Составной образец для испытания материала на растяжение и смятие Советский патент 1992 года по МПК G01N3/00 

РгтадД

Х|

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания материала на растяжение и смятие. Цель изобретения - повышение достоверности испытаний материала за счет исключения местного изгиба образца в рабочей части при нагружении на однокомпо- нентной испытательной машине Составной ооразец для испытания материала на растяжение и смятие содержит пластину испытуемого материала, имеющую центральную рабочую часть и концевые захватные части, и элементы для приложения усилий, выполненные в виде двух идентичных плоских накладок. Накладки расположены симметрично на широких гранях пластины, одни концы накладок соединены болтовым соединением с центральной частью пластины, другие концы накладок соединены неразъемным соединением с одной из захватных частей пластины, а площадь F поперечного сечения каждой из накладок выбирают из условия F (7С d д/2 О 7С d 6 b/2 ( b d ) О где b и d - ширина и толщина центральной части пластины d - диаметр болта, t ,

Изобретение относится к испытаниям материалов, в частности, к составным образцам для исследования влияния двухпа- раметрического нагружения (сочетание растягивающих напряжений с напряжением смятия) на статическую прочность и устаЛОСТо.

Известна конструкция образца для испытания на усталость при од.-;оосном растяжении (однопараметрическом нагружении), предсовляющая собой пластину испытуемого материала, имеющую центральную рабочую часть и концевые захватные . Нагружение такого образца осуществляется на широком классе одноканальных испытательных машин путем приложения растягивающей нагрузки Рр к захватным частям.

Недостатком конструкции образца является то, что невозможно осуществить со вместное нагружение отверстия образца напряжениями растяжения и .смятия на од- ноканальной испытательной машине

Для реализации двухпарйметрического нагружения образец должен быть специальным образом доработан. Доработка заключается в том, что в центральной рабочей части пластины устанавливается элемент в виде цилиндрической чашки для приложения дополнительного усилия к отверстию и соединяется с пластиной болтовым соединением.

Однако такой образец является асимметричным (наличие чашки с одной сторо- ны) и не исключает возможности возникновения в рабочей части образца местных изгибных деформаций, влияющих на характеристики усталости: для испытания такого образца требуются дорогостоящие специальные двухканальные испытательные машины.

Цель изобретения - исключение мест- ных изгибных деформаций рабочей части образца и получение характеристик материала при его двухпараметрическом нагруже- нии на одноканалыюй испытательной машине,

Цепь достигается тем, что в предлагаемой конструкции образца элементы для приложения дополнительного усилия к отверстию выполнены в виде двух идентичных плоских накладок определенного попереч- ного сечения, расположенных симметрично на широких гранях пластины, одни концы накладок связаны боптовым соединением с центральной частью пластины, а другие неразъемным соединением с одной из захват- ны:. частей.

На фиг. 1 изображен образец-прототип1 на фиг, 2 и 3 - конструкция составного образца; на фиг. 4 - схема загрузки образца; на фиг. 5 и 6 - рекомендуемая схема тензо- метрии образца.

Образец состоит из пластины 1 испытуемого материала (фиг. 2 и 3} и двух идентичных загружающих накладок 2, одни концы которых связаны болтовым соединением 3 с центральной частью, а другие неразъемным соединением (например, закупочным 4) с одной из захватных частей.

Симметричное относительно центральной пластины расположение загружающих накладок исключает возникновение местных изгибных деформаций. Такое расположение и закрепление накладок (из условия совместности деформаций центральной пластины и загружающих накладок) допоя- нительно к растягивающим напряжениям обеспечивает нагрузку отверстия напряжениями смятия, Поднагрузка напряжения смятия отверстия центральной пластины обеспечивается за счет совместности де формации и центральной пластины и загружающих накладок на участке между точками их взаимного крепления, где напряжения в центральной пластине и загружающих накладках равны между собой.

Принятая в расчете схема загрузки образца приведена на фиг. 4. Расчет образца заключается в определении площади поперечного сечения накладок (FH) по заданным

напряжениям 7рет-то (арру™) и aci или соотношению OCM Кор при выбранных ширине (Ь) и-толщине (5у) пластины и диаметре болтового соединения.

Размеры пластины и болтового соединения определяются, исходя из следующих условий.

Материал, полуфабрикат и толщина пластины, диаметр болтового соединения должны соответствовать натурной конструкции.

Ширина пластинь, выбирается такой, чтобы по возможности имитировать условия нагружения натурной конструкц с:. Так, например, для деталей огрсниченг ои шмрини типа шпангоутов, лонжеронов, силовых балок желательно выдерживать соотношения диаметра болтового соединения и ширины данной детали (шага болтов в поперечном направлении). Для деталей, имеющих большую протяженность в поперечном направлении, достаточно принять ширину пластины равную 6 диаметрам болтового соединения, если не преследуется каких-либо других целей (например, изучение влияния напряжений смятия на скорость развития трещины).

Величина площади поперечного сечения накладок определяется из условия совместности деформации накладок и пластины на участке под накладками, которое можно записать в следующем виде

F брутто . Е1

PCM I TFH Е2

(1)

где - длина участка совместной деформации;

Еч и EZ - модуль упругости материалов пластины и накладки;

FJ рутто - площадь пластины в брутто- сечении;

FH - площадь сечения одной накладки

Для упрощения дальнейших расчетов принято, что пластина и накладка выполнены из одного материала, т.е, EI Ј2 Е,

Из уравнения (1) определяют FH

см

Fy

.брутто

2 Рг

(2)

где Рем OCM d 5y

Pp - ofTTO F HeTTO;

Pp apipyTTO -F/pyTTO; F брутто ш b . л .

FyHeTTO (b-d)5y.

Подставляя в уравнение

значения асм , (7ретто, получают

FH

OCM d 6j b dy OCM d 5y b

(b-d}dy 2ffЈeTTO()

Подставляя в уравнение (2) заданные значения OCM, 0рбрутто, получают

F РЬм d бу F |РУТТО (7СМ d бу н 2 0-брутт° р урутто 2а6рутто

Толщина накладки (бц) определяется из условия

0см

накладки

0В

где - предел материала накладки. Это условие обеспечивается, еслм

бн

Р М

20в d

Соответственно ширина рабочего сечения накладки будет равна

h - FH

Суммарная нафузка (РЈ Рр + Рсм), которую необходимо приложить к захватным частям образца для реализации заданных режимов нагружения (0р и оьм ), определя- ется по формулам

аГтП(ь)

(7р ( D - d )

(3)

РЈ (

О р

При формирование образца необходимо учесть следующие требования.

Обеспечивают минимальные зазоры между болтом и отверстиями в пластине и накладках. Рекомендуется изготовление по 2-За классу точности Повышенные зазоры приводят к задержке включения загружающих накладок, обеспечивающих подгруз- ку напряжениями смятия.

Затяжку болта следует определить из условий методики эксперимента. Так для определения влияния напряжений смятия на долговечность соединения затяжку болта не производить. Для воспроизведения экс; плуатационных условий нагружения соединения применять тарированную затяжку болта.

Загружающие накладки формировать таким образом (фиг. 3), чтобы предусмотреть установку тензодатчиков для контроля соотношения между напряжениями СМЯТИР 5 и растяжения. Истинные значения действу ющих напряжений смятия и растяжения определяются по нагрузке, действующей на захваты испытательной машины с учетом результатов тензометрии образца.

0 При испытании образец загружается следующим образом.

Нагрузка (Pf - РР i РСм) прикладываете к обоим концам образца, но на участке со BMecfHoro деформирования пластины и нь

5 кладок она распределяется межд пластиной (Рр) и накладками (Рем)

Нагрузка РСм, проходящая по нгклад- кам, передается на пластину болтом, загру жающмм отверстие пластины напряже

0 ниями смятия.

Формула изобретения Составной образец для испытания ма териала на растяжение и смятие, содержащий пластину испытуемого материала

5 имеющую центральную рабочую часть и концевые захватные части, и элементы дл приложения усилий, соединенные болто вым соединением с центральной рабочей частью пластины, отличающийся тем

0 что, с целью повышения достоверности испытаний материапа за счет исключения местного изгиба образца в рабочей части при нагружении на однокомпонентной испытательной машине, элементы для приложения

5 усилий выполнены в виде двух идентичных плоских накладок, расположенных симметрично на широких гранях пластины, одни концы накладок соединены болтовым соединением с центральной частью пластины,

0 другие концы соединены неразъемным соединением с одной из захватных частей пластины, а площадь F поперечного сечения каждой из накладок выбирают из условия

45

Ос d д ис d 6 b

la

2(b d)a

где b и б - соответственно ширина и толщина центральной части пластины; d - диаметр болта

а - напряжение растяжения (брутто) материала центральной части пластины;

сг - напряжение растяжения (нетто) материала центральной части пластины;

Ос напряжение смятия материала центральной части пластины