Установка для ударных испытаний материалов при сложном напряженном состоянии Советский патент 1985 года по МПК G01N3/30 

1 11851

Изобретение относится к испытаним материалов, а именно к установам для ударных испытаний материалов ри сложном напряженном состоянии.

Целью изобретения является испыта-5 ние материала в условиях воздействия предварительной боковой нагрузки последующего ударного осевого сжатия и скручивания.

На фиг, 1 изображена предлагае- О ая установка, общий вид; на фиг.2 расположение образца испытуемого материала на наковальне; на фиг.З разрез А-А на фиг.2.

Установка для ударных испытаний 15 материалов при сложном напряженном состоянии Содержит сбрасываемый груз 1, установленный в вертикальной направляющей 2, выполненной в виде трубы. В нижней части направляющей 2 20 установлена наковальня 3, на которой размещен образец 4 испытуемого материала. Наковальня 3 установлена на ступенчатом барабане 5 .и может вращаться вместе с ним на подишпниках 25 6. На одной из ступеней барабана 5 намотана гибкая тяга 7, через систему блоков 8 кинематически связанная с грузом 1. На наковальне 3 в пазах 9 установлены массы 10, связя- ЗО ми 11 соединенные с боковыми захватами 12. Число пар масс 10 соответствует числу осей бокового нагружения (на фиг. 1 изображена одна пара масс 10 для осуществления одноосного боко-,, вого растяжения). Пазы 9 в наковальне 3, в которых размещаются массы 10 боковой нагрузки, служат для обеспечения соосности растягивающих боковых усилий в период разгона наковальни 3. о Связи 11 могут быть выполнены, наппример, в виде пары взаимодействующих крючьев, один из которых соединен с массой 10, а второй - с боковым захватом 12. Верхний захват 13 скреп- з лен с элементом 14, выполненным в вие конуса, и установлен с возможностью вращения совместно с образцом 4. В торце сбрасываемого груза Т, обращенном к наковальне 3, выполнено от- jo верстие, в котором с помощью стопора 15 укреплен набор сменных втулок 16. Стопор 15 перемещается в пазу 17 напрявляющей 2 и исключает вращение сбрасываемого груза 1 во- 55 круг оси во время падения. Установка имеет ряд вспомогательных приспособлений для обеспечения его ра772

ботоспособности, к числу которых относится стопорная собачка 18 с тягой 19, предназначенная для фиксации груза 1 в верхнем положении, и привод 20 с муфтой 21, предназначенные для подъема груза 1 в исходное верхнее положение. Для доступа к образцу 4 и проведения монтажных и наладочных операций в направляющей 2 выполнены смотровые окна 22 с защитными шторами.

Установка работает следующим образом.

С помощью муфты 21 отключают привод 20 от барабана 5. Тягой 19.воздействуют на стопорную собачку 18 и освобождают груз 1. Падение груза сопровождается вращением барабана 5 посредством тяги 7. Барабан 5 вращает наковальню 3 и массы 10 с образцо 4 и его захватами 12 и 13. При вращении наковальни 3 массы 10 за счет центробежных сил создают растягивающую боковую, в данном случае, одноосную нагрузку на образце 4. Увеличивая скорость падения, груз 1 увеличивает скорость вращения наковальни 3 вместе с размещенными на ней деталями, в результате увеличивается боковая нагрузка на образце 4, и к моменту удара груза 1 о элемент 14 образец 4 испытывает действие наибольшего для данных условий бокового растяжения. В момент удара груз 1 соприкасается торцом внутренней втулки 16 с вращающейся поверхностью конусного элемента 14 и тормозит его в то время как остальные вращающиеся детали продолжают вращение. Образец 4 в этой ситуации испытывает, дополнительно к боковой, ударную осевую и ударную скручивающую нагрузки, под действием которых он и разрушается. После разрушения образца 4 включают муфту 21 и приводом 20 вращают барабан 5 в противоположном направлении и поднимают груз 1 в исходное состояние до срабатывания собачки 18.

Если необходимо изменить соотношение скоростей нагружения в момент удара или изменить величину боковой нагрузки, то перед включением привода 20 изменяют место расположения тяги 7 на барабане 5. Если тяга 7 крепится на ступени меньшего диаметра то скорость скручивания увеличивается по отношению к скорости осевого удара,:и одновременно увеличивается боковая нагрузка. Происходит это вследствие увеличения скорости вращения наковальни 3 при неизменной скорости падения груза 1. При необходимости изменить только соотношение скоростей нагружения, уменьшают массы 10 пропорционально уменьшению диаметра ступеней барабана 5.

Изменение соотношения между осевой и скручивающей нагрузками осуществляется с помощью набора втулок 16, при этом чем больше внутренний диаметр внутренней втулки 16, тем больше диаметр окружности, по которой осуществляется контакт между грузом 1 и конусным элементом 14 в момент удара, тем больше плечо скручивающей силы и скручивающий момент при одной и той же силе удара, и наоборот, с уменьшением внутреннего диаметра набора втулок 16 отношение скручивающей нагрузки к осевой уменьшается. В предельном случае, когда внутренний диаметр втулок 16 равен нулю (например, вместо наименьшей из втулок 16 установлена заглушка), скручивающая нагрузка близка к нулю, удар груза 1 приходится на вершину конусного элемента 14, и образец 4 разрушается

от осевой ударной нагрузки, наложенной на заданную боковую нагрузку.

Изменение вида боковой нагрузки с осуществляется следующим образом, Для обеспечения плоского напряженного состояния по периметру образца 4 укрепляют несколько захватов 12, к каждому из которых прикрепляют массы .10,

0 а для предотвращения смещения образца 4 в процессе нагружения по каждой оси устанавливают две одинаковые массы 10, диаметрально расположенные на одина:ковых расстояниях от оси вращения.

5 Величина масс 10 и расстояние их

от оси вращения выбирают из требуемого распределения усилий по периметру образца 4., При применении типовых реверсоров растягивающая боковая нагрузка может быть преобразована в сжимающую по одной или нескольким осям в плоскости вращения образца 4.

Таким образом, за счет использова5 ,ния подвижных масс предлагаемая установка позволяет проводить ударные испытания материалов при действии осевой сжимающей и скручивающей нагрузок предварительно нагруженного боковой нагрузкой образца.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ, содержащая сбрасываемый груз, вертикальную направляющую для груза, размещенную в нижней части направляющей наковальню для установки образца испытуемого материала, захваты образца и элемент сцепления груза с верхним захватом образца, отличающаяся тем, что, с целью испытания материала в условиях воздействия предварительной боковой нагрузки и последующего ударного осевого сжатия и скручивания, она снабжена барабаном, которьй установлен с возможностью вращения вокруг оси и связан с падающим грузом посредством гибкой тяги, навитой на барабан, наковальня закреплена на барабане, и на ней установлены подвижные в радиальном направлении массы, соединенные с боковыми захватами образца, а. падающий груз зафиксирован от поворота, 2.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что барабан (Л выполнен ступенчатым. 3.Установка по пп. 1 и 2, о т личающаяся тем, что элемент сцепления груза с верхним захватом образца выполнен в виде установленного на захвате конуса, а груз выполнен полым, и в его полости 00 О1 установлен набор сменных втулок.