Центробежная установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии Советский патент 1992 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытаний на растяжение образцов материалов листовых и стержневых конструкций, применяемых в строительстве, машино-, судо-, самолето- и ракетостроении.

Известна центробежная установка для испытаний образцов материалов, в которой. производительность испытаний повышается за счет сокращения времени на разгон установки.

Однако данная установка не позволяет производить многоосное загружение, а испытания не отражают деформационные свойства материала.

Известна центробежная установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии, содержащая основание,

установленную на нем платформу с приводом вращения, закрепленные на платформе радиальные направляющие с размещенными на них гидроцилиндрами двустороннего действия, заполненные средой, и захваты образца, а в каждом гидроцилиндре размещен подпружиненный в направлении оси поршень.

Недостатком данной установки является сложность и габаритность конструкции инерционных масс, что ведет к повышению общих габаритов установки. Другим недостатком конструкции является проведение испытаний образцов только по двум осям, что не отражает поведение материалов испытываемых образцов в большинстве реальных конструкций.

VJ

СЛ СЛ

О

о

Целью изобретения является упрощение конструкции установки при испытании листовых и стержневых конструкций.

Указанная цель достигается тем, что центробежная установка, содержащая основание, установленную на нем платформу с приводом вращения, закрепленные на платформе направляющие с расположенными на них с возможностью перемещения инерционными масса ми и захватами для образца, снабжена закрепленным на платформе кольцом, в котором направляющие установлены по радиусу, а инерционные массы выполнены в виде упругих колец. Центробежная установка снабжена также установленным на направляющих и взаимодействующим с упругими кольцами средством для создания преднапрйженного состояния испытуемого образца. Упругие кольца - инерционные массы размещают на направляющих либо последовательно таким образом, что направляющие проходят через их диаметр, а кольца взаимодействуют друг с другом посредством жестких опорных элементов, либо кольца меньшего диаметра размещают в кольцах большего диаметра.

На фиг.1 изображен общий вид установки; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З

-схема деформирования упругого кольца в результате действия центробежной силы в процессе работы установки; на фиг.4 - схема размещения упругих колец на одной оси; а,б - последовательно; в - кольцо в кольце; на фиг.5 - металлическое мембранное покрытие (общий вид); на фиг.б - схема размещения упругих колец и их деформирования вдоль стержня ОА при вращении относительно центра 0 (кольца закреплены на стержне ОА в точке А); на фиг.7 - то же, но кольца закреплены в точках А, В и С.

Центробежная установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии содержит опорную кольцевую раму

-платформу 1 с приводом вращения 2 и инерционные массы в виде упругих колец 3. Через упругие кольца 3 и опорную раму 1 проходят радиальные тяги 4, которые одним концом крепятся натяжными гайками 5 к наиболее удаленному от центра установки кольцу 3, а другим концом - к испытываемому образцу 6 через захваты 7. Одновременно упругие кольца 3 расположены на радиальных направляющих, вдоль которых за счет шлицевого соединения упругих колец 3 и опорных элементов 9 с радиальными тягами 4 они либо свободно перемещаются по всей длине направляющих 8, либо каждое из колец 3 фиксируется опорным элементом 9, закрепленным на тяге 4. Платформа 1 установлена на основании 10. До начала работы центробежной установки возможно нагружение образца с помощью натяжных гаек 5. В этом случае при работе центробежной установки на начальное статическое нагружение налагаются нагрузки за счет действия центробежных сил1

10

F m w -r.

где m - инерционная масса - масса упругого кольца;

w - угловая скорость;

г-радиус.

Причем усилия от центробежных сил F начнут повышать начальные усилия F0 только в случае, когда они превысят их, т е F F0. Этот фактор обеспечивает расширение вариантности загружения образца. Контроль подаваемого на образец 6 усилия производится с помощью, например, тензодатчи- ков, наклеенных на кольца 3, которые предварительно протарированы. Выбор

количества и размеров колец 3, которые могут быть разного диаметра, порядка их раз- мещения, а также осей нагружения определяют условиями работы листового материала или узла стержневой системы в

конструкции. С увеличением числа осей нагружения, что легко позволяет сделать конструкцию платформы в виде кольцевой опорной рамы, повышается и равномерность нагружения образца.

Пример 1. Определить смещение центра тяжести упругого кольца, которое происходит при вращении его относительно точки 0. Кольцо закреплено на стержне ОА - радиальной тяге - в точке А (фиг.З). Деформацией стержня ОА пренебрегаем. Известно значение центробежной силы при заданной угловой скорости w:

F m лг Ri.

Известно также изменение диаметра кольца, сжатого сосредоточенными силами, расположенными диаметрально противоположно:

А 0,149

Р-П Е I

где п - радиус кольца;

Е - модуль упругости материала кольца;

I - момент инерции сечения кольца. Отсюда путем последовательных приближений можно определить смещение центра тяжести кольца Оа, т.е.

R2-Ri+J2 где Ri - первоначальный радиус Зная Ra, уточняется значение центробежной силы F и т.д. Это решение является приближенным, так как не учитывается неоднородность деформирования кольца вследствие разных радиусов для каждого сечения.

Пример 2. Упругие кольца 3 закреп- лены на вращающемся нерастяжимом стержне ОА в точке А (фиг.6), а на фит.7 закреплены на опорных элементах в точках А, В и С.

За счет действия центробежных сил кольца деформируются, причем на наиболее удаленное от центра вращения О кольцо будут действовать также силы от двух других ко.- лец (фиг.6), а кольца на фиг.7 будут деформироваться только от собственных масс. При этом очевидно, что:

R I Ri Ri;

R2 R2;

Ra Rs R3,

следовательно во втором варианте на фиг.7 в целом будет развиваться меньшая центробежная сила, что легко рассчитать.

Показанные в примерах 1 и 2 варианты загружения листового образца позволяют отразить реальные условия работы матери- ала, например, для вращающегося относительно собственной оси цилиндра. При этом цилиндрическая оболочка под действием центробежных сил получит удлинение радиуса, которое, в свою очередь, увеличивает центробежные силы.

Одновременно оболочка, деформируясь, запасает упругую энергию. Практически полная аналогия будет осуществляться, если испытывать листовой образец.

Пример 3. На фиг.5 дана схема металлического мембранного покрытия. Эти системы обычно предварительно напрягают. На предлагаемой нами установке предварительное напряжение в мембране можно суммировать загружением образца до начала работы центробежной установки. Вторым этапом нагружения реального покрытия является нагружение ее собствен-

ным весом покрытия (утеплитель и т.п.). а также снеговой нагрузкой. Это загружение на образце будет обеспечено за счет работы центробежной установки. Таким образом, будет обеспечено взаимодействие по заданной программе начального поля нагружения с последующим.

Пример 4. В работе (3) приводится теоретическая оценка распределения напряжений вблизи отверстия, расположенного в тонкостенном цилиндре при его вращении. Отмечается резкое неравномерное распределение напряжений. Этот случай легко может быть проверен экспериментально на предлагаемой ycv« новке.

Формула изобретения

1.Центробежная установка для испытания образцов при плоском напряженном со- стоянии, содержащая основание, установленную на нем платформу с приводом ее вращения, закрепленные на платформе направляющие с расположенными на них с возможностью перемещения инерционными массами и захватами для образца, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции установки при испытании листовых и стержневых конструкций, установка снабжена закрепленным на платформе кольцом, в котором направляющие установлены по радиусу, а инерционные массы выполнены в виде упругих колец.

2.Установка по п.1,отличающая - с я тем, что она снабжена установленными на направляющих и взаимодействующих с упругими кольцами средством для создания преднапряженного состояния испытуемого образца.

3.Установка по п.1,отличающая - с я тем, что упругие кольца размещены на направляющих последовательно и таким образом, что направляющая проходит через их диаметр, а кольца взаимодействуют друг с другом посредством жестких опорных элементов.

4.Установка по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что упругие кольца меньшего диаметра размещены на направляющих внутри колец большего диаметра.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания на растяжение образцов материалов листовых и стержневых конструкций. Целью изобретения является упрощение конструкции установки при испытании листовых и стержневых конструкций. Это достигается тем, что центробежную установку, содержащую основание, установленную на нем платформу с приводом ее вращения, закрепленные на платформе направляющие с расположенными на них с возможностью перемещения инерционными массами и захватами для образца, снабжают закрепленным на платформе кольцом, в котором направляющие установлены по радиусу, а инерционные массы выполняют в виде упругих колец, размещенных на направляющих таким образом, что она проходит через их диаметр, причем упругие кольца меньшего диаметра размещаются внутри колец большего диаметра. 3 з.п.ф-лы, 7 ил. Ј

S&

lUillI

I

mzzMmzzzm

фиг. 1 А-А

/

Nllllll IHIIIITII ЛПК

УЧ

MiLJiy: ///л// / ///

/

8

фиг Z

f

О

фиг. 5

риг4

фи&6

pu.7