Способ испытания образцов материала на двухосное растяжение и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытаниях образцов листовых материалов на двухосное циклическое растяжение.

Целью предлагаемых решений является приближение к условиям эксплуатации ус- талостных испытаний материалов изделий, работающих в переходных режимах.

На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - развертка круговой поверхности торца, опоры, где зачерненные кружочки это винтовые опорные элементы, предназначенные для реализации одного вида напряженного состояния, а незачерненные - для другого вида напряженного состояния.

Устройство для испытаний образцов в виде диска с ободом на двухосное циклическое растяжение содержит соосно установленные пуансон 1 и опору 2, состоящую из корпуса и двух групп опорных элементов 3 и 4, расположенных по периметру опоры 2 по синусоидальным законам и предназначенных для опирания образца 5 конической частью б. Причем синусоида, образованная одной группой опорных элементов 3, распо- ложена симметрично противоположно синусоиде, образованной другой группой опорных элементов 4.

. Опорные элементы 3 и 4 выполнены в виде винтов, размещенных с возможностью поступательного перемещения с помощью направляющих штифтов 7 и 8 на резьбе в

00

ы ю

гайках 9 и 10, и кинематически связаны между собой соответствующими механическими передачами вращательного движения 11 и 12, выполненными, например, в виде зубчатых шестерен, находящихся в зацеплении друг с другом. Каждая из групп опорных элементов 3 и 4 связана посредством одной из своих механических передач с приводом 13 посредством зубчатых реек 14 и 15, размещенных на направляющих 16 и 17, и кри- вошипно-шатунного.механизма 18. Винты каждой пары зубчатых колес механических передач 11 и 12 выполнены с правой и левой резьбой, а элементы механических передач вращательного движения соединены с вин- тами 3 и 4 посредством пружинно-куланко- вых муфт, причем одни из прлумуфт 19 и 20 установлены с возможностью вращения в опоре 2 и соединены с элементами механических передач 11 и 12, а другие полумуфты 21 и 22 соединены с гайками 9 и 10 винтов посредством шпонов 23 и 24. Эти полумуфты размещены на гайках 9 и 10 с возможностью перемещения и подпружинены в осевом направлении упругими элементами 25 и 26.

Устройство работает следующим образом.

Образец 5 располагают на одной из групп опорных элементов 3 и нагружают с помощью пуансона 1 постоянным усилием, в результате чего рабочая часть образца 5 подвергается действию главных напряжений en и СЈ , действующих по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

Включением привода 13 кривошипно- шатунного механизма 18 приводятся в поступательное перемещение рейки 14 и 15.

Перемещением рейки 15 вводятся во вращательное движение механические пе- редачи 12, зубчатые колеса группы опорных элементов 4, которые-не контактируют с образцом 5.

Связанные с механизмами передачами 12 посредством пружинно-кулачковых полу- муфт 20 и 22 гайки 10 приводятся во вращение, а опорные элементы - винты 4 приводятся в поступательное перемещение до момента их контактирования с образцом 5. В этот момент времени образец 5 будет опираться на две группы опорных элементов 3 и 4 одновременно. При дальнейшем вращении механических передач 12 этой группы опорных элементов пру- жинно-кулачковые полумуфты 20 и 22 про- скальзывают относительно лруг друга, е результате чего полумуфта 22, перемеща- ясь по гайке 10, сжимая пружину 26, выхо- . дит из контакта с полумуфтой 20,

связанной с механическими передачами 12, которые выводятся из вращательного движения.

Одновременно с этим рейка 14 входит в зацепление с механическими передачами 11 группы опорных элементов 3, находящихся изначально в контактировании с образцом 5, и опорные элементы 3 отводятся от образца 5, в результате чего образец 5 подвергается действию главных напряжений, большее из которых теперь будет действовать по оси, где действовало в предыдущем цикле меньшее из главных напряжений. При дальнейшей работе привода 13 рейки 14 и 15 начинают перемещаться в противоположном направлении и цикл повторяется.

Пример: изготовили образец 5 в виде диска с ободом из АМгб с размерами; рабочая зона 060 мм, толщина 3 мм. Образец 5 располагали на группе элементов 3 опоры 2 и нагружали с помощью пуансона 1 постоянным усилием, в результате чего рабочая часть образца 5 повергается действию главных напряжений cri и Ой , действующих по двумвзаимноЪерпендику- лярным направлениям.

Включением привода 13 кривошипно- шатуиного механизма 18 приводятся в поступательное перемещение рейки 14 и 15,

Перемещением рейки 15 вводятся во. вращательное движение механические передачи 12, зубчатые колеса группы опорных элементов 4, которая не контактирует с образцом 5.

Связанные с механическими передачами 12 посредством пружинно-кулачковых муфт 20 и 22 гайки 10 приводятся во вращение, а опорные элементы - винты 4 приводятся е поступательное вращение до момента их контактирования с образцом 5. В этот.момент времени образец 5 будет опираться на две группы опорных элементов 3 и 4 одновременно. При дальнейшем вращении механических передач 12 этой группы опорных элементов муфты 20 и422 проскальзывают относительно друг друга, в результате чего муфта 22, перемещаясь по. гайке 10, сжимая пружину 26, выходит из контакта с муфтой 20, связанной с механическими передачами 12, которые вследствие этого перестают вращаться. Одновременно с этим рейка 13 входит в зацепление с механическими передачами 11 группы опорных элементов 3, находящейся изначально в контактировании с об- разЦом 5, и эти опорные элементы 3 отводятся от образца 5, в результате чего образец 5 подвергается действию главных

напряжений tn и с% , действующих в направлениях, соответственно перпендикулярных чем в предыдущем цикле.

При дальнейшей работе привода 13 рейки 14 и 15 начинают перемещаться в обратном направлении и цикл повторяется.

Таким образом, в испытываемом образце циклически осуществляется поворот площадок, на которых действуют главные напряжения, при неизменном соотношении главных напряжений и при постоянной внешней нагрузке. И что особенно важно, образец 5 подвергается сразу действию главных напряжений заданной величины, т.е. без их роста в процессе нагружения, как это имеет место при циклических испытаниях по известным способам, сущность которых заключается, именно, в изменении нагрузки в каждом цикле.

Предлагаемый способ и установка для его осуществления позволяют по сравнению с прототипом повысить информативность испытаний путем учета влияния изменения вида напряженного состояния на долговечность элементов тонкостенных конструкций.

Ф о р м у л а и з о 6 р е те н и я

1. Способ испытания образцов материала на двухосное растяжение, заключающийся в том, что образец в виде диска с коническим ободом конической поверхностью размещают на опоре, нагружают его путем воздействия на центральную часть его торцовой поверхности пуансона и определяют его прочностный параметр, отличающийся тем, что, с целью приближения к условиям эксплуатации усталостных испытаний материалов изделий, работающих в

переходных режимах, нагружение осуществляют циклически с изменением в каждом цикле ориентации площадок действия главных напряжений, соотношение которых 5 поддерживают постоянным.

2. Устройство для испытания образцов материала на двухосное растяжение, содержащее опору для размещения образца и нагружатель, выполненный в виде пуансо0 на, отличающееся тем, что, с целью приближения к условиям эксплуатации усталостных испытаний материалов изделий, работающих в переходных режимах, устройство снабжено двумя группами устано5 вочных элементов, выполненных в виде радиально установленных по соответствующим синусоидам на опоре винтов, кинематически связанных друг с другом, приспособлением для осевого перемеще0 ния винтов, выполненным в виде гаек, образующих с соответствующими винтами винтовые пары с противоположными направлениями резьб в соответствующих группах, и двумя механическими передача5 ми вращательного движения, элементы предназначены для связи с соответствующими винтами групп посредством соответствующих кулачковых муфт, одна из частей каждой из которых установлена с возможно0 стыо вращения на опоре, а другая соединена с соответствующей гайкой, установлена с возможностью осевого перемещения и подпружинена в осевом направлении, и привода, выполненного в виде кривошипно5 шатунного механизма и связанных с ним двух реек, предназначенных для попеременного взаимодействия с соответствующими механическими передачами вращательного движения.

0

шт.i

Изобретение относится к испытатель ной технике, в частности к испытаниям образцов в виде диска с ободом на двухосное циклическое растяжение, и позволяет повысить информативность испытаний элементов тонкостенных конструкций,изготовленных из сплавов на основе алюминия и работающих в переходных режимах, путем учета влияния изменения вида напряженного состояния на долговечность элементов. Образец в виде диска с ободом размещают конической частью на опорных элементах, циклически нагружают пуансоном в центральной части и регистрируют параметры испытаний. Согласно изобретению в процессе циклического нагружения изменяют в каждом цикле ориентацию площадок, на которых действуют главные напряжения, а со- отношение главных напряжений поддерживают постоянным в течение всего испытания. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

ФИГ. Й