Установка для испытаний эластичных материалов при скоростном растяжении

 

Изобретение относится к испытательной технике. Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей за счет увеличения скорости деформации образца. Установка содержит ударный силовозбудитель, подвижный 11 и неподвижный 12 захваты для образца 10, ударовоспринимающий элемент в виде стакана 7, связанного с подвижным захватом посредством изогнутой натянутой струны 4 При воздействии ударного силовозбудителя на ударовоспринимающий элемент последний стремится вернуть струну к ее прямолиней

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 3/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4823995/28 (22) 07.05.90 (46) 30.06.92. Бюл. № 24 (71) Центральный научно-исследовательский институт машиностроения (72) B,Ã. Сазонов (53) 620.178.7(088.8) (56) Степанов Г,В. Упруго-пластическое деформирование материалов под действием импульсных нагрузок. Киев; Наукова думка, ",979, с. 95-96, рис. 33.

Авторское свидетельс;во СССР № 1242747, кл. G 01 N 3/08, 1985, Авторское свидетельство СССР

¹ 1273773, кл, G 01 М 3/30, 1983.

»» . Ы <»> 1 744576 A 1 (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СКОРОСТНОМ РАСТЯЖЕНИИ (57) Изобретение относится к испытательной технике, Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей за счет увеличения скорости деформации образца. Установка содержит ударный силовозбудитель, подвижный 11 вижный 12 захваты для образца 10, ударовоспринимающий элемент в виде стакана 7, связанного с подвижным захватом посредством изогнутой натянутой струны 4, При воздействии ударного силовозбудителя на ударовоспринима>ощий элемент последний стремится вернуть струну к ее прямолинейному положению. Средняя часть струны вызывает перемещение подвижного захвата, что приводит к скоростному растяжению образца. Использование струны позволяет снизить массу подвижных элементов установки и тем самым увеличить скорость деформации образца. 2 ил.

Изобретение относится к прочностным испытаниям материалов, а именно к устройствам для исследования деформационных свойств мягких эластичных материалов при различных скоростях деформации, Известен вертикальный копер, содержащий раму в виде двух стоек, на которых смонтирована поперечина. На поперечине подвешена направляющая в виде трубы, по которой скользит свободно падающий груз, который ударяет по наковальне, соединенной с образцом, другой конец которого соединен со стержнем-динамометром. Копер имеет также устройства для подъема груза, его отцепления на нужной высоте и гашения остаточной энергии груза после разрыва образца.

Однако указанное устройство не позволяет получить высокие скорости деформации из-за ограничений по высоте устройства.

Известно устройство для испытания образцов, содержащее два рядом расположенных жестких стержня, которые с одной стороны шарнирно скрпеплены друг с другом с помощью жесткой тяги. Образцы исследуемого материала располагают между этими стержнями, а усилие прикладывается к этим стержням на некотором удалении от концов. При этом, если образец расположен вблизи концов стержней, противоположных месту крепления жесткой тяги, устройство позволяет повысить скорость деформации, Однако при ударном приложении нагрузки к такому устройству скорость деформации образца будет скачкообразно меняться от нуля до некоторого большого значения, что затрудняет обработку результатов испытаний.

Известна установка для динамических испытаний материалов на растяжение, содержащая основание, копер с падающим грузом, устройство для замера усилия, связанное с пассивным захватом для образца, механизм передачи нагрузки образцу, выполненный в виде тележки, скрепленной с активным захватом, и плоского кулачка в виде клина с профилированной(непрямолинейной) рабочей поверхностью. При воздействии на кулачок падающего груза кулачок перемещается между неподвижной поверхностью, оснащенной роликами, и осью колесной пары тележки. При этом при заданной скорости падающего груза скорость движения активного захвата изменяется

5 в соответствии с профилем кулачка.

Однако из-за трения и значительной массы механизма передачи нагрузки образцу установки такого типа не позволяют получать значительного повышения скорости

10 деформации, Цель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей установки за счет увеличения скорости деформации образца исследуемого материала при задан15 ной скорости движения ударного силовозбудителя и при условии плавного перехода от малых скоростей деформации к большим.

Поставленная цель достигается тем, что

20 усилие со стороны нагружающего устройства (ударного силовозбудителя) передается к образцу с помощью тонкой натянутой струны, центральная часть которой отклонена от равновесного (прямолинейного) положения

25 и с помощью захвата связана с образцом, при этом нагружающее устройство, воздействуя на струну, натягивает струну и стремится вернуть ее к прямолинейному положению.

30 На фиг, 1 показана предлагаемая установка в сборе; на фиг. 2 — место расположения образца исследуемого материала.

Установка состоит из основания и закрепленной на нем вертикальной стойки (не

35 показаны), на которой жестко закреплены роликовые опоры 1 — 3. Между опорами 1 — 3 протянута струна 4, которая в верхней части с помощью приспособления 5 неподвижно скрепляется со стойкой, Для предваритель40 ного натяжения струны используется груз 6, на котором располагается стакан 7 (на фиг, 1 показан пунктиром), Стакан 7 имеет прорези для обеспечения прохода струны 4 и крепления опоры 3. Стакан 7 воспринимает

45 усилие со стороны падающего груза (на фиг.

1 штрих-пунктирной линией показана траектория движения падающего груза). Для обеспечения многократного использования устройства предусмотрены упоры для оста50 новки падающего груза (не показаны), а также предохранительное устройство 8, 1744576 которое обрывается при некотором усилии, меньшем предельной нагрузки для струны.

Натяжение струны измеряется с помощью тензовставки 9. Образец 10 исследуемого материала закрепляется с помощью подвижного захвата 11, связанного со струной

4, и неподвижного захвата 12. Захват 12 связан с тензовставкой 13, которая одним концом неподвижно скреплена с пластиной

14 и служит для замера усилия в образце 10.

Пластина 14 подвижно скреплена со стойкой и может с помощью винтовой передачи (не показана) смещаться в горизонтальном направлении. Для регистрации положения пластины 14 на стойке закреплена шкала

15. Для создания начальной деформации образца 10 используются подвижные упоры

16 и 17 (фиг. 2), которые с помощью винтовой передачи (не показана) могут смещаться относительно пластины 14 в горизонтальном направлении, Заданное положение захвата 11 относительно пластины 14 регистрируется с помощью шкалы 18. Для предотвращения деформирования образца

10 из-за ползучести при малом усилии, вызванном грузом 6, предусмотрено замковое устройство (не показано), которое может быть расположено на упорах 16 и 17 и должно освобождать захват 11 при определенном усилии. Для предотвращения провисания захватов 11 и 12 их можно располагать на роликовых опорах 19. Для замера положения захвата 11 в различные моменты времени на захвате 11 сделан упор

20, который, взаимодействуя с гибкими пластинками 21, замыкает электрические контакты, установленные на панели 22.

Конструктивно опоры 1 и 3 могут находиться на одной вертикальной прямой. При этом груз. чдаояющий по стакану 7, может быть поднятдо опоры 1 или его можно закрепить на конце жесткого шарнирно закрепленного стержня, при этом груз будет двигаться по дуге окружности. Если струна 4 достаточно гибкая, то опоры 1 и 2 можно расположить в горизонтальной плоСКОСТИ, Если груз, ударяющий по стакану 7, движется с постоянной скоростью (т.е, груз достаточно массивен), струна 4 является идеально гибкой и линейно упругой и при этом элементы 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 11 можно считать недеформируемыми и в них отсутствуют люфты и трение, то из геометрических соображений (по известной скорости груза .с учетом замеров усилия в струне 4 с помощью тензовставки 9) в первом приближении (пренебрегая волновыми эффектами) 10

55 x(t) =

По известным значениям усилия N и величин x(t) и S< можно вычислить усилие Т, воздействующее на захват 11: для каждого момента. времени t можно вычислить положение x(t) захвата 11, его скорость x(t) и ускорение x(t):

:ч -fe{ t/чц — н-а{ ° Ie.l °.

Я ((ц) (& 1 ;, г{ 1(— к- )

i {t}= с{Я (-";й-чl öt{-", N-Гх{ц)

x{t) =4 x(t) где x(t) — величина отклонения захвата 11 от равновесного положения (при котором струна 4 между опорами 1 и 2 занимает прямо"5 линейное положение; предполагается, что в любой момент времени струна натянута); хо — начальное значение x(t), т.е. первоначальное отклонение захвата 11 (до начала движения груза 6);

Яо — половина расстояния между опорами1 и2;

L0 — первоначальная длина струны (недеформированной) от элемента 5 до груза 6;

N — усилие натяжения струны, измеряе25 мое элементом 9 для каждого момента времени; { {ч т ь

30, „,г соответственно первая и вторая производные по времени;

Š— жесткость струны на растяжение

h, L {, 35

V — скорость движения груза 6 (V=const).

t — время (отсчитываемое с момента начала движения груза 6);

4р с {т) = 2 ъЯ2 . {рД2 -с — N — н t.:

x(t) = —, . N ,1 1 ,{ Х

x(t) = —

45 скорость и ускорение захвата 11.

Если (кроме указанных выше допущений) жесткость струны E велика (в пределе струна считается нерастяжимой), то можно

50 считать, что

x(t) =

1744576

Т= 2 Й вЂ” - — ——

Составитель В.Сазонов

Техред М,Моргентал Корректор Н, Ревская

Редактор А.Лежнина

Заказ 2192 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

) i)

Более точно усилие, воздействующее на образец 10, замеряется с помощью элемента 13, а величины деформации и скорости деформации образца 10 для различных моментов времени определяются по результатам замера перемещений с помощью элементов 20-22.

Испытания с помощью предлагаемого устройства проводят следующим образом.

Образец 10 закрепляют в захватах 11 и

12. Перемещая упоры 16 и 17, создают в образце 10 начальную деформацию требуемой величины; заданное положение захвата

11 фиксируется замковым устройством. 3атем, смещая пластину 14, отклоняют струну

4 от прямолинейного положения на необходимую величину. По высоте подъема груза, ударяющего по стакану 7, вычисляют скорость движения этого груза. При испытаниях (с помощью элементов 9, 13, 20 — 22) синхронно замеряют усилия, а также перемещения захвата 11. Затем по результатам замеров строят диаграммы деформирования в координатах деформация — напряжение, при этом для каждого момента времени можно вычислить скорость деформации. По наклону кривой деформирования можно определить "характерное" значение модуля для заданных условий нагружения. Меняя

5 начальную деформацию образца, величину отклонения струны и высоту подъема падающего груза, можно моделировать различные условия нагружения эластичных материалов.

Формула изобретения

Установка для испытаний эластичных материалов при скоростном растяжении, содержащая основание, ударный силовоз15 будитель, неподвижный и подвижный захваты для образца, ударовоспринимающий элемент, связанный с подвижным захватом, отличающаяся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможно20 стей путем увеличения скорости деформации образца, связь ударовоспринимающего элемента с подвижным захватом осуществлена посредством изогнутой натянутой струны, один из концов которой скреплен с

25 основанием, другой — с ударовоспринимающим элементом, а средняя часть — с подвижным захватом,