Устройство для испытания материалов на сдвиг Советский патент 1993 года по МПК G01N3/24 

I/

комп испо сдви

ние мате путе влия

зобретение относится к испытаниям зиционных материалов и может быть ьзовано для изучения прочности при

лью изобретения является повышеочности при испытании композитных

налов на основе углеродной матрицы

снижения погрешностей, связанных с

нем краевого эффекта и преждевресмят

менн,ым разрушением кромок образца от я при испытаниях этих материалов. ель достигается тем, что в устройство для спытания материалов на сдвиг, содержащее пару элементов для передачи образцу к агрузки от испытательной машины. выполненных в виде усеченных призм, введен i две Z -образные прокладки с полками для репления и установки испытуемого образца и две специальные насадки из композитного материала. .При помощи Z -образных прокладок, поверхности стоек которых, взаимодействующие с боковыми поверхностями образца, имеют рифление, часть приложенной нагрузки передается боковым поверхностям образца.

Одна из полок каждой прокладки; которая предназначена для взаимодействия с торцовой поверхностью образца, выполнена с переменной жесткостью, увеличивающейся к стойке от значения, равного жесткости однонаправленного углепластика втрансверсальном направлении, т.е. минимального значения жесткости для всех существующих композитов, до значения, равного жесткости того же материала только в продольном направлении, т.е. максиоо со -ч го о

СлЭ

мального значения жесткости для всех существующих композитов, за счет чего существенно снижается краевой эффект при испытании анизотропных материалов на сдвиг.

Использование специальных насадок, закрепленных на внутренних сторонах полок с переменной жесткостью, позволяет предотвратить смятие торцовых поверхностей образца, на которые передается нагрузка. При этом насадки выполнены из композитного материала, твердость и модуль упругости которого совпадают с твердостью и модулем упругости испытуемого материала в направлении продольной оси образца.

В совокупности все введенные элементы позволяют снижать погрешность, которая образуется при испытаниях анизотропных материалов на сдвиг, из-за появления краевого эффекта. Тем самым выполняется поставленная задача по повышению точности и достоверности результатов испытания этих материалов.

Введение новых элементов - специально выполненных прокладок и насадок и их взаимодействие с образцом существенно отличают новое устройство от прототипа. На чертеже представлено устройство. Устройство содержит пару призматических элементов 1, закрепленные на них две прокладки 2 Z-образной формы, имеющие полки 3 и 4, и две специальные насадки 5. На поверхности 6 стойки прокладки выполнено рифление, а полка 3, предназначенная для взаимодействия с торцовой поверхностью образца 7, выполнена с переменной жесткостью, т.е. увеличивающейся к стойке от значения, равного жесткости однонаправленного углепластика в трансверсаль- ном направлении, до значения, равного жесткости того же материала в продольном направлении. Полка 4 предназначена для взаимодействия с призмой 1 и упирается в ее боковую сторону, составляющую острый угол с ее усеченной гранью. Насадки 5 изготовлены из композитного материала, твердость и модуль упругости которого совпадают с твердостью и модулем упругости испытуемого материала в направлении продольной оси образца 7, и закреплены на внутренних поверхностях полок 3.

Устройство работает следующим образом.

Насадку 5 закрепляют на внутренней поверхности полки 3 и прокладку 2 с закрепленной насадкой 5 устанавливают на призму 1 так, чтобы гладкая поверхность 8 ее стойки прижималась к поверхности усеченной грани призмы 1,а полка 4 упиралась в

боковую сторону призмы 1, составляющую острый угол с ее усеченной гранью. Аналогично собирают вторую прокладку и устанавливают ее на другую призму,

Между обеими призмами с установленными на них прокладками размещают испытуемый образец 7 так, чтобы его боковые поверхности взаимодействовали с рифлен- ными поверхностями 6 прокладок 2, а торцовые поверхности - с насадками 5, закрепленными на полках 3.

Затем устройство устанавливают в испытательную машину, центрируют и нагружают осевыми сжимающими усилиями. Эти

5 усилия воздействуют на призматические элементы 1 устройства, усеченные грани которых передают эту нагрузку на взаимодействующие с ними Z -образные прокладки 2, которые, в свою очередь, непосредственно

0 передают часть нагрузки в виде касательных и сжимающих усилий боковым поверхностям образца 7 посредством рифленных поверхностей 6, а другую часть - торцовым поверхностям образца 7 через насадки 5.

5 Далее увеличивая нагрузку, доводят образец до полного разрушения и по величине максимальной нагрузки судят о прочности материала испытуемого образца.

Эффективность устройства заключает0 ся в повышении точности и достоверности результатов, снижении затрат на проведение испытаний за счет удобств эксплуатации, связанных с простотой его конструкции, возможностью испытания об5 разцов различных размеров за счет использования прокладок различных размеров. Формула изобретения 1. Устройство для испытания материалов на сдвиг, содержащее две соосные опо0 ры, предназначенные для подсоединения к нагружателю, и размещенные на соответствующих опорах установочные элементы с Г-образными гнездами для взаимодействия с противоположными поверхностями образ5 ца, а рабочие поверхности каждого гнезда параллельны соответствующим поверхностям другого гнезда и наклонены к оси опор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при испытании компо0 зитных материалов на основе углеродной матрицы,рабочие поверхности гнезд, пересекающиеся с осью опор, предназначены для взаимодействия с соответствующими боковыми поверхностями образца и выпол5 йены рифлеными, вторые рабочие поверхности гнезд предназначены для взаимодействия с участками соответствующих торцовых поверхностей образца и образованы полками, жесткость каждой из которых увеличивается по направлению к

п|ервой рабочей поверхности этого гнезда от значения, соответствующего жесткости однонаправленного углепластика в трэнс- версальном направлении, до значения, соответствующего жесткости последнего в продольном направлении, а устройство снабжено прокладками, предназначенными для размещения между соответствующими палками и торцовыми поверхностями образца и выравнивания распределения нагрузки на эти поверх- .

0

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что опоры выполнены в виде усеченных призм с наклонными к их оси параллельными поверхностями, установочные эпементы выполнены Z -образными, стойка каждого из установочных элементов размещена на наклонной поверхности соответствующей призмы, полка гнезда образована одной из перекладин этого установочного элемента, а другая его перекладина предназначена для опирания о боковую поверхность призмы, на которой он размещен.

Изобретение относится к испытаниям композиционных материалов и может быть испо ьзовано для изучения прочности при сдви ноет г. Устройство позволяет повысить точ- результатов испытаний путем снижения погрешностей, связанных с влиянием краевого эффекта и преждевременного разрушения кромок образца от смятия при испытаниях. Это осуществляется использованием двух Z-образных прокладок 2, прикрепленных к нагружающим элементам 1, и двух насадок 5 из композитного материала. Прокладка 2 имеет полки 3 и 4, первая из которых выполнена с переменной жесткостью, увеличивающейся по направлению к стойке, а поверхность 6 стойки вы- полнена .рифленной. Перечисленные элементы при нагружении образца 7, взаимодействия с его торцовыми и боковыми поверхностями, существенно снижают влияние краевого эффекта, тем самым обеспечивается выполнение поставленной цели, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

6