Установка для испытания на трещиностойкость плоских образцов с концентратором Советский патент 1992 года по МПК G01N31/18 

Р Шиг1

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов и может быть использовано при создании средств испытания крупногабаритных (весом более 100 кг) компактных образцов на статическую и циклическую трещиностойкость в условиях повышенных температур.

Известна установка для испытания материалов на трещиностойкость, содержащая основание, на котором закреплены механизм нагруженил, включающий привод, кинематически связанный с захватом для крепления образца, а также системы управления и регистрации параметров испытаний.

Недостаток описанной установки - отсутствие средств, обеспечивающих испытания крупногабаритных (весом более 100 кг) компактных образцов, в частности средств, снижающих вероятность разрушения установки от воздействия на нее динамических нагрузок при лавинном окончательном разрушении крупногабаритного компактного образца. Поэтому описанная установка является недостаточно надежной в эксплуатации.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка для испытания на трещиностойкость плоских образцов с концентратором, содержащая захваты со стержневыми фиксаторами образца, связанное с захватами средство для создания растягивающей нагрузки, печь для нагрева образца и систему регистрации и управления параметрами испытаний,

Однако описанная установка недостаточно надежна. Это обусловлено отсутствием в ней средств, ограничивающих возможность разрушения элементов установки, например печи, при окончательном лавинном распространении трещины вследствие выделения при этом энергии, накопленной в системе машина - образец, что, з частности, выражается в получении фрагментами разрушившегося крупногабаритного (весом более 100 кг) компактного образца большой кинетической энергии.

Цель изобретения - повышение надежности путем предотвращения поломки установки при разрушении образца.

Поставленная цель достигается тем, что о установке для испытания на трещиностойкость плоских образцов с концентратором, содержащей захваты со стержневыми фиксаторами, связанное с захватами средство для создания растягивающей нагрузки, печь для нагрева образца и систему регистрации и управления параметрами испытаний, печь пыполнена разъемной „ виде двух

симметричных частей с плоскостью разъема, перпендикулярной оси захвата, а в каждой части корпуса печи выполнены отверстия для соединения со стержневыми

фиксаторами захватов.

Установка, кроме того, снабжена регулируемыми упорами, предназначенными для фиксации образца в полости печи.

В предлагаемой установке обеспечивается нагрев образца в диапазоне температур 293 - 773 К. В процессе испытаний моделируется циклическое и статическое нагружение материала корпуса атомного реактора типа ВВЭР.

Печь в предлагаемой установке выполнена из двух симметричных частей. При этом плоскость симметрии печи является одновременно и плоскостью симметрии образца - совпадает с предполагаемой плоскостью распространения трещины.

Таким образом, обеспечивается уменьшение градиента температуры именно в плоскости предполагаемого роста трещины,

Печь выполнена разъемной по плоскости симметрии с целью исключения ее повреждения движущимися внутри пространства печи половинками разрушившегося образца. Поскольку половинки печи

и половинки образца жестко соединены общей для них нагружающей шпилькой, то в момент окончательного лавинного разрушения образца происходит перемещение половинки (фрагмента) образца и половины

печи как единого целого, для чего служат также регулируемые посредством резьбового соединения упоры. Упоры изготовлены регулируемыми для выбора зазоров между поверхностью образца и упором, если размеры образца отличаются от стандартных, а также для температурной компенсации, исключающей нагружение печи расширяющимся при нагреве образцом.

Разрушение образца происходит при

достижении текущим коэффициентом интенсивности напряжений критического значения Kic в случае статического нагружения или критического значения Кс в случае циклического нагружения. Поскольку скорость

распространения трещины при окончательном разрушении образца составляет в исследуемых сталях сотни метров в секунду при длине распространения трещины 0,1 -0,2 м, то время разрушения составляет лишь доли

секунды, что и определяет лавинный характер окончательного разрушения.

На фиг.1 схематически показана предлагаемая установка; на фиг,2 - печь в момент разрушения образца.

Установка (фиг 1) для испытания материалов на трещиностойкость содержит основание, на котором закреплен механизм нагружения, включающий привод, обеспечивающий как циклическое, так и статическое нагружение (не показаны) и кинематически связанный с захватами 1 и 2. Установка снабжена разьемной печью 3, которая изготовлена из двух симметричных относительно захватов 1 и 2 частей. Каждая часть печи 3 посредством нагружающих шпилек 4 соединена с соответствующим захватом (1 или 2) и образцом 5 Во внутренней полости печи 3 имеются регулируемые упоры 6.

Описываемая в примере установка предназначена для испытания при нагреве до 573 - 773 К компактных образцов толщиной 150 мм из корпусных теплоустойчивых сталей ферритно-перлитного класса, а также других металлических материалов

Установка снабжена, кроме того, системой регистрации параметров испытаний, включающей набор термопар типа хромель - коппель, закрепленных на образце 5 и соединенных с многоточечным вторичным прибором типа КСП-4, а также системами измерения нагрузки и длины трещины, выполненными в соответствии с РД 50-345-82.

Установка снабжена системами управления, Нагревом образца 5 управляют посредством системы ВРТ-3, а нагружением - системой с установки ЦД 200/400 Пу.

Предлагаемая установка работает следующим образом.

Компактный образец 5 толщиной 150 мм размещают в полости печи 3. При этом с помощью регулируемых упоров 6 добиваются совмещения отверстий под шпильки 4 в образце 5 и в печи 3, а также ограничивают перемещение образца 5 в пространстве печи 3 Затем при помощи шпилек 4 части печи 3 и образец 5 соединяют с захватами 1 и 2 машины, после чего к захватам 1 и 2 прикладывают предварительную нагрузку до 50 кН для фиксации образца 5 в требуемом положении (плоскость симметрии образца 5, соответствующую плоскости распространения трещины, устанавливают перпендикулярно вертикальной оси захва- тов 1 и 2) и задают зазоры порядка 1,5 - 2,5 мм между упорами 6 и поверхностью образца 5.

В таком положении образец 5 подвергают нагреву до заданной температуры (в диапазоне 293 - 773 К). Добиваются равномерности нагрева образца 5 по всему его объему. Температуру контролируют при помощи термопар. Затем выбирают зазоры между упорами 6 и поверхностями образца

5 и подвергают образец 5 нагружению. При этом регистрируют текущие значения нагрузки, температуры, длины трещины, а также числа циклов нагружения в случае циклического нагружения.

При разрушении образца 5 энергия, накопленная в нем, практически полностью уходит на распространение трещины и не деформирует узлы установки, в частности, печь (фиг.2)

Формула изобретения

1 Установка для испытания на трещиностойкость плоских образцов с концентратором, содержащая захваты со стержневыми фиксаторами для образца,

связанное с захватом средство для создания растягивающей нагрузки, печь для нагрева образца и систему регистрации и управления параметрами испытаний, отл ичающаяся тем, что, с целью

повышения надежности путем предотвращения поломки установки при разрушении образца, печь выполнена разъемной в виде двух симметричных частей с плоскостью разъема перпендикулярной оси захватов, а

в каждой части корпуса печи выполнены отверстия для соединения со стержневыми фиксаторами захватов.

2. Установка по п.1, отличаю- щ а я с я тем, что она снабжена регулируемыми упорами, предназначенными для фиксации образца в полости печи.

1748055