Способ испытания на прочность трубчатых образцов хрупких материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N3/18 

1

(21)4711138/28

(22) 03.05.89

(46) 30.08.92. Бюл. № 32

(71)Харьковский государственный университет им. А.М.Горького

(72)Н.И.Поляков, В.Т.Грицына. В.Б.Браи- ловский и А.Е.Рожков

(56) Авторское свидетельство СССР № 1473510, кл. G 01 N 3/18, 1988.

(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ ТРУБЧАТЫХ ОБРАЗЦОВ ХРУПКИХ

МАТЕРИАЛОВ

(57) Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Цель изобретения - повышение точности при испытании длинномерных образцов путем создания равномерно распределенного усилия по длине образца. Полость образца заполняют средой в виде мелкодисперсного порошка стекла. Торцы образца заполняют слоями порошка, температура плавления которого превышает температуру плавления порошка стекла. Создают ступенчатый нагрев образца и осевую механическую нагрузку. Доводят образец до разрушения и определяют прочностные характеристики.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам, в которых используют нагружение трубчатых образцов внутренним давлением, и может найти применение при контроле за качеством кристаллов, используемых для оболочек световых ламп высокой интенсивности.

Известен способ для испытания на прочность трубчатых образцов при комнатной температуре, в котором используется для нарушения трубчатого образца гидравлическая жидкость (масло). Однако при исследовании трубчатых образцов при высоких температурах, например 200 - 1000°С, нагружение маслом теряет всякий смысл.

Наиболее близким к предлагаемому является способ для испытания трубчатых образцов на прочность, включающий заполнение образца рабочим телом, нагрев, осевое механическое нагружение его до разрушения и определение прочности.

Недостатком известного способа является отсутствие возможности передачи осевого усилия на боковую поверхность

образца без существенных энергетических потерь и образование неоднородных напряжений по длине образца, связанных с физико-механическими свойствами сыпучего кристаллического порошка, применяемого в качестве рабочего тела. Таким образом, невозможно точно контролировать величину напряжений, возникающих в стенках трубчатого образца.

Цель изобретения - повышение точности измерения прочности образца.

Способ осуществляется следующим образом.

Длинномерный трубчатый образец заполняется рабочим телом, в качестве которого используется мелкодисперсный порошок стекла, заключенный между двумя слоями жаростойкого мелкодисперсного порошка. Затем производится ступенчатый нагрев образца со скоростью 5-10 К/с до расплавления рабочего тела. Далее к образцу прикладываются осевое механическое усилие, разрушающее его и определяется прочность.

J

сл со

Јь 00

В результате использования стеклянного порошка, ступенчатого нагрева образца и доведения рабочего тела до вязко-жидкого состояния создаются условия, когда на стенки образца осевое усилие передается без потерь и действует равномерно по всей длине. Поведение такой жидкости подчиняется закону Паскаля для замкнутых сосудов и описывается уравнением Навье-Стокса.

Указанная скорость нагрева образца является оптимальной. Превышение скорости нагрева свыше 10 К/с приводит к разрушению образца из-за термонапряжений, а снижение экономически нецелесообразно, т.к. увеличивается время испытания образца.

Проводились экспериментальные исследования с использованием в качестве рабочего тела порошка стекла (марка Ф-2), жаростойкого порошка алунда (AlaOa+SICte). Рабочее тело заполнялось в корундовый образец размером: длина 15 мм, радиус внутр. RI 4,70 + 0,05 мм, радиус внеш. ,80 0,05 мм. Зная марку стекла, определяют диапазон температур, в которых стекло находится в вязко-жидком состоянии (в данном случае 450-530°С). Нагрев осуществлялся со скоростью 7 К/с с 10-секундной выдержкой после 10 с нагрева. Были испытаны 3 одинаковых образца при приложении разрушающей осевой силы F (Fi 250; FZ 258; Рз 245 кГ). Ошибка в определении составляет +2%.

При установлении температуры 500°С образец был разрушен на прессе. Подставив имеющиеся данные в формулу

л R И R2

получим напряжение а , ответственное за прочность образца. В соответствии с теорией погрешностей имеем для нашего случая- ACT AF . 2ARi , 2ARi(Ri+R2) cT: -F+-RT

+

+

2ARi Rz-Ri

RHR2

+

Используя погрешности в определении составляющих, приведенных выше, получим: Aff а

В то же время в прототипе невозможно

получить не только высокую точность, но и истинную величину разрушающего напряжения, так как по мере роста внешнего усилия происходит геометрическая ориентация

порошинок с увеличением площади соприкосновения между ними, приводящим к росту трения между порошинками, что создает зпюру напряжений, повторяющую профиль нагруженного плунжера. В этом случае наблюдается неравномерное распределение нагружающего усилия по длине образца, что вынуждает использовать короткомерные образцы (кольца). Для таких образцов возможен существенный вклад краевого эффекта, снижающего абсолютное значение разрушающего усилия.

Таким образом, заявляемый способ позволяет проводить испытания длинномерных высокохрупких образцов с достаточной

точностью в широком интервале высоких температур.

Формул а изо бретени я

30 Способ испытания на прочность трубчатых образцов хрупких материалов, заключающийся в том, что заполняют полость образца рабочий средой, нагревают его, создают осевую механическую нагрузку и оп35 ределяют прочностные характеристики, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности при испытании длинномерных образцов путем создания равномерно распределенного усилия по длине образца, в

40 качестве рабочей среды используют мелкодисперсный порошок стекла, размещенный между двумя слоями мелкодисперсного порошка с температурой плавления, превышающей температуру плавления рабочей

45 среды, а нагрев осуществляют ступенчато до расплавления последней.