Способ испытания образца при трехосном растяжении Советский патент 1993 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, в частности к испытаниям образцов при трехосном растяжении.

Известен способ испытаний материалов на трехосное растяжение с применением образца круглого сечение с круговой выточкой в рабочей части. По данному способу напряженное состояние в окрестности выточки круглого образца можно изменять от линейного до объемного за счет увеличения глубины выточки при постоянном диаметре, а величину местного повышения напряжений (коэффициент концентрации и градиент напряжений) - за счет радиуса устья выточки.

Существенным недостатком указанного образца является то, что распределение осевых напряжений по его поперечному сечению в рабочей части в процессе нагруже- ния существенно неоднородно (по краям намного выше, чем в середине), причем, в процессе нагружения происходит перераспределение напряжений по сечению (область с максимальными напряжениями перемещается вглубь сечения).

Анализ напряженного и деформированного состояния круглых образцов с выточкой затруднен, что связано с трудностью разделения осевой и поперечных составляющих нагрузки в рабочей части.

Все это снижает точность испытаний, К недостаткам следует также отнести: - ограниченный диапазон соотношений напряжений по осям деформирования, не превышающий ориентировочно 0,5 (по соотношению напряжения в поперечном направлении к продольному) связанный с тем, что растяжение рабочей части в поперечных направлениях происходит только за счет того, что поперечная деформация в нем сдерживается утолщенной частью образца; . - ограниченное применение образца связано с трудностью изготовления или более высокой стоимостью испытаний образ- . ца такой формы из отдельных материалов, например, взрывчатых.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ испытаний с использованием образца Вельте- ра для испытаний металлов на трехосное растяжение.

Для испытаний по данному способу используется образец в форме кубика, имеющий придатки для приложения растягивающих усилий.

Недостатком этого образца является низкая точность испытаний, обусловленная тем, что при его нагружении по ребрам кубика возникает концентрация напряжений,

искажающая однородность его напряженного состояния.

Недостатком является также то, что для реализации такой схемы нагружения образца требуется сложное нагружающие устройство, обеспечивающее раздельное приложение нагрузки ко всем граням куба одновременно, что трудно выполнить с высокой точностью.

Целью изобретения является повышение точности испытаний.

Для достижения этой цели предлагается проводить испытания по способу состоящему в том, что используют образец в виде

5 цилиндра - с параллельными торцами, и две пары накладок, накладку для торцов образца в виде диска, диаметр которого больше диаметра образца, а пару накладок для боковой поверхности образца выполняют в ви0 де одинаковых колец толщиной у отверстия равной половине высоты образца и с утолщением по периметру, в процессе прикрепления накладок к образцу осуществляют сопряжение дисков и колец по выступаю5 щим поверхностям дисков, растягивающие усилия прикрепляют вдоль оси образца по периметру упомянутых колец.

Использование осимметричного образца (в виде цилиндра) позволяет увеличить

0 однородность его напряженного состояния при испытаниях.

Выполнение накладок для боковой поверхности образца в виде одинаковых колец толщиной у отверстия равной половине вы5 соты образца и с утолщением по периметру „ позволяет прикладывать к боковой поверхности образца равномерные по окружности растягивающие усилия и осуществлять их регулирование за счет изменения диаметра

0 колец.

Выполнение накладки для торцов в виде дисков, диаметр которого больше диаметра образца позволяет создавать в образце равномерные по сечению осевые

5 растягивающие напряжения.

Сопряжение дисков и колец по выступающим поверхностям дисков обеспечивает силовую связь между ними, что необходимо для пропорциональности осевой и попереч0 ной нагрузки.

Приложение растягивающих усилий вдоль оси образца по периметру колец позволяет производить одновременное нагру- жение образца поперечной и осевой

5 нагрузкой от одного растягивающего усилия (осевого).

На чертеже приведена схема осуществления способа.

Его реализуют следующим образом. Образец испытываемого материала 1 в виде

цилиндра с параллельными торцами скреп- лйют по боковой поверхности с накладками 2 в виде колец и накладками 3 для торцов в вИде диска, диаметр которого больше диа- мфтра образца, и осуществляют сопряжение дисков 3 и колец 2 по выступающим поверхностям дисков 3. Скрепление накла- дрк 2 и 3 с образцом 1 может быть осущест- , например, склеивание, сваркой или др. способом.

Для фиксирования зоны разрушения в образце, накладки 2 могут быть выполнены, например, из материала имеющего предел прочности при растяжении выше чем у материала образца и обладающего близким значением модуля упругости к модулю упру- го Ьти материала образца. - Подготовленную сборку захватывают между двух жестких осесимметричных пе- рфодников (на рис,не показаны) по периметрам кольцевых накладок 2 и растягивают, например, с помощью разрывной машины, В процессе растяжения происходит осесимметричное деформирование кольцевых накладок 2 приводящее к их круговому поперечному изгибу с одновременным двухосным растяжением поверхностей обращенных к среднему сечению образца 1. Деформирование накладок 2 воспринима- ет$я боковой поверхностью образца 1 и через накладки 3 передается на его торцы, что приводит к возникновению в рабочей части образца 1 напряженного состояния с трех- oci-шм растяжением. Значения напряжений оцениваются в предложении упругого деформирования материалов следующим образом:

Р (Л --з ;

пг

3 (1 -) + (Г+)х

R

г2

х|пт-(1-)-.

2 R

где л R q - прикладываемое к кольцевым накладкам испытательное усилие;

o - осевое напряжение в образце;

Ой,з поперечное напряжение в образце;

R - внешний радиус кольцевой накладки;

г- радиус рабочего сечения образца;

f4 - коэффициент Пуансона материала кольцевой накладки;

h - толщина кольцевой накладки. Данный способ испытаний позволяет оценивать напряженное состояние образца экспериментально, например, тензометри- 5 рованием кольцевых накладок в местах примыкающих к рабочему сечению образца при накладке тензодатчиков в окружных и радиальных направлениях. Это позволяет также повысить точность испытаний.

0 Изобретение иллюстрируется следующим примером. Для испытаний материала с пределом прочности на растяжение ,5 МПа и модулем упругости МПа использовались кольцевые накладки из тек5 столита марки ПТК по ГОСТ 5-78 ( ,0 МПа и МПа) и накладки для торцов из латуни Л68 по ГОСТ 1019-47 (Е 110000 МПа). Кольцевые накладки были выполнены конусными (угол в точке их смыкания рав0 нялся 10°), с внешним диаметром 150 мм, ободом шириной 20 мм и толщиной 15 мм, толщиной диафрагмы 4 мм. Толщина накладок для торцов равнялась 8 мм. Для скрепления составных частей использовались

5 клей на основе эпоксидной смолы ЭД-16 и клей Циакрин-ЭО. При тензометрировании серии из 6-ти образцов получены значения осевой, радиальной и кольцевой деформации в момент разрушения образца равные

0 соответственно: 70, 45,55x10 ед.отн. деф. Предельное осевое напряжение составило 4,5 МПа. Разброс значений прочности не превысил 12%, что подтверждает достаточно высокую точность испытаний.

5 Технические преимущества предложенного способа испытания образца при трехосном растяжении по сравнению с прототипом заключаются в том, что он позволяет повысить точность испытаний, по0 скольку обеспечивается фиксированная зона разрушения образца материала при его нагружении и однородность напряженного состояния в его рабочей части за счет применения круговых сечений, устраняю5 щих концентраторы напряжений, имеющие место по ребрам куба. Преимуществом является также, то что имеется возможность экспериментальной оценки поля деформаций испытываемого образца.

0 Дополнительным преимуществом является то, что приложение испытательной нагрузки не требует сложного нагружающего устройства и прикладывается вдоль одной оси вместо трех как при использовании про5 тотипа.

Изобретение касается испытаний материалов на прочность. Целью изобретения является повышение точности испытаний цилиндрического образца на трехосное растяжение. Накладки для торцов образца 1 выполняют в виде диска 3, диаметр которого больше диаметра образца, пару накладок 2 для боковой поверхности образца выполняют в виде одинаковых колец толщиной у отверстия, равной половине высоты образца и с утолщением по периметру, в процессе прикрепления «акладок к образцу осуществляют сопряжение дисков 3 и колец 2 по выступающим поверхностям дисков 3, а растягивающие усилия прикладывают вдоль оси образца по периметру упомянутых колец, 1 ил. ел С

Формула изобретения Способ испытания образца при трехосном растяжении, по которому к рабочим поверхностям образца прикрепляют накладки, и прикладывают к ним растягивающие усилия, отличающийся тем, что, с целью

повышения точности испытания за счет создания равномерного напряженного состояния в рабочем сечении образца, используют образец в виде цилиндра с параллельными торцами и две пары накладок, накладку для торцов образца выполняют в виде диска, диаметр которого больше диаметра бб разца, пару накладок для боковой

поверхности образца вы полня ют в виде одинаковых колец толщиной у отверстия, равной половине высоты образца, и с утолщение, по периметру, в процессе прикрепления накладок к образцу осуществляют сопряжение дисЫв и колец по выступающим поверхностям дисков, а растягивающие усилия прикладывают вдоль оси образца по периметру колец.