Способ исследования объемной ползучести материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N3/10 

1- 7

-0

Изобретение может быть использовано для исследования объемной ползучести материалов как в условиях осевого сжатия, так и в условиях сложного напряженного состояния. Целью изобретения является повьшение точности путем создания в образце однородного напряженного состояния. Цилиндрический образец 9 и трубчатую :вставку 10 размещают между двух мембран 2. При создании сжимающего усилия путем повьшения давления в полостях 3 и 5 поперечные деформации образца 9 и мембран 2 будут равны, т.к. материал для мембран 2 выбирают из условия;|и„/Е, (и./Ео., где./и„ир„- козффициенты поперечной деформации материалов образца 9 и мембран 2, а Е и ЕО - их модули упругости. Материал вставки 10 выбирают из условия равенства его модуля.упругости и коэффициента поперечной деформации сЬ- ответствующим параметрам образца 10, в результате чего они будут деформироваться совместно, и влияние изгибовg мембран 2 в местах заделки сказывается тольк о на периферийную часть вставки 10 и не влияет на периферийную часть образца 9. 1 ил. (Л

t

10- Sщщ

ш

т

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования объемной ползучести материалов как в условиях осевого сжатия, так и в условиях сложного напряженного состояния.

Целью 1 зобретения является повышение точности путем создания в образце однородного напряженного состояния .

На чертехсе представлено устройство, реализующее способ при сложном напряженном состоянии образца.

Устройство содержит замкнутую камеру 1, заполненную жидкостью и разделенную мембранами 2 на изолированные полости 3-5, снабженные соответственно подводящими трубками 6-8. Цилиндрический образец 9 установлен между мембранами 2, а .концентрично ему установлена трубчатая вставка 10 с радиальным отверстием. { Замкнутая камера 1 размещена в замкнутом сосуде 11 , полость 12 которого заполнена жидкостью и соединена с атмосферой трубкой 13.

Способ исследования объемной ползучести материалов реализуется еле-., дующим образом.

Полости 3-5 и 12 заполняют жидкостью. Кольцевая полость, образованная образцом 9 и трубчатой вставкой 10, заполняется через радиальное отверстие.

Через подводящие трубки 6-8 в полостях 3-5 камеры 1 поднимают давление и создают в образце 9 сложное на- пряженное состояние. Реализация различных видов сложного напряженного состояния зависит от комбинации величин, создаваемых в полостях 3-5 давлений. При подаче в полости 3-5 оди- наковых давлений реализуется сложное напряженное состояние типа CJ, всестороннее сжатие образца 9. При : подаче в полость 4 давления, отличного от равных между собой давлений в, полостях 3 и 5, реализуется сложное напряженное состояние типа, ( - всестороннее сжатие образца 9 с наложением осевой силы. При подаче одинаковых давлений в полости 3 и 5 и отсутствии давлении мезаду ними реализуется одноосное напряженное состояние типа ff, 0;(52 0; G ,0 - осевое сжатие образца 9 (G| , , (Т) - на

пряжения по соответствующим осям, действующим на образец 9.) ,

Мембраны 2 выполнены из материала

с отношением коэффициента поперечной деформации u к модулю продольной упругости Е, равным отношению зтих характеристик материала исследуемого образца 9, в результате чего при

осевом сжатии цилиндрического образца 9 в нем возникают напряжения, под действием которых образец 9 деформи- руется. Продольная деформация определяется по закону Гука:

Е (П

f-io Е

где 6,0 продольная осевая деформация образца 9;

GQ - напряжение, приложенное к образцу 9;

EQ - модуль продольной упругости

материала образца 9. Образцы, работающие на растяжение Ш1и„ сжатие, испытывают помимо про-. дольных деформаций и поперечные,

которые определяются через коэффициент поперечной деформации fUo

rt, - О

( .

(2)

где f по - поперечная деформация образца 9.

Выразив из равенства (2) и подставив вместо правую часть выражения (I), получаем

- -в ° (3)

Так как осевое сжатие образца 9 осуществляют через мембраны 2, которые под действием давления рабочей жидкости также деформируются, то поперечная деформация мембраны 2 определяется аналогично:

-.(

. Ь-ПЛА р - м

(4)

где пм поперечная деформация мембраны 2;

рд,- коэффициент поперечной деформации материала мембраны 2 ; Е - модуль продольной упругости

материала мембраны 2; (j,f - напряжение, приложенное к

мембране 2.

Для исключения трения между мембраной 2 и исследуемым образцом 9 при совместном деформировании, поперечные перемещения мембраны 2 и образца 9 должны совпадать, что достц

гается при условии равенства попере ных деформаций „„ и f „ :

.г„,Епм.(5)

Подставляя в равенство (5) правы части выражений (3) и (4), с учетом того, что GO получаем

ЕО Е„

Таким образом, вьшолнение условия (б) обеспечивает совместную поперечную деформацию образца 9 и мембраны 2, исключая трение между ними и неоднородность напряженного состояния образца (бочкообразную форму).

Для компенсации изгиба мембран 2 вблизи мест заделки концентрично образцу 9 располагают равную ему по длине трубчатую вставку 10 и осевое сжатие образца 9 и вставки 10 осуще- ствляют совместно. В результате напряжения, которые должны были возникнуть на периферийной части образца 9 за счет изгиба мембран 2, перег носятся на периферийную часть встав- ки 10.

При подаче комбинации давлений в изолированные полости 3-5 замкнутой- камеры 1 образец 9 и вставка 10 де- формируют.ся. Осевая деформация образ ца ° определяется по закону Гука для трехосного напряженного состояни

10 ,

гдеС,о .ff-io

(7)

- напряжения по соответствующим осям, приложенные к образцу 9.

в

Осевая деформация вставки 10 определяется аналогично:

«в y..-(e«. . . (8) Е

где

модуль продольной упругости материала вставки 1uj И ц - коэффициент поперечной деформации материала встав- ки 10;

напряжения no соответствующим осям, приложенным к вставке 10.

Так как перенос дополнительных нагрузок, вызванных изгибом мембран 2 вблизи мест заделки на периферийную часть вставки 10, осуществляется при условии равенства высот образца 9 и вставки 10, то необходимо, чтобы это paBeHtTBO сохранилось при любых

Это возможно лишь в

- нагрузках. чае, когда

ю 15

20 25

- 30 6-8

-46 - О

Подставляя в (9) правые части НИИ (7) и (8), получаем 1

(9) выра же76+G-.

(Уб(

10 -(UC,(G;

зв

) .

(10)

35

40

45

Напряжения, приложенные к вставке 10, соответственно равны напряжениям, приложенным к образцу 9, так как вставка 10 и образец 9 находятся в одинаковых условиях нагружения, следовательно, равенство (9) выполняется при

. и pe(Ua.(П)

Таким образом, при выполнении условия (11) образец 9 и вставка 10 перемещаются совместно, и влияние изгиба мембраны 2 в месте заделки сказывается только на периферийную часть вставки 10, не нагружая периферийную часть образца 9 дополнительными нагружениями.

Объемные деформации образца 9 и вставки 10 и камеры I измеряют по уровням жидкости в подающих

и 13.

Изменение объемов полостей 3-5 подсчитывают из соотнощения

.Mi.-(SVp.

где i - индекс полостей 3-5 и соответствующих им трубок 6-8; d. - внутренний диаметр трубки

i-й полости;

- изменение объема жидкости вследствие ее сжатия давлением р; .

Одновременно измеряют изменения уровня жидкости fil-p в трубках 13 и подсчитывают изменения объема замкнутой камеры 1 uV..

(li)

UV,

Pi

U M.-f

(13)

50

к )

где d - внутренний диаметр капиллярной трубки 9.

Объемную ползучесть исследуемого образца ДУ при заданных условиях на- гружения вычисляют по разности изменений объемов и &V) с учетом изменения объема втулки ЛУь.

V uVj-;-fc.VK.(14)

. I

Способ позволяет повысить достоверность исследований за счет исключения неоднородности напряженного

51

состояния образца при сжатии, связанного с бочкообразованием.

Формула изобретения

Способ исследования объемной ползучести материалов, заключающийся в осевом сжатии цилиндрического образца и измерении его объемной, деформации, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности, ежа тие образца осуществляют совместно с равной ему по длине трубчатой вставкой, расположенной концентрично вокруг него, путем воздействия на

412426

торцы вставки и образца эластичными мембранами, материал для вставки выбирают из условия равенства его модуля упругости и коэффициента поперечной деформации этим же параметрам образца, а материал для эластичных мембран выбирают из условия (U« ЕО

коэффициенты поперечной деформации материалов мембраны и образца; модули упругости мате- риалов мембраны и об-- разца.

10

где

ЕМ (лдИ («о

15