Устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N3/18 

Изобретение относится к испыта. ; тельной технике, а именно к устройст вам для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов.

Известно устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов, содержащее криостат, размещенную в нем опорную трубу, установленную внутри нее тягу, верхний конец которой вьшеден из криостата, верхний и нижний захваты образца, соединенные соответственно с тягой и опорной трубой, и датчик деформаций СИ,

Недостатком данного устройства являются невысокая точность измерения деформаций и низкая экономичность испытаний, связанные с тем, что величина выходного сигнала датчика деформаций зависит от температуры и поэтому необходима предварительная тарировка датчика деформаций ..

Цель изобретения - повышение точности измерения деформаций и экономичности испытаний путем совмещения во времени процессов тарировки датчика деформаций и нагружения образца при разных температурах.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов, содержащее криостат, размещенную в нем опорную трубу, установленную внутри нее тягу, верхний конец которой выведен из криостата, верхний и нижний захваты образца, соединенные соответственно с тягой и опорной трубой, и датчик деформаций, снабжено шарнирно соедиенным с нижним захватом двуплечим рычагом, на одном конце которого размещен датчик деформаций, резьбовой шайбой, устанавливаемой при испытании на верхней головке образца, толкате-. лем, размещенньм между резьбовой шайбой и свободным концом датчика деформаций, установленным на нижнем захвате поворотньм кулачком, связанньм с другим концом двуплечего рычага, и приводом поворота кулачка.

т

На фиг. 1 изображена схема устройства для низкотемпературных мехаии--: ческих испытаний образцов материалов; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - кулачок, вид сбоку, поперечное сечение; на

фиг. 4 - деформационная кривая А и тарировочная кривая Б.

Устройство содержит криостат 1, размещенную в нем опорную трубу 2, установленную внутри нее тягу 3, верхний конец которой вьтеден из криостата 1, верхний 4 и нижний 5 захваты образца, соединенные соответственно с тягой 3 и опорной трубой 2 Верхний захват 4 может быть выполнен как единое целое с тягой 3. На нижнем захвате 5 с помощью оси 6 шарнирно закреплен двуплечий рычаг 7 на одном конце которого посредством винта 8 консольно закреплен датчик деформаций, вьтолненный в виде упругой пластины 9 с наклеенными на нее тензорезисторами. Другой конец двуплечего рычага 7 связан с поворотным кулачком 10, также установленным на нижнем захвате 5 и снабженным приводом его поворота. Привод поворота кулачка 10 выполнен в виде рычага 11, закрепленного на кулачке 10, и посредством пальца 12 соединен со стержнем 13, верхний конец которого выведен из криостата 1 и снабжен приводом 14 вертикального перемещения, например электромагнитом. Привод 14 через кронштейн 15 связан с траверсой 16 нагружающего устройства (не показано). Резьбовая шайба 17 при испытании навинчена на верхнюю головку 18 образца 19, а нижняя головка 20 образца 19 ввинчена в нижний захват 5 и зафиксирована гайкой 21.. Толкатель 22 размещен между резьбовой шайбой 17 и свободным концом упругой пластины 9. Тяга 3 подсоединена своим резьбовым хвостовиком к нагружающему органу 23 испытательной машины. Для заливки хлад- агента предусмотрен трубопровод 24. Зазор между тягой 3 и опорной трубой 2 сообщен через патрубок 25 и насос 26 с атмосферой или газд ольдером (не показан). Все подвижные соединения устройства герметизированы уплотнениями 27-29. Для фиксации захвата 5 в опорной трубе 2 предусмотрены винты 30. Палец 12 зафиксирован шплинтом 31.

Устройство работает следующим образом.

В отсоединенный от опорной трубы 2 нижний захват 5 вкручивает нижнюю головку 20 образца 19 и стопорят ее гайкой 21. На верхннио головку 18 образца 19 навинчивают шайбу 17. Между резьбовой шайбой 17 и упругой пласти ной 9 устанавливают толкатель 22 так что свободный конец упругой пластины 9 смещается на 2-3 мм относительно первоначального положения. Затем обр зец 19 в сборе с нижним захватом 5 завинчивают верхней головкой 18 в верхний захват 4, после чего нижний захват 5 фиксируют винтами 30 в . опорной трубе 2, а рычаг 11 устанавливают своим свободным концом в верх нее положение (фиг. 1) и соединяют пальцем 12 со стержнем 13. Палец 12 фиксируют шплинтом 31. При этом кулачок 10 контактирует участком о про филя (фиг. 3) с концом двуплечего pbf чага 7. Затем к траверсе 16 присое диняют криостат 1, в который через трубопровод 24 заливают криогенную жидкость. Необходимая промежуточная температура образца может быть получена путем откачки паров криогенной жидкости из криостата 1 насосом 26 через патрубок 25 или путем подачи в криостат вместо криогенной жидкости ее паров. После охлаждения образца до нужной температуры включают ра бочий ход наружного органа 23 испытательной машины и деформируют образец 19с одновременной записью деформационной кривой А (фиг.4) по сигналам от датчика деформаций и динамометра (не показан), встроенного в нагружающий орган 23 испытательной машины. Деформационную кривую А запи сьюают в координатах нагрузка-деформация . Деформация образца 19 фиксируется датчиком деЛопмаций посредством толкателя 22, контактирующего с резь бовой шайбой 17.. навернутой на верхн головку 18 образца. При этом люфты между резьбовыми головками образца и захватами 4 и 5 не оказывают влияния на качество записи деформационной кривой, поскольку вследствие наличия резьбовой шайбы 17 отсутствует непосредственная связь толкателя 22 с верхним захватом 4, а люфт между ниж ней головкой 20 образца и захватом 5 выбран с натягом фиксирующей гайкой 21. Нагружение образца осуществляют п определенной установившейся и стабильно поддерживаемой температуре, поэтому отсутствует температурная деформация толкателя 22, которая мог ла бы повлиять на точность записи деформационной кривой. Температурная деформация толкателя 22 отсутствует также и при изменении уровня жидкого хладагента в криостате в допустимых пределах, поскольку толкатель 22 вместе с образцом 19 в течение эксперимента погружен в жидкость. В первый момент нагружения образца включает- , ся кратковременно привод 14, который смещает стержень 13 вниз и поворачивает рьгчаг 11 в положение Ь (на фиг.1 показано штрих-пунктиром), При этом кулачок 10 поворачивается против часовой стрелки и воздействует на левый конец рычага 7 участком сУ , который возвьш1ается над участком о на величину d равную, например, 0,05 мм (фиг. 3). Рьгчаг 7 под воздействием кулачка 10 поворачивается на небольшой угол вокруг оси 6, в результате чего датчик деформации вьфабатывает кратковременный дополнительный сигнал и на диаграмме появляется тарировочный импульс л Е, (фиг. 4). После этого привод 14 возвращает стержень 13 и рычаг 11 с кулачком 10 в исходное положение. Величина д.в тарировочного импульса пропорциональна величине сГ подъема кулачка, которая используется при этом в качестве точного эталона перемещений,поскольку она мало зависит от температуры, так как кулачок 10 выполнен из материала с малым температурным коэффициентом линейного расширения (например, ковара). При изменении температуры Б диапазоне от Т,4,2 К до К величина d равная 0,05 мм, изменяется на величину д.((-Т ),9 10(300-4,2)0,05 1,5-10. мм, где oi. - среднеинтегральная величина температурного коэффициента линейного расширения ковара в диапазоне т гмператур 4,2-300 К. Относительное изменение величины 1,5-10. 100 Vioo% - Такое малое изменение величины подъема сГ кулачка в зависимости от температуры подтверждает возможность использования кулачка 10 в качестве точного эталона перемещений при тарировке датчика деформации. В процессе длительных испытаний образцов, например, на ползучесть через определенные промежутки времени процесс тарировки , можно повторять несколько раз, получая промежуточные тарировочные нмпульсы дР(фиг. 4). В результате на диаграмме, помимо деформационной кривой А, можно построить огибающую тарировочнуга кривую Б,

Изобретение позволяет совместить зо времени процесс тарировки датчика деформаций с процессом нагружения образца при разных температурах. Это обеспечивает повьлпение точности измерений деформаций, особенно при

длительных испытаниях, например, на ползучесть, поскольку учитывает изме.нение сигнала датчика деформации в зависимости не опъко от изменения температуры, но также от других факторов, например старения клеевого соединения тензорезисторов путем одновременной записи деформационной кривой образца и тарировочной кривой датчика деформаций. При этом повышается экономичность, так как устраняется необходимость предварительного длительного и трудоемкого процесса тарировки деформаций в широком диапазоне температур.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ, содержащее криостат, размещенную в нем опорную трубу, установленную внутри нее тягу, верхний конец которой вьгоеден из криостата, верхний и нижний захваты образца, соединенные соответственно с тягой и опорной трубой, и датчик деформаций отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений деформаций и экономичности -испытаний путем совмещения во времени процессов тарировки датчика деформаций и нагруженйя образца при разных температу рах, оно снабжено шарнирно соединеннь1м с нижним захватом двуплечим рычагом, на одном конце которого размещен датчик деформаций, резьбовой щайбой, устанавли- ваемой при испытании на верхней головке образца, толкателем, размещенньм между резьбовой шайбой и свободным кйнцом датчика деформаций, установленньм на нижнем захвате поворотным кудачком, связанным с дру(Л , гим концом двуплечего рычага, и приводом поворота кулачка.

п.1

31

12 / 5

2 Фиг.2