Устройство для испытания на усталость плоских образцов при знакопеременном изгибе Советский патент 1987 года по МПК G01N3/32 

1

Изобретение относится к испытательному оборудованию материалов, используемому в заводских и научно- исследовательских лабораториях для испытаний на усталость кавитацион- но-стойких материалов при высоких звуковьгх частотах и интенсивном воздействии кавитации,

: Целью изобретения является повышение интенсивности испытаний, получение эффективной кавитационной эрозии образцов при проведении высокочастотных испытаний путем повьшения эрозионной активности испытательной жидкости, а также увеличение точности воспроизведения переменных напряжений.

На фиг. 1 изображено устройство для испытания на усталость; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, продольный разрез.

Устройство для испытания на усталость содержит гидродинамический си- ловозбудитель, выполненный в виде быстросъемного прямоугольного щелевого сопла 1, погруженного вертикально в испытательную жидкость, залитую в герметическую испытательную камеру 2, и жестко закрепленного на откидной крышке 3. Сопло 1 имеет общую продольную плоскость симметрии с расположенным в емкости соосно под ним плоским резонансным образцом 4, закрепленным в захватах 5, которые установлены на регулировочном приспо- . соблёнии 6 с возможностью плавного осевого перемещения и жесткого фиксирования промежуточных положений (посредством винтового механизма) для регулирования поступления энергии из сопла 1 на образец. Регулировочное приспособление 6 закреплено на откидной крьпике 3.

Камера 2 соединена трубопроводом с баллоном 7 сжатого газа (или компрессором) через запорный вентиль 8 и редукционно-предохранительный клапан 9, настроенный на давление 0,4- 0,6 МПа. Избыточное давление в камере 2 контролируется манометром 10. Камера 2 и сопло 1 соединены трубопроводом с системой гидравлического питания вкруговую через сливной регулирующий клапан с электромоторным исполнительным механизмом 11, бак 12 для испытательной жидкости, насос 13 для подачи жидкости под давлением до 4 МПа в сопло 1, напорный регули12819782

рующий клапан 14 для регулирования i расхода жидкости через сопло путем дроссельного регулирования вручную и автоматического подрегулирования (по 5 команде от блока управления, который не показан), ротаметрический датчик 15 расхода для определения расхода жидкости через сопло и последующего определения скорости струи, выходящей

to

15

Ю

25

30

тояния h (фиг. 2) между соплом и образцом, ресивер 16 для сглаживания колебаний давления, вызываемых пульсирующей подачей насоса, манометр 17 для контроля за давлением жидкости, подаваемой насосом. В.верхней части камеры 2 установлен электроконтактный сигнализатор 18 уровня наполнения камеры испытательной жидкостью (например, универсальный регулятор уровня), подающий команду через блок управления на сливной регулирующий клапан для поддержания регламентированного уровня наполнения в испытательной камере (выше сопла и ниже входного отв.ерстия трубопровода газа) .

На боковой стенке камеры 2 предусмотрены смотровые окна для наблюдения за образцом, измерения амплитуды колебаний образца с помощью микроскопа 19 или катетометров КМ -6, КМ-8 при работе в оптически прозрачной жидкости. В нижней части емкости установлен гидрофон гидроакустического шумопеленгатора 20, фиксирующий спектр упругих колебаний, излучаемьпс колеблющимся образцом, которьй подает команду через блок управления на напорный регулирующий клапан 14 для обеспечения постоянства амплитуды колебаний образца. На крьш1ке 3 камеры установлен запорный вентиль 21

для выравнивания давления в испытательной камере перед открытием ки. На дне камеры 2 установлен запорный вентиль 22 для спуска жидкости при замене среды. Часть трубопрово да между соплом 1 и ресивером 16 выполнена из гибкого шланга, так как сопло при замене образца откидывается вместе с крышкой 3,

Регулировочное приспособление 6

5 предназначено датя резонансной настройки амплитуды колебаний образца и включает неподвижный раструбный патрубок 23 с фланцем 24 для подвода

35

40

тояния h (фиг. 2) между соплом и образцом, ресивер 16 для сглаживания колебаний давления, вызываемых пульсирующей подачей насоса, манометр 17 ля контроля за давлением жидкости, подаваемой насосом. В.верхней части камеры 2 установлен электроконтактный сигнализатор 18 уровня наполнения камеры испытательной жидкостью (например, универсальный регулятор уровня), подающий команду через блок управления на сливной регулирующий клапан для поддержания регламентированного уровня наполнения в испытательной камере (выше сопла и ниже входного отв.ерстия трубопровода газа) .

На боковой стенке камеры 2 предусмотрены смотровые окна для наблюдения за образцом, измерения амплитуды колебаний образца с помощью микроскопа 19 или катетометров КМ -6, КМ-8 при работе в оптически прозрачной жидкости. В нижней части емкости установлен гидрофон гидроакустического шумопеленгатора 20, фиксирующий спектр упругих колебаний, излучаемьпс колеблющимся образцом, которьй подает команду через блок управления на напорный регулирующий клапан 14 для обеспечения постоянства амплитуды колебаний образца. На крьш1ке 3 камеры установлен запорный вентиль 21

для выравнивания давления в испытательной камере перед открытием ки. На дне камеры 2 установлен запорный вентиль 22 для спуска жидкости при замене среды. Часть трубопровода между соплом 1 и ресивером 16 выполнена из гибкого шланга, так как сопло при замене образца откидывается вместе с крышкой 3,

Регулировочное приспособление 6

предназначено датя резонансной настройки амплитуды колебаний образца и включает неподвижный раструбный патрубок 23 с фланцем 24 для подвода

жидкости, на конце которого крепится быстросъемное сопло 1 при помощи гайки 25 (возможна установка набора сопел с различной шириной щели), жестко прикреплены к плите 26, в которой установлены направляющие колонки 27 для центрирования сопла 1 относительно оси образца, С одной стороны колонок 27 крепятся захваты 5 для крепления образца, имеющие крепежные винты 28, а с другой стороны - траверса 29 при помощи гаек 30, На траверсе, 29 установлена штурвальная ходовая гайка 31, которая закреплена с возможностью вращения гайками 32, а стопорится контргайкой 33ь Для герметизации подвижных цилиндрических соединений используются стандартные резиновые кольца 34. Для герметизации плиты 26 служит резиновая пластина 35, Захваты 5 имеют смотровые щели для наблюдения за вершиной .азца. Образцы имеют скошенные кра (угол скоса об 30°) и толщину S 0,4-4 мм, В верхней части боковой стенки камеры 2 имеется указатель уровня и глазок из оргстекла для наблюдения за уровнем испытательной жидкости (не показан),

Для работы устройства жидкость из бака 12 подается насосом 13 через напорный регулирующий клапан 14, ро- тометрический датчик 15 расхода и ресивер 16 в сопло 1, причем после включения насоса получают при помощи запорного вентиля 8 избыточное давление в испытательной камере 2, равное 0,4-0,6 МПа, Выходя из сопла 1, затопленная струя жидкости ударяется об образец 4, вызывая завихрения в жидкости, В результате образуются колебания образца, усиливающееся за счет резонанса.

Устройство настраивается следующи образом,

.Образец 4, закрепленный в захвата 5, устанавливают путем вращения регулировочного приспособления 6 на пред варительно рассчитанное расстояние h от сопла 1,Предварительное регули рование частоты испытаний в диапазоне 0,5-40 кГц и поиск оптимальной интенсивности ультразвуковой кавитации осуществляется посредством плавного регулирования давления жидкости в диапазоне 0,9-3,6 МПа, подаваемой насосом 13 в сопло 1, которЪе осу- ществляется посредством дроссельного регулирования вручную напорного ре

O

0

5

0 талях.

гулирующего клапана 14 и изменением характеристики насоса 13 (путем изменения числа оборотов насоса и т,п,).

Требуемая амплитуда деформации образца устанавливается посредством резонансной настройки. Настройка колебаний образца в резонанс с колебаниями струи осуществляется путем изменения, частоты струи за счет изме- ее скорости предварительно вручную при помошд регулирующего клапана 14 путем дросселирования, а также изменением характеристики насоса и при помощи враи1ения штурвальной хо5 довой гайки 31, регулирующей расстояние между согшом 1 к образцом 4, Для возбуждения интенсивных колебаний образца необходим резонанс колебаний. При работе устройство излучает упругие колебания с частотой, равной частоте нагружений образца« Шумопеленгатор 20 по шуму от работающего устройства определяет эффективность работы последнего, т,е, осуществляет обратную акустическую связь и сигнализирует о необходимости подрегулирования в блок управле шя, приводящий в действие электропривод регулирующего клапана 14, Таким образом, автоматически обеспечивается постоянство амплитуды колебаний образца, т,е, точность приложения нагрузки на испытываемый образец,-При излучении в жидкость ультразвуковых колебаний возникает ультразвуковая кавитация. Появление кавитации легко обнаруживается по туманному облачку, которое образуется вокруг колеблющегося образца при резонансе и которое пропадает при сильном демпфировании образца. Интенсивность и конфигурация кавитации оцениваются по разру- . шению образца, в котором кавитирую- щие пузырьки вьщалбливают углубле5 ния (по количеству, расположению и глубине каверн), а также в направлении приближения рисунка кавитации на испытуемом образце к рисунку кавитиции на па турных де-,

0

5

0

талях.

Окончательно величиной кавнтацион- ной эрозии следует управлять путем подбора определенных соотношений между звуковым и избыточным статическим давлением, последнее можно изменять, например, посредством замены пружины в редукционно-предохрани- тельном клапане.

Формула изобретения

Устройство для испытания на усталость плоских образцов при знакопеременном изгибе, содержащее камеру с испытательной жидкостью, погруженные в испытательную жидкость силовозбу- дитель в виде сопла и пассивные захваты для крепления образца, расположенные напротив сопла, регулировочное приспособление нагружения образца по амплитуде, систему питания для подвода к соплу рабочей жидкости и контрольно-измерительную аппаратуру, отличающееся тем, что, с целью повышения интенсивности испытаний, получения эффективной ка- витационной зрозии образцов при проведении высокочастотных испытаний путем повышения эрозионной активности испытательной жидкости, а также увеличения точности воспроизведения

переменных напряжений, оно снабжено баллоном со сжатым газом, через вентиль и редукционно-предохранитель- ный клапан соединенным с камерой,

замкнутой системой гидравлического питания камеры, выполненной в виде последовательно соединенных ресивера, ротометрнческого датчика расхода, напорного регулирующего клапана

с наполнительным механизмбм, насоса, бака и сливного регулирующего клапана с исполнительным механизмом, камера выполнена герметичной, снабже- Ha откидной крьш1кой и заполнена

;испытательной жидкостью до регламентированного уровня, сопло сшювозбу- дителя вьшолнено со сменными насадками, в которых щель выполнена прямоугольной, и жестко закреплено на

крышке камеры совместно с регулировочным приспособлением, связанным с пассивными захватами.

Изобретение относится к испытательному оборудованию, используемому в заводских и научно-исследовательских лабораториях для испытаний на усталость кавитационно-стойких материалов при высоких звуковых частотах и интенсивном воздействии кавитации. Целью изобретения является повышение интенсивности испытаний. получение эффективной кавитационной эрозии образцов при проведении высокочастотных испытаний путем повышения эрозионной активности испытательной жидкости, а также увеличение точности воспроизведения переменных напряжений. Это достигается выбором параметров статической и динамической составляющей давления жидкости, воздействующей на образец, помещенный в эту жидкость. Статическая составляющая обеспечивается давлением газа на жидкость, помещенную в герметическую камеру, а динамическая составляющая - за счет вьтолнения силовозбудителя в виде щелевого сопла, в который под давлением подается жидкость из замкнутой системы гидравлического питания камеры. Помещенный напротив сопла образец вводится в режим автоколебаний выбором скорости истечения жидкости из щелевого сопла (или давлением). В устройстве используется автоматическая система поддержания режима автоколебаний. 3 ил. & (Л ND ЭО 30

r--hv .1

-Uj- 2

22

W

Фм.1

15

/3

ери2.2

2

Редактор И.Николайчук

Составитель В.Чернов

Техред Л.Сердюкова Корректор Е.Рошко

7257/4Ь

Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Мос ква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг.З