Способ испытаний образцов материалов на ползучесть Советский патент 1992 года по МПК G01N3/18 

(Л

С

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испытаний образцов материалов на ползучесть. Целью изобретения является повышение точности и надежности определения деформации ползучести Подвешивают одним концом стержневой образец с грузом, периодически возбуждают свободные колебания системы образец-груз, по изменению параметров которых судят о ползучести материала, при этом груз с образцом соединяют жестко. Для дополнительного повышения точности в поле температур, неравномерном вдоль оси образца, предлагается груз выполнить плоским с плоскостью, перпендикулярной оси образца. 1 з п. ф-лы.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам испыта- ний материалов на ползучесть, и может быть использовано в полях ионизирующих излучений и высоких температур.

Известен способ испытания образца материала на ползучесть, заключающийся в том, что закрепляют стержневой образец одним концом в захвате испытательной машины, нагревают его до заданной температуры, к другом концу образца прикладывают постоянную нагрузку в виде груза и периодически определяют деформацию образца, по которой судят о ползучести (Борздыка A.M. Методы горячих механических испытаний металлов. М.: Металлургиздат, 1955, с. 87-89).

Недостатками этого способа являются невысокие точность и надежность при проведении испытаний в условиях облучения, что связано с влиянием излучения на средства измерения деформации. Периодическое извлечение образца из установки для измерения деформации в этом случае исключается.

Известен также принятый за прототип способ испытания образца материала на ползучесть, заключающийся в том, что подвешивают стержневой образец одним концом в захвате испытательной машины с возможностью качания относительно точки подвеса, нагревают его, измеряют геометрические размеры и массу груза, присоеди- няют груз к другому концу образца, периодически возбуждают свободные колебания качания системы образец-груз и измеряют перио-д колебаний, с учетом изменения которого, а также массы и геометрических размеров груза судят о деформации ползучести образца (В.М.Баранов, Л.И.Лавейкин, К.В.Набойченко. Способ испытания образца материала на ползучесть. Положительное решение от 29.11.89 г., по

VJ

СП СО CJ 00

заявке № 4629134/25-28 (182950), от 30.12.88 г., кл С 01 N3/18).

Недостатком данного способа является невысокая точность измерения деформации ползучести образца. Это связано с тем, что при нежестком соединении образца и груза происходит их взаимное смещение в процессе колебаний, вызывающее изменения момента инерции системы относительно точки подвеса и расстояния от этой точки до центра масс маятника. Поскольку указанные параметры входят в соотношение, описывающее закономерность колебаний физического маятника и определяющее зависимость периода его колебаний от масс и размеров его элементов, в частности, от длины образца, нестабильность их значений обусловливает недостаточно высокую точность измерения деформации ползучести. Кроме того, при нежестком креплении образца и груза затруднен или невозможен выбор работоспособного в полях ионизирующих излучений способа возбуждения колебаний, обеспечивающего наименьшее смещение груза относительно образца. Вследствие этого способ недостаточно надежен и прост,

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности, надежности и упрощение способа испытания образца материала на ползучесть.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что измеряют массу стержневого образца, геометрические размеры и массу груза, подвешивают образец одним концом с возможностью качания относительно точки подвеса, к другому концу образца присоединяют груз, периодически возбуждают свободные колебания качания системы образец-груз и измеряют период колебаний системы, с учетом изменений которого, а также массы образца, массы и геометрических размеров груза судят о деформации ползучести образца,согласно предлагаемому изобретению, груз соединяют с образцом жестко.

Для повышения точности измерения деформации ползучести в неравномерном вдоль оси образца температурном поле груз выполняют плоским, а образец присоединяют перпендикулярно плоской поверхности груза.

Жесткое крепление образца и груза позволяет повысить точность измерения деформации ползучести за счет исключения изменения момента инерции системы образец-груз относительно точки подвеса и расстояния от центра масс системы до этой точки, которые используются при расчете

деформации образца по периоду колебаний системы, и определяют закономерность колебаний физического маятника. Такое крепление исключает вредные колебания груза

относительно образца. Кроме того, повышаются удобство и надежность способа за счет расширения возможностей выбора и использования более простых и работоспособных в условиях испытаний способов

0 возбуждения колебаний.

Выполнение .груза плоским и присоединение образца перпендикулярно плоскости груза позволяет повысить точность измерений деформации ползучести в неравномер5 ном вдоль оси образца температурном поле, поскольку именно в этом случае в наименьшей мере изменяются за счет изменения температуры и размеров груза при колебаниях момент инерции системы относитель0 но точки подвеса и расстояние от центра ( масс системы до этой точки, определяющие зависимость периода колебаний маятника от длины образца (по которой судят о деформации образца).

5Способ реализуют следующим образом.

Измеряют массу образца и геометрические размеры и массу груза. Образец подвешивают одним концом с возможностью качания относительно точки подвеса, кдру0 тому концу образца жестко присоединяют груз. Периодически возбуждают свободные качания системы образец-груз и измеряют период ее колебаний. Для возбуждения колебаний и регистрации их периода исполь5 зуют любые работоспособные в условиях испытания способы. По изменению периода колебаний системы с учетом массы образца, массы и геометрических размеров груза судят о деформации ползучести образца.

0 Для расширения температурного диапазона испытаний образец нагревают.

Для повышения точности при проведении испытаний в неравномерном вдоль оси образца температурном поле груз выполня5 ют плоским, а образец жестко присоединяют перпендикулярно плоскости груза.

Проверку работоспособности способа проводили на лабораторном макете. Использовали медные стержневой образец

0 длиной 400 мм диаметром б мм и массой 100 г и груз в форме диска диаметром 120 мм, высотой 10 мм и массой 1 кг. Образец одним концом свободно подвесили с возможностью качания, другим концом жестко соеди5 нили с диском в центре и перпендикулярно его плоской поверхности. В узле подвеса использовали ножевую опору. Применяли источник света, оптическую систему, электрическую систему с фотоэлементом, затемняемым стержнем в положении равновесия,

частотомер-хронометр и другое оборудование. Периодически возбуждали свободные колебания системы и измеряли периоды колебаний. В промежутках времени между сериями колебаний и измерений маятник нагревали для ускорения процесса ползучести. По изменению периода колебаний системы с учетом массы образца и массы и геометрических размеров груза определяли изменение длины образца, Для этого использовали известную зависимость периода колебаний физического маятника от его момента инерции относительно точки подвеса и расстояния от центра масс до оси качания:

T 2nirSr

где Т - период колебаний системы образец- груз;

I - момент инерции системы относительно оси качания;

m - масса маятника (образца и груза);

g - ускорение свободного падения;

d - расстояние от центра масс маятника до оси качания.

В приведенном соотношении образца значения Г и d определяются массой и геометрическими размерами образца и груза. Для маятника из стержня длиной I и массой mi и диском радиусом г, высотой h и массой т2, соединенных указанным выше образом, справедливы выражения: Wt I , /, , h

d

t 1 ,/ . . II ч

-- -f ГП2 ( I + )

mir

mi ГП2

2

mil

I (l+5).

Полученные расчетные данные позволили построить зависимость периода колебаний системы от длины образца и деформации ползучести от времени, т.е. кривую ползучести. Согласно первой зависимости, в частности, начальной длине образца соответствует период колебаний 1,26971 с, а деформациям 1, 2 и 3% соответствуют периоды 1,27590. 1.28206 и 1,28819

с. Правильность определения деформации образца подтвердили несколькими непосредственными измерениями его длины компаратором в процессе испытаний.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет упростить испытания на ползучесть и повысить их точность и надежность. Кроме того способ обеспечивает расширение температурного диапазона исследований и повышение точности определения деформации ползучести в неравномерном вдоль оси образца температурном поле. Формула изобретения

что измеряют массу стержневого образца, геометрические размеры и массу груза, подвешивают образец одним концом с возможностью качания относительно точки

подвеса, к другому концу образца присоединяют груз, периодически возбуждают свободные колебания качания системы образец-груз и измеряют период колебаний системы, с учетом изменений которого, а

также массы образца, массы и геометрических размеров груза судят о деформации ползучести образца, отличающийся тем. что, с целью повышения точности и надежности, а также упрощения способа путем упрощения возбуждения свободных колебаний качания, груз с образцом соединяют жестко.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что при неравномерном вдоль оси образца температурном поле груз выполняют плоским, а образец присоединяют перпендикулярно плоскости груза.