления образца, две тяги,один конец каждой из которых шарнирно связан с захватом, а другой - с рычагом, и механизм статического нагружения, рычаг выполнен угловым и закреплен на эксцентриковой оси, а механизм статического нагружения выполнен в виде привода поворота эксцентриковой оси. Кроме того, на угловом рычаге на различном расстоянии,от оси его качания могут быть установлены -оси для присоединения к ним шатуна возбудителя динамических перемещений. На фиг. 1 изображена схема предпагаемой ма1т1ины; на фиг. 2 - кинематическая схема передачи усилий и перемещений посредством рычага в известной машине; на фиг. 3 - график зависимостей перемещений и усилий от соотношения плеч рычага в.известной машине,-на фиг. 4 - схема передачи усилий и перемещений в предлагаемой машине. Машина для испытания материалов на усталость при чистом изгибе содержит электродвигатель.1, кинематически связанный с возбудителем 2 динамических перемещений, шарнирно связанный с ним и закрепленный на эксцентриковой оси 3 угловой рычаг 4, установленные с возможностью поворота в плоскости изгиба захваты 5 и б для крепления образца 7 с упругими силоизмерителями 8, две тяги 9 и 10, один конец каждой из которых шарнирно связан с захватом 5 или б, а другой - с рычагом 4, и механизм статического нагружения, выполненный в виде привода 11 поворота эксцентриковой оси 3. Для снижения осевых нагрузок в образце 7 при его деформировании служат рессоры 12. На плече углового рычага 4 установлены оси 13 присоединения к ним шатуна 14 возбудителя 2 динамических перемещений. Машина работает следующим образом. Возбудитель 3 динамических перемещений сообщает колебательное движение угловому рычагу 4 посредством атуна 14. При этом тяги 9 и 10, становленные на другом плече рычага 4, деформируют образец 7 и упругие силоизмерители 8. Статическая нагрузка создается путем поворота эксцентриковой оси 3 с помощью привода 11. При необходимости изменения соотошения между предельными деформациями (например, при переходе к исытаниям материалов с другими механическимн характеристиками) нзменя1,г соотношение плеч рычага 4. На кинемптнческоП схеме известной машини (фиг. 2.) обозначено: А и Р - амплитуды перемещений и усилий, которые рычаг 1 сообщает механиэгту нагружения образца; Ai- статическое перемещение оси качания 1; Дг - статическое перемещение рыча га 1, которое передастся :-еханизму нагружения образца; Et и P,o - плечи приложения усилий. На фиг. 3 приведены графики зависимости А (сплсшные кривые 1-6), (фиг,3, пунктирные кривые l-5) от соотношения Ej/li Значения перемещений даны по отношению к максимальным величинам А д иД цхДО пускаемым конструкцией машины.Коэффициент асимметрии цикла составляет ,8 (кривые 1 и l ),4 (кривые 2 и 2 ) (кривые 3 и З ): ,4(фиг.3,кривые 4 и 4),8 (фиг.3,кривые 5 и 5) и (фиг.З, кривые 6).Максимальные напряжения выбраны одинаковыми для всех -г такими, чтобы , не превьииала 70% от допустимого значения ( . На, фиг. 3 приведена кривая 7 зависимости максимального усилия гупос которое может быть передано н механизм нагружения образца от вели чины tj. Значение Р удано по o ношению к максимальному усилию Ц развиваемому возбудителем. Из криво 7 следует, что при испытаниях высок прочных .материалов следует выбирать отношение Дб 1-1,5, а при испытании низкопрочных - увеличить эт отношение до необходимого значения. Однако в связи с ограничениями ,|| меются диапазоны значений ti/t , в которых не может быть обеспечено воспроизведение заданных режимов работы; на фиг. 3 эт диапазоны обозначены через 1 и И. Указанные ограничения зависят от конструктивных особенностей машины, свойств испытуемых материалов и от геометрии образцов. Имеются также ог раничения силово го характера, заключающиеся в том, что при больших значениях отношения возрастает усилие Р на одном из наиболее ответственных узлов возбудителе динамических перемеще.ний. Кроме того, при больших значениях перемещения А должны быть весьма малыми ( 0,0202), что:, во-первых, создает затруднение в регулировании режима нагружения и, во-вторых,увеличивает влияние различного рода зазоров в подвижных соединениях возбудителя и рычага на кривую мгновенных значений напряжений в образце и на силоиз мерительную систему. На фиг. 4 изображена кинематическая схема передачи усилия от возбудителя к образцу в предлагаемой машине. Эта конструкция позволяет . создавать статическую деформацию Л( которая почти полностью передается захватом образца при любых отношениях 2. т.е. . Поэтому диапазон значений /В , который имеет ограничения в прототипе в связи с трудностями создания статической составляющей нагрузки при 0,5-1,5 расширяется, что расширяет такжеи возможности машины. Этому способствует и возможность приложения усилия Р, в различных точках Ог . рычага 1 (фиг.4) для сог ласования характеристик возбудителя с характе1 истиками испытуемого материала. Таким образом, предлагаемая машина позволяет расширить диапазон испытуемых материалов, различающихся по механическим свойствам, а также проводить циклические испытания с любой асимметрией цикла на образцах одинаковых размеров как из материалов с высокой деформативностью и низкой прочностью (полиэфирные, эйоксидные и др. смолы), так и армированных материсшов с высокой ПЕЮЧностью и малой деформативностью (стекло-, угле-, боропластики и ДР).

2/2

Л2

rOi

JSc

AI.PI

иг.г

lf

J,wcr/rc

..I

L

1.МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА УСТАЛОСТЬ ПРИ ЧИСТОМ ИЗГИБЕ, содержащая возбудитель динамических перемещений, шарнирно связанный с ним рычаг, установленные с возможностью поворота в плоскости изгиба захваты для крепления образца, две тяги, один конец каждой из которых шарнирно связан с захватом, а другой - с рычагом, и механизм статического нагружения, о тличающийся тем, что, с целью расширения диапазона создаваемых нагрузок и перемещений, ,1млчаг выполнен угловым и закреплен на эксцентриковой оси, а механизм статического нагружения выполнен в виде привода поворота эксцентриковой оси. 2. Машина по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что на угловом рычаге на различном расстоянии от оси его качания установлены оси для присоединения к ним шатуна возбудителя динамических перемещений.

P I AT