Образец для измерения температурных деформаций

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения оптико-электронными приборами деформаций при силовом и тепловом нагружении образцов, испытываемых в герметических камерах в условиях высоких температур, в вакууме и при повышенных давлениях агрессивных сред. Целью изобретения является расширение класса исследуемых материалов за счет деструктирующих материалов. Образец изготавливают в виде стержня с двумя элементами, снабженными метками базы, имеющими диффузно отражающие поверхности , метки выполнены в виде круглых глухих отверстий, моделирующих абсолютно черное тело. При деструктировании образца такие метки сохраняют контрастность границ , что позволяет сохранить точность измерений в условиях высоких температур. 2 ил. t

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 11/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯЬ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф. фв.

Д (фь О (21) 4738752/28 (22) 19.09.89 (46) 30.06.92. Бюл. М 24 (71) Институт проблем прочности АН УССР (72) Б.В,Марасин и Л.И.Грачева (53) 531.717.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 11332288666677, кл. G 01 В 11/18, 1987, (54) ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ .(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения оптико-электрон н ыми приборами деформаций при силовом и тепловом нагружении образцов, Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения оптико-электронными приборами деформаций при силовом и тепловом нагружении образцов, испытываемых в герметических камерах в условиях высоких температур, Известен образец для определения температурной деформации, выполненный в виде цилиндрического стержня с двумя сквозными отверстиями в форме гиперболоидов вращения, расположенными у каждого торца цилиндра, оси которых параллельны между собой и перпендикулярный оси цилиндра, а наименьшие сечения проходят че-рез ось цилиндра. Метками, по которым измеряют деформацию образца, явля ются

„„Я ÄÄ 1744449 А1 испытываемых в герметических камерах в условиях высоких температур, в вакууме и при повышенных давлениях агрессивных сред. Целью изобретения является расширение класса исследуемых материалов за счет деструктирующих материалов. Обра. зец изготавливают в виде стержня с двумя элементами, снабженными метками базы, имеющими диффузно отражаЮщие поверхности, метки выполнены в виде круглых глухих отверстий, моделирующих абсолютно черное тело. При деструктировании образца такие метки сохраняют контрастность границ, что позволяет сохранить точность измерений в условиях высоких температур, 2 ил. наименьшие сечения сквозных отверстий.

Недостатки образца заключаются в следующем:

- в результате размягчения, деструкции и разрушения образца при испытаниях деструктирующих материалов, в том числе и в сквозных отверстиях, происходит изменение формы и размера отверстий, что ведет к изменению положения их центров симметрии, определяют базу измерения деформаций, поэтому снижается точность измерения деформаций;

- наличие сквозных отверстий в образце приводит к тому, что в процессе деструкции наравне с наружными слоями образца участвуют и его внутренние слои из-за проникновения тепловых потоков через указанные отверстия. Это искажает характер деформи1744449

20

55 рования образца и снижает точность и достоверность результатов испытаний; — необходимость подсветки образца в проходящем свете, что усложняет конструкцию испытательной установки;

- снижение контрастности меток из-за изменения отражающих свойств поверхности деструктирующего при нагреве материала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является образец для измерения температурных деформаций, содержащий стержень с отверстиями, перпендикулярными его оси, в которых установлены параллельно друг другу изготовленные из жаропрочного материала стержневые элементы с метками базы, имеющие диффузно отражающие поверхности, метки расположены на торцовых поверхностях стержневых элементов. В описанном образце на базовом расстоянии выполнены сферические полости с зачерненной внутренней поверхностью, каждая из которых сообщается с соответствующим отверстием, а диаметр каждой полости больше диаметра отверстия. Указанный образец предназначен для определения температурных деформаций бетона.

Недостаток такого решения состоит в том, что при нагреве образца до высоких температур происходит выгорание отдельных компонентов материала образца (бетона) и метка разрушается, Разрушаются не только края отверстия, но и внутренние полости за счет интенсивного проникновения тепла внутрь отверстия. Причем поскольку зачерненная поверхность выгорает, то изменяется ее отражающая способность, т.е. сферическое отверстие в зачерненной внутренней поверхности уже не обладает свойством абсолютно черного тела, Выполнение сферической полости с диаметром больше диаметра отверстия не гарантирует получения свойств абсолютно черного тела, особенно при отсутствии зачернения, которое выгорает и разрушается при высоких температурах, когда происходит деструкция материала.

При высоких температурах, когда начинается деструкция материала, поверхность образца разрушается, изменяется его макроструктура, при этом изменяются и оптические свойства отражения света.

Таким образом при деструкции образца происходит изменение оптических свойств двух участков образца, образующих метку, а именно, поверхности образца и отверстия в образце. И поверхность образца и отверстие разрушаются, деструктируют, изменяются их оптической свойства отражения, что приводит как к изменению контрастности изображения метки, так и к изменению формы и размеров метки. Это естественно снижает достоверность результатов измерения при определении ТКЛР деструктирующих конструкционных материалов, Поэтому известный образец не может быть использован при исследовании деструктирующих композиционных материалов.

Цель изобретения — расширение класса исследуемых материалов за счет деструктирующих материалов.

Цель достигается тем, что, в известном образце для измерения температурных деформаций, содержащем стержень с отверстиями, перпендикулярными его оси, s которых установлены параллел ьно друг другу изготовленные из жаропрочного материала стержневые элементы с метками базы, имеющие диффузно отражающие поверхности, метки расположены на торцовых поверхностях стержневых элементов, согласно изобретению, диффузно отражающими выполнены поверхности по контуру меток, шероховатость этих поверхностей находится 8 диапазоне 0,63.„0,70 мкм, а метки выполнены в виде круглых глухих отверстий с соотношением диаметра и глубины в диапазоне от 0,1...0,2.

Образец снабжен изготовленными из жаропрочного материала стержневыми элементами пометки базы, которые установлены в отверстиях, причем торцовая наружная поверхность каждого стержневого элемента выполнена диффузно отражающей с шероховатостью поверхности Ра = 0,63...0,70 мкм, с глухим отверстием, геометрические параметры которого диаметр D и глубина Н определены условием D/H = 0,1...0,2.

Благодаря наличию стержневых элементов пометки базы, выполненных из жаропрочного материала, метка практически не разрушается при высоких температурах, а сохраняет свои форму, размеры и оптические свойства, в то время как образец деструктирует, разрушается и изменяет свои оптические свойства отражения света наружная поверхность образца. Благодаря тому, что собственно меткой является отверстие а.ч.т„на диффузно отражающем свет торце стержневого элемента обеспечивается сохранение контрастности изображения пометки базы как в начале эксперимента (до 1000 С), так и в условиях осаждения на наружный торец стержневого элемента продуктов деструкции испытываемого материала при его нагреве, так как два смежных участка торца стержневого элемента, образующих метку, а именно, диф1744449 фузная поверхность и отверстие а.ч.т„практически не изменяют своих свойств оптического отражения и размеров.

На фиг.1 приведена конструкция предлагаемого образца для измерения температурных деформаций; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1.

Образец для измерения температурных деформаций выполнен в виде стержня 1 с расположенными у его торцов двумя глухими отверстиями, оси которых параллельны между собой и перпендикулярны продольной оси стержня 1. В отверстиях установлены стержневые элементы 2 пометки базы, изготовленные из жаростойкого материала (алунда). Наружный торец 3 каждого стержневого элемента 2 выполнен диффузно отражающим. При этом шероховатость поверхности 3 составляет Ra = 0,63...0,70 мкм, В каждом стержневом элементе 2 выполнено глухое отверстие 4, моделирующее абсолютно черное тело. Отношение диаметра О отверстия 4 к его глубине Н выбирают из условия D/H = 0,1...0,2 (фиг.2). Выполнение этого условия отверстие 4 моделирует а.ч.т.

Испытание образца для измерения температурного коэффициента линейного расширения деструктирующего материала осуществляют следующим образом. Образец (фиг,1 и 2) помещают в герметическую испытательную камеру с кварцевым иллюминатором (на фигурах не показаны) и подвергают равномерному нагреву. Через иллюминатор освещается образец и с помощью оптической аппаратуры — микроскопа МГ-2 (на чертеже не показан) наблюдают изображения двух пометок базы измерения тепловых деформаций в виде темных пятен (точек) на светлом фоне. Светлый фон образуется за счет диффузного отражения от торца 3 стержневого элемента 2, а темное пятно — за счет поглощения света отверстием 4, моделирующим абсолютно черное тело. В процессе нагрева происходит размягчение и деструкция образца, однако

5 за счет выполнения пометки базы в виде отверстия а.ч.т, в торце образца, поверхность которого диффузно отражающая, возможно наблюдать метки в виде темных точек на светлом фоне даже при прогибах

10 или короблении деструктирующего образца, поскольку изображение пометки базы сохраняет свою форму и контрастность независимо от взаимного положения осветителя, образца и измерительного прибора

15 (микроскопа). Температуру образца измеряют при помощи термопар (на чертеже не показаны). По результатам изменения тепловых деформаций и температур рассчитывают температурный коэффициент

20 линейного расширения материала.

Формула изобретения

Образец для измерения температурных деформаций, содержащий стержень с отверстиями, перпендикулярными его оси, в

25 которых установлены параллельно друг другу изготовленные из жаропрочного материала стержневые элементы с метками базы, имеющие диффузные отражающие поверхности, метки расположены на торцовых по30 верхностях стержневых элементов, о т л и ча ю шийся тем, что, с целью расширения класса исследуемых материалов за счет деструктирующих композиционных материалов, диффузно отражающими выполнены

35 поверхности по контуру меток, шероховатость этих поверхностей находится в диапазоне 0,63 — 0,70 мкм, а метки выполнены в виде круглых глухих отверстий с соотношением диаметра и глубины в диапазоне

40 0,1...0,2.