Установка для испытания материалов на ударное растяжение Советский патент 1980 года по МПК G01N3/30 

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА УДАРНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ

Изобретение относится к технике для испытания материалов на растяжение П15и ударномнагружении. По основному авт.св. 463036 известна установка для испытания материалов на ударное растяжение, содержащая станину со средствами для закрепления одного из концов образца, нако«вальню, соединенную с противоположным концом образца с помощью ступенчатого стержня, сече ние которого возрастает в направлении к наковальне, и подвижную массу, взаимодействующую .с наковал ней. Недостатком известной установки является то, что скорость перемещения головки образца, связанной со ступенчатым стержнем (скорость деформирования v,) , остается примерно постоянной в процессе испытания вплоть до разрыва образца. Однако характеристики материалов при постоянной скорости растяжения могут отличаться от характеристик при ступенчатом нагружении, и испы тания с постоянной скоростью деформирования сужают диапазон получаемой экспериментальной информации и тем самым снижают достоверность расчетов процессов деформирования с режимами нагружения, соответствующими реальным условиям эксплуатации и технологической обработки конструкционных материалов. Следует отметить, что в такой системе со г-тупенчатьгм стержнем скорость деформирования образца V рассчитывается по величине скорости падения подвижной массы V , 4V VT гдеЧ -р- и F(j , F - соответственно, площади поперечных сечений учёГстков стержня с большим и мень1ЯИМ поперечньЗм сечением. Цель изобретения - проведение испытаний со ступенчатым изменением скорости деформации после растяжения образца на згшанную величину. Эта цель достигается тем, что стержень выполнен двухступенчатым , а размеры участка с меньшим сечением выбраны из условий L- udjF , о о- . L и F - длина и площадь попегде

ечного сечения участка стержня меньшим сечением, &Ч - заданная еличина деформации образца, п - коэффициент уменьшения скорости еформации; ., -С - скорость вука в материале образца, V ,V - ачальная и уменьшенная скорости еформации образца, F - площадь оперечного сечения участкастержня большим сечением.

На чертеже представлена предлагаемая установка.

Она содержит станину 1 со средствами для закрепления одного из концов образца 2, наковальню 3, соединенную с другим концом образца 2 с помощью двухступенчатого стержня 4, сечение которого возрастает в направлении к наковальне 3,. и подвижную массу 5, взаимодействующую с наковальней 3.

Участок стержня с уменьшенным, сечением выполнен сменньам, а его размеры (длина и площадь поперечного сечения) выбираются в зависимости от задаваемого коэффициента п уменьшения скорости деформации, после достижения образцом заданной величины деформации дР. в момент уменьшения скорости.

Установка работает следующим образом.

При ударе подвижной массы 5 со скоростью Vg по наковальне 3 по стержню 4 распространяется упругая волна напряжений, за фронтом которой массовая скорость UQ(скорость движения материала) и напряжение б о определяются по формулам (2) г

U V ; 5o UoPc-,:

где р и С - плотность и скорость звука в материале стержня. : Прохождение волны через область ступенчатого изменения сечения сопровождается распадом волны на отраженную и проходящую, за фронтами которых состояние материала характеризуется массовыми скоростями и напряжениями Uo,6 (в участке стержня с большим сечением) TI , (в участке стержня с меньшим сечением) .. Отражение прошедшей волны от торца стержня 4, связанного с головкой образца 2, сообщает ему скорость движения, равную начальной скорости деформирования V. Прохождение отражеЬной от торца волны через область стуггенчатогр изменения сечения вновь сопровождаетсяее распадом на проходящую и отраженную. Выход послеД,ней на торец стержня снижает его скорость, а следовательно, и ско.рость деформирования, до V. Расчет скорости деформирования образца сводится к расчету скорости движения торца стержня, связанного с образцом. Для расчета используются собтношения теории распространения

упругих волн в стержнях, основанные на равенстве усилий (Рб ) и массовых скоростей (и и ) по обе стороны от поверхности ступенчатого изменения площади сечения после распада волн, и увеличение скорости торца стержня на величину, равную удвоенному скачку массовой скорости на фронте упругой волны при ее отрги жении от торца (2):

(Гч ч;-и)рс -

(i;

где штрих относится к состоянию материала непосредственно перед прохождением волны в область изменения сечения, двойной штрих - к состоянию материала после ее прохождения через эту область. Параметр1Ы с индексом О соответствуют участку стержня с большей плсяцадью сечения, без индекса участку стержня с меньшей площадью сечения.

По этим соотношениям последовательно определяются параметры состояния материала (массовая скорость и напряжение) -по обе стороны от области ступенчатого изменения сечения стержня. При прохождении прямой волны от наковальни по формулам (1)

i:S.,), ;и-.и,;

(о.а,, .. 24

(2)

rU

При отражении волны от торца, связанного с образцом, последний приобретает скорость начального деформирования, равную удвоенному скачку скорости U на фронте волны (влиянием усилия деформирования образца на скорость деформирования можно пренебречь :,

..o.

При прохождении через область ступенчатого изменения сечения отраженной от торца волны :

.,а-о) . .Скачок массовой скорости, вызванный распадом волны при ее прохождении через область ступенчатого изменения сечения стержня -V s участке стержня с меньцим поперечным сечением, приводит к понижению скорости на 2&U, т.е. скорость деформирования снижается до

v-V(r5)(3

отсюда, коэффициент уменьшения скорости деформирования п :

;,

V 2ч И)