Центробежная установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания на растяжение образцов материалов листовых и стержневых конструкций. Целью изобретения является упрощение конструкции установки при испытании листовых и стержневых конструкций. Это достигается тем, что центробежную установку, содержащую основание, установленную на нем платформу с приводом ее вращения, закрепленные на платформе направляющие с расположенными на них с возможностью перемещения инерционными массами и захватами для образца, снабжают закрепленным на платформе кольцом, в котором направляющие установлены по радиусу, а инерционные массы выполняют в виде упругих колец, размещенных на направляющих таким образом, что она проходит через их диаметр, причем упругие кольца меньшего диаметра размещаются внутри колец большего диаметра. 3 з.п.ф-лы, 7 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (siis G 01 N 3/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

1 (21) 4854708/28 (22) 27.07.90 (46) 15.08.92. Бюл, N 30 (71) Северо-Кавказский горно-металлургический институт (72) Г,Т, Урумов (56) Авторское свидетельство СССР

N1439454,,кл, G 01 N 3/08, 1987.

Авторское свидетельство СССР

М 1486856, кл. G 01 N 3/08, 1987, Тимошенко С,П. Статические и динамические проблемы теории упругости, Киев, 1975, с.184, (54) ЦЕНТРОБЕЖНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ

ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ПРИ ПЛОСКОМ

НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ (57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания на растяжение образцов материИзобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытаний на растяжение образцов материалов листовых и стержневых конструкций, применяемых в строительстве, машино-, судО-; самолето- и ракетостроении.

Известна центробежная установка для испытаний. образцов материалов, 8 которой производительность испытаний повышается за счет сокращения времени на разгон установки.

Однако данная установка не позволяет производить многоосное загружение„в испытания не отражают деформационные свойства материала.

Известна центробежная установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии, содержащая основание, „„. Ж„„1755106 А1

2 алов листовых и стержневых конструкций.

Целью изобретения является упрощение конструкции установки при испытании листовых и стержневых конструкций. Это достигается тем, что центробежную установку, содержащую основание, установленную на нем платформу с приводом ее вращения, закрепленные на платформе направляющие с расположенными на них с возможностью перемещения инерционными массами и захватами для образца, снабжают закрепленным на платформе кольцом, в котором направляющие установлены по радиусу. а инерционные массы выполняют в виде упругих колец, размещенных на направляющих таким образом, что она проходит через их диаметр, причем упругие кольца меньше- ) го диаметра размещаются внутри колец большего диаметра. 3 з.п.ф-лы, 7 ил. установленную на нем платформу с приводом вращения, закрепленные на платформе (Я радиальные направляющие с размещенны- (Я ми на них гидроцилиндрами двустороннего действия, заполненные средой, и захваты образца, а в каждом гидроцилиндре размещен подпружиненный в направлении оси поршень.

Недостатком данной установки является сложность и габаритность конструкции ийерционных масс, что ведет к повышению общих габаритов установки. Другим недостатком конструкции является проведение испытаний образцов только по двум осям, что не отражает поведение материалов испытываемых образцов в большинстве реальных конструкций.

1755106

Целью изобретения является упрощение конструкции установки при испытании листовых и стержневых конструкций.

Указанная цель достигается тем, что центробежная установка, содержащая основание, установленную нэ нем платформу с приводом вращения, закрепленные на платформе направляющие с расположенными на них с возможностью перемещения инерционными массами и захватами для образца, снабжена закрепленным на платформе кольцом, в котором направляющие установлены по радиусу, а инерционные массы выполнены в виде упругих колец.

Центробежная установка снабжена также установленным на направляющих и взаимодействующим с упругими кольцами средством для создания преднапряженного состояния испытуемого образца. Упругие кольца — инерционные массы размещают на направляющих либо последовательно таким образом, что направляющие проходят через их диаметр, а кольца взаимодействуют друг с другом посредством жестких опорных элементов, либо кольца меньшего диаметра размещают в кольцах большего диаметра.

На фиг.1 изображен общий вид установки; на фиг.2 — разрез А-А йа фиг.1; на фиг,З вЂ” схема деформирования упругого кольца в результате действия центробежной силы в процессе работы установки;" на фиг.4 — схема размещения упругих колец на одной оси; а,б — последовательно; в — кольцо в кольце; на фиг.5 — металлическое мембранное покрытие (общий вид); на фиг.6 — схема размещения упругих колец и их деформирования вдоль стержня ОА при вращении относительно центра О (кольца закреплены на стержне ОА в точке А); на фиг.7 — то же, но кольца закреплены в точках А, В и С, Центробежная установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии содержит опорную кольцевую раму — платформу 1 с приводом вращения 2 и инерционные массы s виде упругих колец 3.

Через упругие кольца 3 и опорную раму 1 проходят радиальные тяги 4, которые одним концом крепятся натяжными гайками 5 к наиболее удаленному-от центра установки коль4у 3, а другим концом — к испытываемому образцу 6 через захвати 7; Одновременно упругие кольца 3 расположены на радиальных направляющих, вдоль которых за счет шлицевого соединенйя упругих колец 3 и опорных элементов 9 с радиальными тягами 4 они либо свободно перемещаются по всей длине направляющих 8, либо каждое из колец 3 фиксируется опорным злементом 9, закрепленным на тяге 4. Платформа 1 установлена на основании 10, До начала работы центробежной установки возможно нагружение образца с помощью

5 натяжных гаек 5. В этом случае при работе центробежной установки нэ начальное статическое нагружение нэлагаются нагрузки эа счет действия центробежных сил;

F=m w2 г, 10 где а — инерционная масса — масса уп ругого кольца;

w — угловая скорость;

15 r — радиус.

Причем усилия от центробежных сил F начнут повышать начальные усилия Г, только в случае, когда они превысят их, т.е, F > Fo.

Зтот фактор обеспечивает расширение ва20 риантности эагружения образца. Контроль подаваемого на образец 6 усилия производится с помощью, например, тензодатчиков, наклеенных на кольца 3. которые предварительно протарированы. Выбор

25 количества и размеров колец 3, которые могут быть разного диаметра, порядка их размещения, а также осей нагружения определяют условиями работы листового материала или узла стержневой системы в

30 конструкции. С увеличением числа осей нагружения, что легко позволяет сделать конструкцию платформы в виде кольцевой опорной рамы, повышается и равномерность нагружения образца.

35 Пример 1, Определить смещение центра тяжести упругого кольца, которое происходит при вращении его относительно точки О. Кольцо закреплено на стержне ОА — радиальной тяге — в точке A (фиг,3). Дефор40 мацией стержня ОА пренебрегаем. Известно значение центробежной силы при заданной угловой скорости ю;

F=m w2 Ri

Л = 0,149 где r> — радиус кольца;

55 E — модуль упругости материала кольца;

1- момент инерции сечения кольца.

Отсюда путем последовательных приближений можно определить смещение центра тяжести кольца 02, т.е.

Известно также изменение диаметра кольца, сжатого сосредоточенными силами, расположенными диаметрально противоположно.

1755106

Л

Рг = В1+ -р где Ri — первоначальный радиус.

Зная Вг, уточняется значение центробежной силы F и т.д. Это решение является 5 приближенным, так как не учитывается неоднородность деформирования кольца вследствие разных радиусов для каждого сечения.

Пример 2. Упругие кольца 3 закреп- 10 лены на вращающемся нерастяжимом стержне ОА в точке А (фиг.б), а на фиг.7 закреплены на опорных элементах в точках

А, В и С, За счет действия центробежных сил кольца 15 . деформируются, причем на наиболее удаленное от центра вращения О кольцо будут действовать также силы от двух других ко.лец (фиг.б), а кольца на фиг.7 будут деформироваться только от собственных масс. 20

При этом очевидно, что;

R i > Ri" > Ri, Вг > R2 > R2;

Ra > Вз" > Ra, следовательно во втором варианте на фиг.7 25 в целом будет развиваться меньшая центробежная сила, что легко рассчитать, Показанные в примерах 1 и 2 варианты загружения листового образца позволяют отразить реальные условия работы матери- 30 ала, например, для вращающегося относительно собственной оси цилиндра. При этом цилиндрическая оболочка под действием центробежных сил получит удлинение радиуса, которое, в свою очередь, увеличивает 35 центробежные силы.

Одновременно оболочка, деформируясь, запасает упругую энергию. Практически голная аналогия будет осуществляться, если испытывать листовой образец, 40

Пример 3. На фиг.5 дана схема металлического мембранного покрытия, Эти системы обычно предварительно напрягают. Нэ предлагаемой нами установке 45 предварительное напряжение в мембране можно суммировать загружением образца до начала работы центробежной установки.

Вторым этапом нагружения реального Iloкрытия является нагружение ее собствен- 50

1 ным весом покрытия (утеплитель и т.fl.). э также снеговой нагрузкой. Это загружение на образце будет обеспечено зэ счет работы центробежной установки. Таким образом, будет обеспечено взаимодействие по заданной программе начального поля нагружения с последующим.

Пример 4. В работе (3) приводится теоретическая оценка распределения напряжений вблизи отверстия, расположенного в тонкостенном цилиндре при его вращении, Отмечается резкое неравномерное распределение напряжений. Этот случай Легко может быть проверен экспериментально на предлагаемой уст.. новке.

Формула изобретения

1,Центробежная установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии, содержащая основание, установленную на нем платформу с приводом ее вращения, закрепленные на платформе направляющие с расположенными на них с возможностью перемещения инерционными массами и захватами для образца, отл и ч э ю ща я с я тем, что, с целью упрощения конструкции установки при испытании листовых и стержневых конструкций, установка снабжена закрепленным на платформе кольцом, в котором направляющие установлены по радиусу, а инерционные массы выполнены в виде упругих колец.

2.Установка по п,1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что она снабжена установленными на направляющих и взаимодействующих с упругими кольцами средством для создания преднапряженного состояния испытуемого образца.

3.Установка по п.1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что упругие кольца размещены на направляющих последовательно и таким образом, что направляющая проходит через их диаметр, а кольца взаимодействуют друг с другом посредством жестких опорных элементов.

4.Установка по пп.1 и3, отл ич а ю щая с я тем, что упругие кольца меньшего диаметра размещены на направляющих внутри колец большего диаметра.

1755106

1755106

1755106

Составитель Г.Урумов

Техред М.Моргентал

Корректор П,Гереши

Редактор Ю.Середа

Заказ 2885 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета rio изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .

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

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