Установка для испытания материалов на растяжение при гидростатическом давлении Советский патент 1992 года по МПК G01N3/10 

Изобретение относится к устройствам для испытания материалов на растяжение при одновременном действии гидростатического давления и может быть использовано для исследования механических свойств полимеров и композитов на их основе, которые проявляют существенную зависимость механических характеристик от гидростатического давления. Исследования подобных зависимостей является необходимым для успешного проектирования узлов и деталей из подобных материалов, подвергающихся в процессе эксплуатации воздействию жидкостей и газов под высоким давлением.

Известны устройства для испытания материалов на растяжение в гидростатически сжатой жидкой среде. Примером может служить установка для испытания материалов под напряжением в различных средах при повышенных температурах и давлениях, в которой перемещение подвижного захвата вызывает изменение объема испытательной камеры, что естественным образом приводит к изменению давления жидкой среды и необходимости оснащения установки устройством компенсации этого изменения объема, Отсутствие устройства компенсации не позволяет поддерживать давление среды в испытательной камере на заданном постоянном уровне, что существенно снижает точность измерений при испытании материалов с сильной зависимостью механических свойств от гидростатического дав- ления (такая проявляется у дисперснонно-упрочненных полимерных композитов с эластичной матрицей), или при испытании материалов с большой величиной предельной деформации, поскольку падение давления в этом случае может быть незначительным.

Известна также установка высокого давления для исследования механических свойств материалов, содержащая раму и укрепленный на ней сосуд высокого давления с затвором и прессом для создания усилия на образец, нагружающий мультипликатор и пресс для его подъема. С целью повышения точности измерений эта установка снабжена вторым мультипликатором, который предназначен для компенсации падения давления жидкой среды в результате изменения объема камеры в процессе испытания. Изменение объема камеры происходит вследствие изменения положения рабочего штока, передающего растягивающее усилие на образец.

Существенным недостатком этой установки является то, что максимальная скорость деформации образца при испытании ограничена возможностями системы компенсации падения давления в испытательной камере, что существенно снижает диапазон условий исследования механических свойств материалов. Точность результатов,

полученных при испытании материалов на обсуждаемой установке, зависит от величины погрешности, с которой удается поддер- живать постоянным давление в испытательной камере с помощью компенсирующего устройства (второго мультипликатора). Для испытаний полимерных материалов с высокими скоростями нагру- жения известная установка вообще не пригодна, поскольку в этом случае второй

мультипликатор не способен компенсировать падение давления в испытательной камере.

В большей степени решает проблемы, связанные с испытаниями материалов в гидростатически сжатых жидких средах в широком диапазоне скоростей нагружения, установка для испытания образцов на растяжение-сжатие при гидростатическом давлении, содержащая испытательную камеру

с размещенными в ней захватами для крепления образца, устройство для нагружения образца осевыми усилиями, систему нагружения образца гидростатическим давлением и измерения давления, систему

измерения осевого усилия и перемещения захвата. С целью сохранения постоянства объема испытательной камеры в процессе испытания материалов и повышения точности измерений рабочий шток установлен

внутри камеры с помощью уплотнений параллельно ей оси, выполнен с длиной, превышающей высоту испытательной камеры на величину его рабочего хода и жестко соединен с подвижным захватом посредством

кронштейна.

Недостаток установки заключается в повышенных требованиях к герметичности подвижных соединений между линейно перемещающимся штоком и испытательной камерой. Увеличение рабочего давления в испытательной камере требует увеличения усилия затяжки сальника в подвижном уплотнении для обеспечения надежной герметичности соединения. При этом возрастают силы трения между сальником и перемещающимся в нем рабочим штоком, что ведет к быстрому износу сальника и нарушению герметичности соединения. Указанные ограничения значительно снижают возможности исследования свойств полимерных материалов с помощью обсуждаемой установки при высоких гидростатических давлениях, достигающих 100 МПа и более.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей и снижение энергоемкости.

Цель достигается путем выполнения штока в виде поршня, торец которого раз- мещен в камере, что позволяет существенно снизить требования к герметичности подвижного соединения рабочего штока с испытательной камерой.

На чертеже представлена принципи- альная схема установки для испытания материалов на растяжение при гидростатическом давлении.

Образец 1 устанавливается в захватах 2 и 3. Нижний пассивный захват 2 жестко крепится к днищу внутреннего кожуха 4, жестко связанного с массивной крышкой- втулкой 5. Крышка устанавливается в верхней части испытательной камеры 6. Герметичность соединения крышки и каме- ры обеспечивается за счет уплотняющей прокладки 7, которая поджимается гайкой 8 через кольцо 9. Активный верхний захват 3 связан с динамометром 10, который соединен шарнирно с подвижным штоком 11. Шток имеет возможность перемещаться в осевом направлении в крышке-втулке 5. Уплотненное кольцо 12, поджимаемое гайкой 13, обеспечивает герметичность подвижного соединения шток-втулка. Шток 11 выпол- нен в виде поршня, торец которого, связанный с активным захватом 3, размещен в камере. Шток 11 жестко соединен с вилкой 14, связанной через шарнирные опоры 15 с копиром 16. Вилка 14 перемещается

одновременно со штоком 11 в направляющей втулке 17. Рейка находится в зацеплении с зубчатым колесом 18, установленным на кронштейне 19. На этом же кронштейне установлены шарнирные опоры 20, в которых перемещается копир 16. Вращение колеса 18 осуществляется от привода известного типа (показан), состоящего из асинхронного электродвигателя типа червячного редуктора, позволяющего задавать пять скоростей вращения колеса.

Испытательная камера 6 устанавливается на нижней плите 21 в защитном внешнем кожухе 22. Кронштейн 19, электропривод колеса 18 и втулка 17 монтируются на верхней плите 23, связанной с нижней массивными колоннами 24. Жидкая среда (силиконовое масло) подается в испытательную камеру через штуцер 25 и аккумулятор давления известного типа.

Формула изобретения Установка для испытания материалов на растяжение при гидростатическом давлении, содержащая испытательную камеру с размещенными в ней активным и пассивным захватами, копир с приводом, размещенный вне камеры, шток, связывающий копир с активным захватом, и источник давления, соединенный с камерой, отличающаяся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей и снижения энергоемкости, шток выполнен в виде поршня, торец которого, связанный с активным захватом, размещен в камере.

Изобретение относится к устройствам для испытания материалов на растяжение при одновременном действии гидростатического давления. Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей и снижение энергоемкости. Образец 1 размещают в испытательной камере 6 в захватах 2 и 3. Шток 11 выполнен в виде поршня, торец которого, связанный с активным захватом 3, размещен в камере 6. При повышении давления в испытательной камере 6 образец 1 нагружается внешним давлением, а также растягивающим усилием от действия давления в камере 6 на торец штока 11. Величина растягивающего усилия регулируется путем перемещения копира 16. 1 ил. 15 Н .16 сл С VI 4 ;ГО О VI О