Устройство для механических испытаний твердых материалов на старение и усталость Советский патент 1960 года по МПК G01N1/28 G01N3/24 

Известно применение ультразвуковых излучателей крутильных колебаний, выполненных, например, в зиде полого цилиндра из сегнетоэлектрика, снабженного укрепленными на его наружной поверхности металлическими электродами для механических испытаний образцов твердых материалов, путем создания в них крутильных сдвиговых деформаций с повышенной частотой.

Особенность предложенного уетро /ства для механических испытаний Образцов материалов на усталость и старение, заклгочается в том, что испытываемый образец выполнен непосредственно в виде концентратора крутильных колебаний, в форме стержня или трубки переменного по длине сечения, на утолщенном конце которого укреплен излучатель.

На фиг. 1, 2 и 3 изображено пред.чагаемое устройство в трех вариантах.

Трубка из испытуемого материала / (фиг. 1) жестко связана с лейкой или другим способом с крутильным .з)1братором 2. Система в целом является резонансной, ее длина целому числу полуволн. Ес.ти, например, свободный конец трубки имеет длину, соатвстст;зуюш,ую половиме длины волны колебания, то в середине этого отрезка бздет находиться пучность (т. е. максимум) сдвиговых деформаций, так как эта пучность совпадает с узлом смещения. Как раз в этом сечении н будут наиболее интенсивно происходить исследуемые явления - усталость и старение.

Рядом с устройством образца приведены кривые измерения сдвиговых напряжений 3 но длине образца и крутильных смешений 4.

Более совершенная схема выполнения устройства приведена па фиг. 2. Здесь акустическая часть прибора представляет собой резонансную колебательную систему длино1-г в три полуволны.

№ 128188- 2 Крайние участки ЛВ и ДЕ испытываемого образца 1 выполнены в виде трубчатых .стержней с укрепленыыл и «а них крутильными излучателями 2 и 5, работаюи ими синфазно. Средний участок ВД представляет собой, два одинаковых четвертьволновых крутильных концентратора, обращенных узкими концами друг к другу, а широкими-к своим излучателям. Рядом с образцом / показаны кривые распределения крутильных смещений 4 и сдвиговых напряжений 3. Из этих кривых следует, что в точке С, т. е. на стыке концентраторов, будет иметь место максимум сдвиговых напряжений и, соответственно, крутильных смещений. Таким образом, ближайшая к сечению С зона образца является областью, в которой наиболее ярко проявятся эффекты, связанные с усталостью и старением вепдества под действием быстронеременных упругих сдвиговых деформаций.

Преимз щества изображенного на фиг. 2 варианта ;}ыполнения устройства заключаются в следующем.

Трубчатая образца позволяет получить в испытуемом сечении, имеющем форму кольца малой (но сравнению с диаметром) ширины, практически постоянные но всему сечению сдвиговые деформации.

Симметрия акустической колебательной системы относительно испытуемого сечения существенно облегчает интерпретацию полученных результатов исследования.

Применение крутильных концентраторов позволяет получить в испытуемом сечении больщие амплитуды крутильных деформаций при меньших амплитудах деформаций в излучателе.

В ряде случаев испытания необходимо исследовать материалы на усталость и старение при сдвиге в сечении, в котором имеет место сильный перепад напряжений. Для этого исследования образец можно выполнить в виде стуненчатого крутильного концентратора, изображенного на фиг. 3. Как видно из кривых смещений 4 и напряжений 5, в середине концентратора имеет место максимальная величина, и, вместе с тем, резкий скачок напряжений.

Предмет изобретения

1. Устройство для механических испытаний твердых материалов на старение и усталость с применением излучателя ультразвуковых крутильных колебаний, надеваемого на иснытываемый образец материала, отличающееся тем, что, с целью увеличения интенсивности деформации и сосредоточения их в нужном сечении иснытываемого образца, последний выполнен непосредственно в виде концентратора крутильиых колебаний в форме стержня или трубки, цеременного по длине сечения, на утолщенном конце которого укреплен излучатель.

2.Устройство по п. 1, отл ич а ю щееся тем, что испытываемый образец выполнен в виде двух концентраторов крутильных колебаний, имеет цаименьщее сеченне в его средней части и снабжен двумя отдельными излучателями, симметрично укрепленными на его концах и соответственно сфазированных между собой.

3.Устройство по п. 1, о тл ич а ю щееся тем, что образец имеет форму ступенчатого крутильного концентратора и возбуждается в такой фазе, чтобы пучность крутильных напряжений находилась вблизи изменения сечения образца.

Фиг. 2

Риг.З