Образец для испытаний на равномерное трехосное растяжение Советский патент 1992 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний на равномерное трехосное растяжение образцов материалов.

Известны технические решения, в которых используется создание равномерного трехосного напряженного состояния для испытаний образцов материалов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является образец в форме куба для испытания на равномерное трехосное растяжение. На гранях образца выполнены кольцевые взаимно перпендикулярные проточки в плоскостях, приходящих через середины граней куба, а растягивающие усилия к образцу прикладываются путем размещения клиньев в местах пересечения проточек и приложением к клиньям сжимающего усилия. В данном случае определение характеристик отрыва при трехосном растяжении возможно только при строго определенной ширине Ь, глубине с и радиусе скругления г. Иначе происходит разрушение образца в зоне крепления

захватов, где не создается равномерное трехосное растяжение.

Целью изобретения является повышение точности определения характеристик отрывам материала при равномерном трехосном растяжении.

Это достигается тем, что изготавливают образец в форме куба со стороной а и с кольцевыми проточками в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через середины граней куба, причем они выполняются шириной Ь, глубиной с и радиусом скругления г (см. фиг.1). Параметры проточек выбирают из условия неразрушения образца в зоне установки захватов и достижения необходимой однородности напряженного состояния в рабочей зоне образца. Испытания производят следующим образом. В проточки вводят отогнутые части захватов перпендикулярно к направлению приложения усилия. На каждую грань устанавливают по четыре захвата.

Обоснование размеров проточек получают, проводят расчет напряженно-дефор(Л

С

м о го

ел

мированного состояния образца методом конечных элементов Для разного соотношения размеров образца расчет напряженно-деформированного состояния был выполнен с помощью отечественного аналога известной программы ГИФТС. Задача решалась в упругой постановке. Для большинства реальных материалов, у которых к моменту разрушения будут существенные пластические деформации, концентрация напряжений будет меньше (см.фиг.2). При проведении расчетов было установлено, что наименьшую концентрацию напряжений

дает образец с размерами -р 9 , - 9,

2. Эпюры напряжений для тйкого образмерами

2. Напря

а

г

разца по ближайшим к средней части элементам 1-5 (фиг.З) (нормальные напряжения) и фиг.4 (касательные напряжения. Для сравнения на фиг.5 и фиг.6 представлены аналогичные эпюры для образца с

- 12, - 4.5.- bсг

женил для каждого случая расчета отнесены

к среднему напряжению сгср -,

(а-2с/

где F - сила, действующая по каждой оси образца. Если принять допустимые отклонения от равномерного трехосного растяжения не более 10%, то можно отметить, что в таком напряженном состоянии находится примерно 40% рабочей зоны образца, если судить нелинейному размеру. Первый вариант соотношения размеров кубического образца дает меньшую концентрацию напряжений (фиг.3-6). Например, по напряжению Оуу для первого варианта концентрация напряжений 162%, для второго варианта 248%. Величина растягивающего напряжения по каждой оси в центре образца равна 0,86 оьр для первого варианта и 0,63 Оср для второго варианта. Касательные напряжения составляют пренебрежимо малую пеличину, а в сечениях,проходящих по центру образца из условия симметрии они

0

5

вообще должны быть равны нулю. Изменение размеров проточек на образце в другую сторону от соотношений первого варианта (увеличение ширины Ь, уменьшение глубины проточки с) также приводит к повышению концентрации напряжений. Размеры проточек для каждого варианта выбирались с некоторым шагом. Поэтому для создания достаточно большой зоны о образце, в которой материал находится в условиях равномерного трехосного напряжения, что позволяет повысить точность прочностных характеристик, можно рекомендовать следующие соотношения размеров

0

0

5

5

0

5

а

- f

а ... a b 107 9 -b-T 5

Испытания образца проводятся следующим образом. Образец закрепляют в захватах испытательной машины таким образом, что отогнутые части захватов входят в проточки каждой грани образца. Прикладывают к образцу испытательную нагрузку и фиксируют усилие разрушения материала.

При предлагаемых размерах проточек разрушение образца происходит в зоне равномерного трехосного растяжения, кроме численных расчетов (это подтверждено экспериментально). При иных размерах проточек разрушение происходит п зоне крепления захватов.

Формула изобретения Образец для испытаний на равномерное трехосное растяжение, выполненный в форме куба со стороной Q и с кольцевыми проточками в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через середины граней куба, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения отрыва материала при равномерном трехосном растяжении, проточки выполняются шириной Ь, глубиной с, и радиусом скругления г, выбранными из соотношений: а - -.а а . а и

10

с

,-1

гЛ

s

ГЪ

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к испытанию образцов материалов на равномерное трехосное растяжение. Целью изобретения является повышение точности определения характеристик отрыва материала при равномерно трехосном растяжении. Это достигается, тем что изготавливают образец в форме куба со стороной а и с кольцевыми проточками в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящими через середины граней куба, причем они выполняются шириной в, глубиной с, и радиусом скругле- ния г, выбранными из соотношений а/10 с а/7; а/9 b a/7;b/5 г Ы1. 1 ил.

fc

SQIZQLl

&

№-«

.---I i : ;

i i

%

ч

&

Cr0.5

X,

0.05

Х,мм