Установка для испытания образцов материалов в условиях гидростатического давления Советский патент 1993 года по МПК G01N3/10 

Изобретение относится к технике испы- ания материалов, а именно к испытаниям образцов в условиях сложного напряженно- о состояния.

Целью изобретения является расшире- fnne технологических возможностей установки за счет обеспечения нагружения

образца комбинацией наружного и внутреннего давлений.

Таким образом, под действием средства осевого нзгруженмя наружный плунжер движется вниз, до соприкосновения запорными фасками о запорными фасками, выполненными во внутренней полость- рабочей камеры, и снижается давление р-,„«а

ОбТМХЯ

бочейi жидкости до заданного давления. При этом рабочая жидкость герметично запирается во внутренней полости образца. Поскольку полости внутри образца и вне его сообщаются, то наружное давление в камере установки равно внутреннему. Изменяя давление рабочей жидкости внутри образца согласно программе испытаний, получают различные комбинации разности наружного и внутреннего давлений. Одновременно осуществляют программное осевое нагру- жение образца. Таким образом, установка позволяет реализовать сложное напряженное состояние на тонкостенных трубчатых образцах по схеме нагружения наружное давление - внутреннее давление - осевая сила.

Возникает вопрос, что дает реализация предлагаемой схемы нагружения тонкостенного трубчатого образца

При обработке давлением материалы подвергаются большим пластическим деформациям. Во многих случаях обрабатываемые материалы не выдерживают эти деформации, что .приводит к их разрушению. Для назначения оптимальных параметров технологического процесса необходима оценка деформируемости обрабатываемого металла. С целью оценки деформируемости металлов при обработке давлением необходимо знать напряженно- деформированное состояние в очаге деформации, а также зависимость плёстичности металла от вида напряженного состояния, истории деформирования и других факторов. С.И.Губкиным было высказано предположение, что на пластичность оказывают влияние как показатель напряженного состояния К, так и вид напряженного состояния, определяемый параметром Надаи-Лоде- /иа . В связи с этим С.И.Губкин предлагает строить диаграмму пластичности в координатах ер f( fi О, К), где ер - предельная деформация, Однако построение полной поверхности пластичности встречает целый ряд трудностей экспериментального характера. Полученные к настоящему времени экспериментальные данные относятся,главным образом,к области двухосного напряженного состояния. Связано это с тем, что при испытании материалов в условиях объемного напряженного состояния возникают значительные трудности.

Таким образом, реализация схемы нагружения тонкостенных трубчатых образцов наружное давление - внутреннее давление - осевая сила позволяет построить полную поверхность пластичности. Есть

возможность .экспериментально проверять . элементы теории прочности и пластичности, что позволит создать надежные методы расчета деталей в случае контактных напряжений при расчете оружейных стволов и деталей замков артсистем, расчете аппаратов химического машиностроения, в которых используются высокие и сверхвысокие давления.

0 Кроме того, установка позволяет реализовать еще целый ряд схем нагружения трубчатых образцов, например испытание тонкостенных трубчатых образцов под воздействием внутреннего давления или под

5 действием осевой силы в условиях гидростатического давления. Таким образом, установка имеет широкие технологические возможности.

В области испытательной техники изве0 стен целый ряд установок для испытания образцов в условиях Сложного напряженного состояния под гидростатическим давлением. Например, была предложена установка для реализации нагружения об5 разца по схеме наружное давление - внутреннее давление - осевая сила.

Однако во всех известных установках давление рабочей жидкости подается во внутреннюю полость трубчатого .образца и

0 вне ее с помощью специального гидропривода, Причем для обеспечения корректности испытаний давление жидкости повышается ступенчато, что обуславливает сложность привода. Испытания проводят в

5 условиях высокого и сверхвысокого давлений. Поэтому возникают определенные сложности с подводом жидкости высокого давления от источника высокого давления, связанные с проблемами уплотнения и т.д.

0 Конструкция установки достаточно сложна. Новизна изобретения состоит в соединении в установке возможности создания высокого давления в самой испытательной камере установки с возможностью осущест5 вления герметичного запирания рабочей жидкости внутри тонкостенного трубчатого образца за счет выполнения запорной фаски на наружном плунжере с возможностью контакта с запорной фаской, выполненной

0 во внутренней полости рабочей камеры. При этом полость рабочей камеры сообща- ется через осевой канал, выполненный в стенке камеры, со сливным баком. Таким образом, наружный плунжер под действием

5 средства осевого нагружения движется вниз, обеспечивая плотный контакт наружного плунжера с внутренней полостью рабочей камеры. При этом рабочая жидкость герметично запирается во внутренней полости образца. Уменьшая внутреннее давление по заданной программе, получают личные комбинации разности наружного и внутреннего давлений.

Таким образом, предлагаемая установка достаточно проста, не требует индивидуального привода для создания высокого давления, жидкость высокого давления герметично запирается во внутренней полости образца.

Установка обладает широкими технологическими возможностями.

Коническая поверхность контакта наружного плунжера с полостью рабочей камеры имеет широкую поверхность соприкосновения, тем самым обеспечивается надежное направление плунжера. Для обеспечения надежного и длительного герметичного запирания жидкости высокие ребования предъявляются к качеству обработки и притирки поверхностей контакта наружного плунжера и полости рабочей камеры.

В предлагаемой установке запорная аска выполняется именно на наружном плунжере и контактирует с запорной фаской, выполненной во внутренней полости рабочей камеры, и в установке сочетается возможность создания высокого давления в самой испытательной камере установки с возможностью осуществления герметичного запирания рабочей жидкости внутри образца. При этом полость рабочей камеры ообщается со сливным баком посредством ополнительного канала, выполненного в стенке камеры.

На чертеже показана установка для испытания образцов материалов в условиях гидростатического давления.

Установка содержит рабочую камеру 1 с цилиндрической полостью 2 и радиальным каналом 3, сообщенным посредством запорных элементов (вентили) 4, 5 со средством 6 подачи жидкости (насос) и сливным баком 7, два коаксиально расположенных плунжера 8, 9, установленных в полости 2 камеры 1 с возможностью осевого перемещения, и средство осевого нагружения плунжеров 8, 9 (не показано). На наружном плунжере 8 и обращенной к нему поверхности полости 2 камеры 1 выполнены взаимосопрягаемые запорные фаски 10, 11, а в противоположной размещению плунжеров 8, 9 стенке камеры 1 выполнен дополнительный канал 12, ообщенный посредством дополнитель- noro запорного элемента (вентиль) 13 со ливным баком 7.. Установка работает следующим об- разом.

Реализуемая схема нагружения трубчатого образца наружное давление - внутреннее давление - осевая сила.

С помощью насоса 6 рабочая жидкость 5 по трубопроводу через открытые вентили 4, 14 подается в полость 2 рабочей камеры 1. При этом наружный плунжер 8 занимает верхнее положение. После этого венуили 4, 14 закрываются. Под действием средства

10 осевого нагружения наружный плунжер 8 движется вниз, сжимая рабочую жидкость, до соприкосновения запорной фаски 10 с запорной фаской 11, выполненной во внутренней полости 2 рабочей камеры 1, При

15 этом, поскольку полость внутри образца 15 сообщается с полостью 2 рабочей камеры 1, наружное давление равно внутреннему давлению рабочей жидкости. Наружный плунжер 8 контактирует с полостью 2 рабочей

0 камеры 1 по конической поверхности, при этом рабочая жидкость герметично и надежно запирается во внутренней полости образца 15, О величине наружного и внутреннего давлений судят по показаниям

5 манометров 16, 17. При этом жидкая среда воздействует на нижний торец плунжера 9, стремясь растянуть прикрепленный к нему образец 15. Тогда с помощью вентиля 13 плавно уменьшают внутреннее давление по

0 заданной программе, осуществляя различные комбинации наружного и внутреннего давлений. Одновременно осуществляют растяжение образца 15 по заданной программе, По окончании испытаний открыва5 ют вентили 5, 13 и рабочая жидкость сливается в бак 7. Цикл работы установки возобновляется. Реализация предлагаемой установки для испытания образцов материалов в условиях гидростатического давле0 ния позволяет построить диаграмму пластичности в координатах. Конструкция установки достаточно проста и не требует дополнительного источника высокого давления. Упрощается эксплуатация установки

5 и обеспечивается корректность испытаний.

Формула изобретения

Установка для испытания образцов ма- 0 териалов в условиях гидростатического давления, содержащая рабочую камеру с цилиндрической полостью и радиальным каналом, сообщенным посредством запорных элементов со средством подачи жидко- 5 ста и сливным баком, два коаксиально расположенных плунжера, установленных в полости камеры с возможностью осевого перемещения, и средство осевого нагружения плунжера, отличающаяся тем. что, с целью расширения технологических возможностей за счет обеспечения нагруженияпорные фаски, а в противоположной разме- образца комбинацией наружного и внутрен-щению плунжеров стенке камеры выполнен него давлений, на наружном плунжере идополнительный канал, сообщенный no- обращенной к нему поверхности полостисредством дополнительного запорного эле- камеры выполнены взаимосопрягаемые за-5 мента со сливным баком,