Устройство для испытания кольцевых образцов на динамическую вязкость разрушения Советский патент 1982 года по МПК G01N3/30 

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к устройствам для испытания кольцевых образцов на динамическую вязкость разрушения при ударном нагружении.

Известно устройство для испытания материалов на ударное растяжение, содержащее раму со средствами для закрепления одного из концов образца испытуемого материала, прикрепленный ко второму концу образца двухступенчатый стержень, несущий на свободном конце наковальню и сбрасываемый на. наковальню груз. Сечение стержня воз растает в направлении к наковальне,. а размеры участка с меньшим сечением выбрации такими, что позволяют проводить -на ударное растяжение со ступенчатым уменьшением скорости деформаций пбсле растяжения образца на заданную величину .1 .

Недостаток данного устройства во-первых, оно не приспособлено для проведения испытаний на ударное растяжение кольцевых образцов, используемых для определения динамической вязкости разрушения, и во-вторых, устройство позволяет проводить испытания только со ступенчатым уменьшением скорости деформирования, и неприменимо для испытаний; со ступенчатым увеличением скорости, чтоогранис чивает объем получаемой информации. Наиболее близким по техническому существу к предлагаемому является устройство для испытания кольцевых образцов на динамическую вязкость

Q разрушения, содержащее станину, разжимную оправку, устанавливаемую на станине в отверстие кольцевого образца, разжимной элемент с выступающей . из оправки верхней частью,боек для приложения ударной нагрузки к раз-

жимному элементу, который (боек).взаимодействует с выступающей верхней частью разжимного элемента 2.

Недостаток данного устройства возможность испытания образцов толь20ко при постоянной скорости нагружения, определяемой скоростью движения бойка, так как конический раЗжимной элемент в процессе нагружения движется совместно с бойком с постоянной скорос25тью.

Цель изобретения - проведение испытаний со ступенчатым изменением скорости нагружения.

Указанная цель достигается тем, ,

30 что устройство снабжено пpикpeш eнны к нижней части разжимного элемента стержнем длиной L 7 наковальней на конце, служащей для восприяти удара бойка, а длина 1выступающей из оправки верхней части разжимного эле мента выбрана из условия I -С-с/2 где . - время испытания, в течение которого происхо дит разрушение образца С - продолжительность времени от начала нагруже ния образца до момент изменения скорости; с - скорость распространения упругих волн в материале разжимного эп( мента. Выступающая из оправки верхняя часть разжимного элемента может быт выполнена ступенчатой. Кроме того, выступающая из оправки верхняя часть разжимного элемента может быть соединена со станиной На фиг.1 изображено устройство; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - разжимной элемент- с выступающей частью постоянного сечения, обеспечивающей ступенчатое уменьшение скорости нагружения; на фиг. 4 то же, с выступающей частью постоянного сечения, обеспечивающей ступенчатое увеличение скорости; на фиг.5 то же, с двухступенчатой выступающей частью,обеспечивающей ступенчатое уменьшение скорости; на фиг. 6 то же,с двухступенчатой выступающей частью, обеспечивающей ступенчатое увеличение скорости; на фиг. 7 вариант соединения разжимного элемен та со станиной. Устройство содержит станину 1, выполненную в виде рамы с двумя траверсами 2 и 3 и установленную на фун даменте 4. На траверсу 3, имеющую отверстие 5, устанавливается кольцевой образец 6 с двумя радиальными трещинами 7, в отверстие которого устанавливается разжимная оправка 8 со вставленным в нее конусным разжимным элементом 9 с выступающей из оправки 8 верхней частью 10. Разжимной элемент 9 резьбовым хвостовиком 11 соединен со стержнем 12 с наковальней 13, воспринимающей удар бойка 14.Стержень 12 располагается в соосных направляющих отверстиях 5 и 15 станины 1. Для гашения излишней кинетической энергии бойка 14 служит резиновый амортизатор 16. Подъем бойка 14 в верхнее положение осуществляется лебедкой (не показана) , а фиксация в верхнем положении фиксирующим устройством (не показано) . Выступающая верхняя часть 10 разжимного элемента 9 может быть соединена с траверсой 2 станины 1 с помощью навинченной на резьбу 17 гайки 18 (фиг.7). Длина L стержня 12 с наковальней 13 на конце выбирается из условия L7 где - время испытания, в течение которого происходит разрушение испытуемого образца; с - скорость распространения упругих волн в материале стержня 12. В свою очередь длина L выступающей из оправки 8. верхней части 10 разжимного элемента 9 выбирается из условия Т - продолжительность времени от начала нагру- жения образца до момента изменения скорости. Выступающая верхняя часть 10 разжимного элемента 9 может быть выполнена цилиндрической постоянного сечения, диаметр которого меньше или больше диаметра основания конусной части разжимного элемента 9, к которому примыкает выступающая верхняя часть 10, и цилиндрической двухступенчатой, при этом диаметр второй ступени, в свою очередь .-меньше или больше диаметра первой ступени-. Устройство работает следующим образом. Предварительно на поверхность кольцевого образца б с двумя радиальными трещинами 7 вблизи вершины одной из трещин наклеивается тейзодатчик (не показан) для замера упругой деформации, а для определения момента страгивания трещины наклеивают около вершины трещины датчик разрыва (не показан). Затем образец б устанавливают на нижнюю траверсу 3 станины 1. В отверстие образца б вставляют разжимную оправку 8 с разжимным элементом 9, например, с выступающей верхней частью 10 постоянного сечения, обеспечивающей ступенчатое увеличение скорости (фиг.4).На стержень 12 с наковальней 13 насажиг вают боек 14, а затем стержень 12 устанавливают в отверстия 5 и 15 и соединяют при помощи резьбового хвостовика 11с конусным разжимным элементом 9. Боек 14 поднимают с помощью лебедки на заданную высоту и фиксируют на стержне 12. При ударе бойка 14 со скоростью Vg- , которая регулируется высотой подъема бойка, по наковгшьне 13, по стержню 12 распространяется упругая волна напряжений, за фронтом которой массовая скорость и (скорость движения материала) и напряжение G i опр деляются по формулам , и VP ; О- PCU , где ри с - плотность и скорость распространения упругой волны в материале стержня, Прохождение волны через область ступенчатого изменения сечения сопровождается распадом волны на отраже ную и проходяющую, за фронтами которых состояние материала характеризуется массовыми скоростями и напряжениями U (Т , д (за. фронтом проходящей волны), и , (У (за фронтом отраженной волны). Расчет скорости деформирования образца 6 сводится к расчету скорости движения разжимного элемент 9 ( влиянием кольцевого образца на скорость разжимного элемента пренебрегаем) . Для расчета скорости движения разжимного элемента используется формула, определяющая массовую скорость по обе стороны от области ступенчатого изменения сечения разжимного элемента и .u , где U - массовая скорость непос редственно перед прохождением волны в область изменения сечения U - массовая скорость, отно сящаяся к состоянию мат риала после прохождения волны; tp отношение площадей в области изменения сечения (свободной поверхности соответствует V О, вследствие чего массовая скорость за фронтом упругой волны напряжений, отраженной от свободной поверхност удваивается . и 2 U при Зсцдемлении f , ско рость движения разжимного элемента ступенчато уменьшается до нуля). Высота подъема бойка 14, например выбирается экспериментально такой, чтобы при начальнойскорости нагруже ния образца до ее ступенчатого изменения не происходило динамическое распространение трещины-(датчик разрыва у вершины трещины не разрушитс а ступенчатое повышение скорости нагружения вызывало динамическое распространение трещины. В процессе испытания регистрирую диаграмму изменения упругой деформа ЦИЦ на поверхности образца вблизи вершины трещины 7 с помощью осцилло графирования сигнала от тензодатчик и момент -динамического инициировани трещины с помощью датчика разрыва, По величине упругой деформации на поверхности образца в момент динамического инициирования трещины находят характеристику динамической вязкости разрушения, при этом учитывается влияние на вязкость разрушения истории нагружения. Таким образом, предлагаемое устройство дает возможность проведения испытаний на вязкость разрушения кольцевых образцов с трещинами с заданным ступенчатым изменением скорости деформирования после деформирования образца на заданную величину, что обеспечивает расширение получаемой экспериментальной информации, необходимой для расчетов процессов разрушения с режимами нарушения, соответствующим реальным условиям зксплуатации конструкций, и оценки возможности использования тех или иных конструктивных материалов в различных условиях эксплуатации с реальными режимами нагружения. Предлагаемую установку целесообразно использовать в НИИ и з.аводских лабораториях для исследования материалов . Формула изобретения 1.Устройство для испытания кольцевых образцов на динамическую вязкость разрушения, содержащее станину , разжимную оправку, устанавливаемую на станине в отверстие кол ьдевого образца, разжимной элемент с выступающей из оправки верхней частью, боек для приложения ударной нагрузки к разжимному элементу, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью проведения испытаний со ступенчатым изменением скорости нагружения, оно снабжено прикрепленным к нижней части разжимного элемента стержнем длиной L 7 1щ,„с/2с наковальней на конце, служащей для восприятия удара бойка, а длина 1- выступающей верхней части разжимного элемента выбрана из условия(, , время, в течение которого происходит разрушение образца; С- продолжительность времени от начала нагружения образца до момента изменения скорости; с - скорость распространения упругих волн в материале разжимного элемента. 2.Устройство поп.1,отличаю щ е е с я тем, что выступающая из