Способ испытаний образцов материалов на ползучесть при облучении Советский патент 1993 года по МПК G01N3/18 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам испытаний материалов на ползучесть в полях ионизирующих излучений.

Известен способ испытания образца материала на ползучесть, заключающийся в том, что закрепляют стержневой образец одним концом в захвате испытательной 1ны, нагревают его до заданной тем- гуры, к другому концу образца при- ывают постоянную нагрузку в виде

и периодически определяют деформамаш

перг

клад

груз

цию образца, по которой судят о ползучести,

Hie/достатками данного способа являются невысокие точность и надежность при проведении испытаний в условиях облучения, что связано с влиянием излучения на средства измерения деформации. Перноди- че.сксе извлечение образца из установки для t змерения деформации в этом случае исклочзется.

Известен также принятый за прототип способ испытания образца материала на ползучесть, заключающийся в том, что под- веилфают стержневой образец одним концом р захвате испытательной машины с

возможностью качания относительно.точки подвеса, нагревают его, измеряют геометрические размеры и массутруза, присоединяют груз к другому венцу образца, периодически возбуждают свободные колебания качания системы образец-груз и измеряют период колебаний, с учетом изменений которого, а тзхже массы и геометрических размеров груза судят о деформации ползучести образца.

Недостатками способа являются его ограниченные технологические возможности, обусловленные возможностью испытаний только образцов простой формы, а также невысокая точности определения деформации ползучести, обусловленная влиянием на колебания образца с грузом трения в узле подвеса образца и сопротивления среды при качании и неучитываемым влиянием распределения масс в каждом конкретном узле крепления груза к образцу на параметры колебаний системы образец- груз. Кроме того, при отсутствии жес;кого соединения образца с грузом возможно возникновение дополнительных (неучтенных в данном способе) колебаний груза относисо

VI ю

00

со

тельно точки его соединения с образцом, что оказывает влияние на точность определения деформации образца.

Цель изобретения - повышение точности измерения деформации ползучести и расширение технологических возможностей способа путем обеспечения возможности испытания образцов и изделий сложной формы.. /

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе испытания образца материала на ползучесть, заключающемся в том, что испытуемый в полях ионизирующих излучений образец свободно подвешивают с возможностью качания относительно точки подвеса, периодически возбуждают свободные колебания качания образца и измеряют период колебаний, с учетом изменения которого судят о деформации ползучести образца, вне зоны облучения аналогично испытуемому образцу подвешивают с возможностью качания относительно точки подвеса контрольный образец, выполненный одинаковым по размерам и плотности с испытуемым образцом, периодически измеряют деформацию контрольного образца и возбуждают свободные колебания качания контрольного образца относительно точки подвеса аналогично колебаниям испытуемого образца, измеряют период колебаний контрольного образца, а о деформации ползучести испытуемого образца судят с учетом деформации контрольного; образца и изменения периода его колебаний. . .

Для расширения диапазона нагрузок к контрольному и испытуемому образцам аналогичным образом, т.е. путем применения одинакового крепления, жестко присоединяют грузы одинаковой массы и геометрических размеров.

Для повышения производительности способа за счет сокращения времени испытания контрольного образца последний нагревают и испУтывают в диапазоне температур, ограниченном температурой возможных структурных изменений материала контрольного образца.

Для дальнейшего повышения точности и удобства проведения испытаний перед измерениями деформации контрольного образца его охлаждают и термостатируют до окончания измерения деформации и периода свободных колебаний качания.

Для дальнейшего повышения точности термостатирование контрольного образца проводят при температуре, при которой определяют ползучесть испытуемого образца.

Для повышения точности испытания контрольного и исследуемого образцов проводят в вакууме.

Использование контрольного образца,

выполненного одинаковым по размерам и плотности с испытуемым образцом, при периодическом измерении его деформации и возбуждении свободных колебаний качания контрольного образца относительно точки

подвеса аналогично колебаниям испытуемого образца (в той же плоскости, что и колебания испытуемого образца) с измерением периода этих колебаний обеспечивает адекватные колебания контрольного образца с

5 образцом, ползучесть которого необходимо определить (т.е. испытуемым образцом), позволяет построить экспериментальную зависимость периода колебаний от длины контрольного образца, учитывающую конк0 рётные особенности проведения испытаний: трение в узле подвеса, сопротивление среды (например1, воздуха или инертного газа) и другие. Учет полученной зависимости изменения периода колебаний испытуемого

5 образца в условиях проведения испытаний повышает точность определения деформации ползучести испытуемого образца. Необходимость использования контрольного образца с геометрическими. размерами и

0 плотностью, равными размерам и плотности испытуемого образца обусловлена тем, что только в таком случае период колебаний контрольного образца будет равен периоду колебаний испытуемого образца, т.к. пара5 метры колебаний физического маятника зависят именно от геометрических размеров колеблющегося тела и его плотности. Кроме того, это позволяет определить деформацию ползучести образцов любой сложной

0 формы.. .

Именно жесткое присоединение аналогичным образом, т.е. путем одинакового крепления, к контрольному и испытуемому образцам грузов одинаковой массы и гео5 метрических размеров позволяет расширить диапазон нагрузок при испытаниях, исключив при этом возможность возникновения дополнительных колебаний грузов относительно точек их соединения с

0 образцами, что может оказывать существенное влияние на периоды колебаний систем образец-груз (в противном случае нежесткого крепления при одних и тех же геометрических размерах контрольного и

5 испытуемого образцов и массах груза в зависимости от особенностей возбуждения колебаний системы образец-груз для каждого образца возможны разные периоды колебаний образцов, что резко снижает точность или даже делает невозможным определение деформации испытуемого образца по колебаниям контрольного образца).

Увеличение температуры испытаний контрольного образца сокращает время его испытаний на ползучесть и этим позволяет повысить производительность исследова- ий. Ограничение температуры испытаний Контрольного образца значением, соответствующим началу возможных структурных изменений его материала, исключает возможность локального изменения его размеров, что может оказать существенное ёлияние на характеристики колебаний контрольного образца.

I Охлаждение и термостатирование контрольного образца на время проведения из- мёрений его деформации и периода колебаний способствует повышению точности и удобства способа, поскольку позволяет исключить.изменение размеров образца Е следствие изменения его температуры и 1 спользовать для измерений наиболее точ- h ые, простые и удобные из известных м.ето- fOB, применение которых при повышенной температуре образца было бы затруднено i/ли исключено.

Термостатирование контрольного образца при температуре испытаний исследуемого образиа также позволяет повысить т эчность способа, так как.в одинаковых тем- пературных условиях конкретные особенности испытаний (например, трение в узле подвеса) проявляются одинаковым обра- зэм, что способствует получению идентичных зависимостей периодов колебаний от деформаций ползучести для контрольного и испытуемого образцов.

Вакуумированием испытауемого и кон- т зольного образцов перед возбуждением и свободных колебаний достигается допол- н отельное повышение точности определения деформаций ползучести. Это о эусловлено тем, что на процесс колебаний созывает влияние сопротивление среды, зависящее, в частности, от ее давления и скорости движения маятника. Использовз- н ie вакуума при испытаниях позволяетточ- н;е воспроизводить условия колебания образцов, а следовательно, увеличить точ- нЬсть получения зависимости периода коле- бйний контрольного образца от его деформации (за счет уменьшения разброса данных) и с большей достоверностью использовать эту зависимость для определе- ния деформации ползучести испытуемого образца. Способ реализуют следующим обра3CJM.

j Берут контрольный образец с геометрическими размерами и плотностью, равными

i ---

геометрическим рлзмерам и плотности об- . разца, ползучесть которого при облучении необходимо исследовать. Вне зоны облучения (например, в лабораторных условиях) подвешивают контрольный образец с возможностью качания относительно точки подвеса. С течением времени контрольный образец деформируется под действием собственного веса, при этом периодически из0 меряют деформацию образца и возбуждают свободные колебания качания образца (любым пригодным в конкретных условиях проведения эксперимента способом, например ударом, толчком, пневматически и т.д.)отно5 сительно точки подвеса. Деформацию образца также измеряют любым пригодным в данных условиях способом, например оптическим при помощи катетометра, интерферометра и т.д. В случае необходимости

0 образец снимают и измеряют его длину. Измеряют периоды свободных колебаний об- разца и строят зависимость изменения периода колебаний от длины контрольного образца.

5Испытуемый в полях ионизирующих излучений образец подвешивают аналогично контрольному образцу, т.е. путем применения одинакового с контрольным образцом : подвеса. Периодически во времена, опреде0 ляемые заданной программой испытаний, возбуждают свободные колебания качания испытуемого образца относительно точки подвеса, аналогичные колебаниям контрольного образца (т.е. в той же плоскости

5 качания). Измеряют периоды колебаний и по зависимости периода колебаний контрольного образца от его длины определяют длину испытуемого в процессе облучения образца, по которой судят о ползучести об0 разца.

Для расширения диапазона нагрузок к контрольному и испытуемому образцам аналогичным образом (путем применения одинакового крепления) жестко присоеди5 няют грузы одинаковой массы и геометрических размеров.

Для увеличения производительности способа за счет сокращения времени испытания контрольного образца последний на0 гревают и испытывают в диапазоне температур, ограниченном температурой возможных структурных изменений материала.

Для дальнейшего увеличения точности

5 и повышения удобства проведения испытаний перед измерениями деформации контрольного образца его охлаждают и термостатируюг до окончания измерения деформации и периода свободных колебаний качания.

Для дальнейшего повышения точности термостатировзние контрольного образца проводят при температуре, при которой исследуют ползучесть испытуемого образца.

Для повышения точности испытания контрольного и исследуемого образцов проводят в ваккуме.

Проверку работоспособности способа проводили в лабораторных условиях на макете. В качестве образцов использовали отрезки оловянно-свинцового припоя в виде проволоки длиной по 500 мм и массой по 10 г. Узел подвеса включал ножевую опору и цанговый зажим. Для регистрации периода колебаний использовали источник сзета, оптическую систему,электрическую схему с фотодиодом, затемняемым маятником в положении равновесия, частотомер-хронометр и другое оборудование. Изучали ползучесть образцов под действием собственного веса. Сначала испытали один образец в качестве контрольного. Периодически измеряли длину образца компаратором, возбуждали колебания образца известной длины и измеряли их период. С использованием полученных пар значений строили зависимость периода колебаний от длины образца. По этой зависимости, в частности, длинам образца 500, 505, 510,515,520 и 525 мм соответствуют периоды колебаний 1,15820; 1,16398; 1,16973; 1,17545; 1,18114 и 1,18681 с. Затем на том же устройстве испытали на ползучесть второй условно недоступной образец. Результаты определения деформации этого образца как по периоду колебяний с учетом ранее полученной зависимости, так и непосредственно

компаратором совпали. Все измерения проводили при комнатной температуре. Для ускорения процесса ползучести в периоды времени между измерениями образцы на- гревали.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить точность измерений деформации

ползучести и устранить ограничения на форму испытуемых объектов. Кроме того, при дополнительном аналогичном жестком присоединении грузов с одинаковыми массами и геометрическими размерами к испытуемому и контрольному образцам дополнительно расширяется диапазон нагрузок и повышается точность определения деформации ползучести при этих нагрузках. Дополнительный нагрев контрольного

образца в диапазоне температур, ограниченном температурой структурных изменений материала контрольного образца, позволяет повысить производительность способа. Способ становится более удобным, если перед измерениями деформации контрольного образца его охлаждают и тер- мостатируют до окончания измерения деформации и периода колебаний. Если термостатирование контрольного образца

производят при температуре проведения исследований испытуемого образца, то по- вышается точность определения деформации ползучести испытуемого образца. Проведение испытаний контрольного и исследуёмого образцов в вакууме также повышает точность определения деформации ползучести.

Использование: в испытательной технике при испытаниях на ползучесть. Сущность: в образце периодически возбуждают свободные колебания подвешенного образца. Вне поля излучения аналогично испытывают контрольный образец. О ползучести образца в поле излучения судят с учетом изменения параметров колебания контрольного образца и его деформации. 5 з.п.ф- лы....... .

Формула изобретения

1. Способ испытаний образцов материалов на ползучесть при облучении, заключающийся в том, что испытуемый образец подвешивают с возможностью качания относительно точки подвеса, периодически возбуждают свободные колебания качания образца, измеряют период колебаний и определяют деформацию ползучести образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения технологических возможностей при испытании образцов сложной формы за счет исключения измерения момента инерции в процессе деформации one зоны облучения, аналогично испытуемому образцу подвешивают с возможностью качания относительно точки подвеса контрольный образец, выполненный одинаковым по размерам и плотности с испытуемым, периодически измеряют деформацию контрольного образца и возбуждают свободные колебания качания контрольного образца относительно точки подвеса аналогично колебаниям испытуемого образца, измеряют период колебаний контрольного образца, а деформацию ползучести испытуемого образца определяют с учетом деформации контрольного образца и изменения периода его колебаний.2. Способ поп. 1,отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона нагрузок, к контрольному и испытуемому образцам аналогичным образом жестко присоединяют грузы с одинаковыми массами и геометрическими размерами.3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, контрольный образец нагревают и испытывают в диапазоне температур, огра ниченном температурой структурных изменений, материала контрольного образца.

; 4. Способ по пп.1-3, о т л,и чающий- с 4 тем, что, с целью повышения точности и удобства проведения испытаний, перед из- мефениями деформации контрольного об- рфца его охлаждают и термостатируют до окончания измерения деформации и периода свободных колебаний.

0

6. Способ по п. 1-5, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности, испытания исследуемого и контрольного образцов проводят в вакууме.