Установка для испытания образца на термомеханическую усталость Советский патент 1991 года по МПК G01N3/60 

Фиг.1

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям на прочность.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени испытаний за счет повышения скорости изменения температуры.

На фиг. 1 изображена установка, общий вид; на фиг. 2 - то же, в зоне термокамеры, поперечный разрез.

Установка содержит термокамеру 1, выполненную в виде эллиптических цилиндров с зеркальной внутренней поверхностью, захваты 2 и 3 для образца 4, обеспечивающие совпадение оси образца 4 с общей фокусной линией эллиптических цилиндров, излучатели 5, например трубчатые ксеноновые лампы высокого давления, помещенные в других фокусных линиях каждого эллиптического цилиндра, тяги 6 и 7, связанные соответственно с захватами 2 и 3, нагружающее устройство 8, выполненное в данном случае в виде двухколонной испытательной машины, и датчик 9 усилия. Устройство охлаждения состоит из охлаждаемой втулки 10, соосной с образцом 4, и жестко связанных с охлаждаемой втулкой 10 отражательных пластин 11, например, с зеркальной наружной поверхностью, число которых равно числу эллиптических цилиндров и которые перпендикулярны большим осям соответствующих эллипсов, привод 12 для циклического смещения втулки вдоль оси образца. Для наблюдения за поверхностью рабочей части образца 4 в корпус термокамеры 1 вставлена трубка 13, охлаждаемая втулка 10 имеет соответствующую прорезь.

Установка работает следующим образом.

Образец 4 из испытуемого материала устанавливают в захваты 2 и 3 и нагружают с помощью нагружающего устройства 8, фиксируя нагрузку датчиком 9 усилия. К охлаждаемой втулке 10 подводят с помощью гибких шлангов (не показаны) охладитель, например воду, включают источники 5 излучения и привод 12, осуществляющий циклическое смещение втулки 10 вдоль оси образца. Нагрев образца производится одновременно всеми излучателями, лучистая энергия которых с помощью эллиптических цилиндров концентрируется на образце, когда охлаждаемая втулка 10 с отражательными пластинками 11 смещена вдоль одной из тяг и не препятствует попаданию лучистого потока от излучателей 5 на поверхность образца 4. Охлаждение образца 4 происходит при надвигании охлаждаемой втулки 10 на образец. Поскольку на втулке 10 укреплены отражательные пластины И перпендикулярно соответствующим большим осям эллипсов, результативный лучистый поток, приходящийся на устройство охлаждения, оказывается минимально возможным, вследствие чего устройство охлаж0

дения наилучшим образом выполняет свои функции.

Образец 4 охлаждается со всех сторон за счет непосредственного лучистого теплообмена между ним и внутренними стенками охлаждаемой втулки, при этом скорость охлаждения образца путем лучистого теплообмена оказывается наибольшей. Одновременно при охлаждении образца излучатели 5 термокамеры 1 повышают свой температурный потенциал, так как каждый эллиптический цилиндр оказывается замкнутым соответствующей отражательной пластиной с зеркальной поверхностью, на которую попадает весь лучистый поток от

излучателя и в наибольшей степени отражается от нее. Это способствует при очередном смещении охлаждаемой втулки 10 более быстрому нагреву образца при том же уровне подводимой мощности. В процессе испытаний как при нагреве, так и при охлаждении через трубку 13 производится контроль за состоянием поверхности образца.

Термокамера может иметь от двух до восьми эллиптических цилиндров. Нижний предел обусловлен, по крайней мере, необхо5 димостью двухстороннего нагрева образца. Верхний же предел выбран исходя из следующего. При числе эллиптических цилиндров более восьми и неизменном поперечном размере охлаждаемой втулки фокальный параметр эллипса уменьшается, фокальная

0 линия приближается к стенке эллиптического цилиндра достаточно близко, что делает практически невозможным размещение в нем источника излучения достаточной мощности. Если же стремиться не уменьшать фокальный параметр эллипса, то эф

5 фективность нагрева будет снижаться из-за того, что излучатели эллиптических цилиндров частично будут облучать друг друга, т. е. плотность лучистого потока, попадающего на образец, будет уменьшаться.

0 Сокращение времени испытаний основано на существенном повышении эффективности работы устройства охлаждения образца, что связаногс одной стороны, с непосредственным лучистым теплообменом между образцом и охлаждаемой втулкой без про5 межуточного переизлучения, а с другой стороны, при таком конструктивном выполнении устройства охлаждения образца результативный лучистый поток, отражающийся от внутренних стенок термокамеры на охлаждаемую втулку, будет наименьшим,

0 т. е. в полуцикле охлаждения на само устройство охлаждения попадет наименьшее количество тепла от излучателей.

В самом деле, для двух поверхностей, образующих замкнутую систему, т. е. в дан- 5 ном случае для поверхности F отражательной пластины и поверхности F внутренних стенок эллиптического цилиндра результативный лучистый поток равен

Qi27o Јo(ri)-Јo(r2)//.2,

где Eo(Ti) и Јo() - энергия полного полусферического излучения поверхностей, Ft и FZ ,

Н«-взаимная поверхность излучения поверхностей F и F2.

Минимальный результативный поток при прочих равных условиях будет при минимальном значении величины . Учитывая, что Я12 ф12/м, где - угловой коэффициент, показывающий, какая часть полусферического лучистого потока, испускаемая поверхностью F падает на поверхность F2, и что в данном случае , минимальное значение будет при минимальной величине поверхности отражательной пластинки F. Это может быть лишь тогда, когда поверхность отражательной пластины является плоской и перпендикулярной большой оси соответствующего эллипса, при этом ббльшая часть лучей, отражаясь от внутренних стенок эллиптического цилиндра, попадает на пластину под наиболее острыми углами, т. е. меньше ее облучает, а следовательно, меньше нагревает охлаждаемую втулку, кроме того, при этом на каждую отражательную пластинку, как показывает анализ хода лучей, попадает излучение только от соответствующего одного эллиптического цилиндра. В любом другом случае, т. е. при любой другой форме и ориентации отражательных поверхностей, результативный лучистый поток будет большим, так как попадание на отражательную поверхность лучей будет происходить под менее острыми

углами и более чем от одного эллиптического цилиндра.

Формула изобретения

1.Установка для испытания образца на

термомеханическую усталость, содержащая термокамеру в виде эллиптического цилиндра с размещенным в одном из его фокусов нагревателем в виде источника чения, захваты для образца, установленные вдоль оси второго фокуса цилиндра и предназначенные для передачи на образец механической нагрузки, устройство для охлаждения образца и подвижный относитель5 но нагревателя экран, -отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени испытаний за счет повышения скорости изменения температуры, термокамера выполнена с дополнительными эллиптическими цилиндрами с дополнительными

0 источниками излучения в первом фокусе каждого цилиндра и единым вторым фокусом, экран выполнен в виде сопряженные одна с другой пластин по количеству источников излучения, плоскость каждой

,- пластины перпендикулярна большей осп соответствующего ей эллиптического цилиндра и размещена между его фокусами, устройство охлаждения выполнено в виде подвижной в осевом направлении вгчлки, предназначенной для обхватывания обра шп,

о а экран и втулка установлены с возможностью синхронного перемещения в одном направлении.

2.Установка по п. I, отличающаяся тем, что количество эллиптических цилиндров находится в пределах от дв до восьми

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям на прочность. Цель изобретения - повышение точности и сокращение .времени испытаний за счет повышения скорости изменения температуры. Образец 4, установленный в захватах 2 и 3, помещают в термокамеру I в виде эллиптических цилиндров, в одном фокусе которых размещены нагреватели, а в другом (общем для всех) - образец 4. Образец обхватывает охладительная втулка 10 с жестко скрепленными с ней экранами, которые перемещаются вдоль образца: При цикле нагрева втулка 10 перемещается вдоль оси, обеспечивая нагрев образца излучением, а при охлаждении надвигается на образец. Экраны установлены так, что на образец попадает минимальный тепловой поток. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Фиг. 2.