Устройство для передачи усилия от силовых органов испытательной машины к образцу

 

Изобретение относится к области исследования механических свойств высокопрочных материалов путем приложения к ним нагрузки в циклическом режиме и может быть использовано в качестве приспособления к испытательным машинам для определения усталостных характеристик. Сущность: устройство содержит плиту и опорные ролики установленные параллельно друг другу на одной из сторон плиты. Кроме того, оно снабжено дополнительной плитой, двумя роликами и планками. При этом один из роликов установлен между основной и дополнительной плитами так, что его ось перпендикулярна осям опорных роликов. Второй ролик расположен на внешней поверхности дополнительной плиты параллельно основным роликам. Планки установлены на концах роликов и предназначены для взаимодействия с боковыми поверхностями плит. Технический результат: обеспечение надежной работы в условиях уменьшенного объема входной информации. 1 ил.

Изобретение относятся к области исследования механических свойств высокопрочных материалов путем приложения к ним нагрузки в циклическом режиме и может быть использовано в качестве приспособления к испытательным машинам для определения усталостных характеристик, например пульсаторам.

Известно устройство для испытания при 4-точечном изгибе образцов в виде тел вращения, содержащее два захвата, в которых устанавливается испытуемый образец. Захваты выполнены с возможностью поворота вокруг своих опорных осей, перпендикулярных оси испытуемого образца при воздействии на испытуемый образец нагружающего механизма (см. Похмурский В.И. Коррозионная усталость металлов. М.: Металлургия, 1985, стр.41, рис.16).

Описанное устройство может использоваться только для тел вращения, при испытании которых неравномерность распределений напряжений устраняется автоматически за счет самой формы образца. Для испытания плоских образцов указанное устройство неприменимо.

Известно также устройство для передачи нагрузки с силовых органов испытательной машины на образец при испытании на изгиб, содержащее захваты, в которых с помощью зажимов закреплен образец. Захваты под действием силовых органов испытательной машины поворачиваются вокруг своих осей и вызывают изгиб испытуемого образца (см. Карпенко Г.В. и др. Малоцикловая усталость стали в рабочих средах. Киев: Наукова думка, 1977 г., стр.95, рис.50). В указанном устройстве разнос оси приложения нагрузки и испытуемого образца приводит к искажению схемы распределения напряжений в образце и к непредвиденному изменению места зарождения трещины и характера ее распространения. Наличие в испытуемом плоском образце погрешности формы, как-то: не параллельность краев-мест захвата - также приводит к вышеуказанным результатам.

Наиболее близким к заявляемому, выбранным в качестве прототипа, является устройство для передачи нагрузки с силовых органов испытательной машины на образец, преимущественно крупногабаритный или сварной при изгибе или сжатии, включающее платформу, установленную с помощью опорных роликов на поверхность образца таким образом, что линия касания поверхности платформы нагружающим элементом силового органа испытательной машины проходит через центр платформы параллельно осям опорных роликов (см. "Испытание материалов" Справочник под редакцией Х.Блюменауэра. М.: Металлургия, 1979 г., стр.49, рис.2.26б). Недостатком указанного устройства является то, что при испытании образцов и особенно конструкций с соизмеримыми габаритами, как правило, имеет место неравномерность распределения напряжений в образце и конструкции, что приводит к большому разбросу механических характеристик получаемых результатов, возникающему из-за несовершенства нагружающего устройства или формы, испытуемого образца (при непараллельности осей опорных роликов линии касания поверхности платформы нагружающим элементом силового органа испытательной машины).

Целью настоящего изобретения является повышение точности и достоверности испытаний за счет устранения неравномерности распределения напряжений в испытуемом образце.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемое устройство для передачи нагрузки с силовых органов испытательной машины на образец, преимущественно крупногабаритный или сварной, при изгибе или сжатии, включающее нижнюю платформу, установленную с помощью опорных роликов на поверхность образца таким образом, что линия касания поверхности верхней платформы нагружающим элементом силового органа испытательной машины проходит через центр верхней платформы параллельно осям опорных роликов, снабжено цилиндрическим вкладышем, установленным на поверхности нижней платформы в плоскости, проходящей через центр указанной поверхности перпендикулярно опорным роликам, на который помещена верхняя платформа, установленная симметрично нижней платформе, при этом указанные платформы имеют возможность поворота одна относительно другой.

В известных решениях отличительные признаки предлагаемого объекта отсутствуют, поэтому можно сделать вывод, что заявляемое устройство обладает существенными отличиями, обеспечивающими достижение поставленной цели.

Основной задачей создателей настоящего изобретения было устранение неравномерности распределения напряжений в испытуемом образце в поперечном направлении. Достигается это наличием цилиндрического вкладыша, устанавливаемого на поверхности нижней платформы в плоскости, проходящей через центр платформы перпендикулярно опорным роликам. При отсутствии указанного вкладыша давление нагружающего (силового) органа испытательной машины на элемент конструкции вызывает, как правило, возникновение значительных дополнительных напряжений по краям образца (элемента) в поперечном направлении (не учитываемых при расчете величины испытательной нагрузки), и наличие их при дальнейшем нагружении образца приводит к искажению результатов испытаний и изменению места зарождения трещины и характера ее развития.

При наличии вкладыша обеспечивается возможность равномерного нагружения испытуемого образца с обеих сторон в поперечном направлении за счет образования по линиям соприкосновения вкладыша с верхней и нижней платформами самоустанавливающегося шарнира. Наличие указанного шарнира и расположение его перпендикулярно опорным роликам нижней платформы обеспечивает возможность варьирования положения нижней платформы относительно указанного шарнира и позволяет устранить неравномерность распределения напряжений в поперечном направлении испытуемого образца. Таким образом обеспечивается возможность равномерного распределения напряжений в испытуемом образце в двух взаимно-перпендикулярных направлениях - вдоль и поперек.

Наличие верхней платформы, у которой контакт с вкладышем осуществляется по линии, устраняет при нагружении изгиб нижней платформы и самого вкладыша, т.е. улучшает равномерность распределения нагрузки и предотвращает повреждения вкладыша от контактной усталости - от нагружения силового органа испытательной машины (при отсутствии верхней платформы силовой орган давил бы прямо на вкладыш в точке).

Указанная сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема предлагаемого устройства. Предлагаемое устройство содержит нижнюю платформу 1, устанавливаемую с помощью опорных роликов 2, скрепленных с платформой планками 3, на поверхность испытуемого образца 4 таким образом, чтобы линия касания поверхности верхней платформы 8 нагружающим роликом 5 силового органа 6 испытательной машины проходила через центр поверхности нижней платформы параллельно осям опорных роликов. Устройство снабжено цилиндрическим вкладышем 7, установленным на поверхности нижней платформы 1 в плоскости, проходящей через центр этой поверхности перпендикулярно опорным роликам.

Верхняя платформа 8 установлена на цилиндрическом вкладыше 7 симметрично нижней платформе и скреплена с последней с торцов цилиндрического вкладыша планками 9.

Испытуемый элемент 4 устанавливается с помощью роликов 10 на опорных стойках 11 траверсы 12 испытательной машины.

Испытание образцов с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Перед началом испытаний на опорные стойки 11 с роликами 10 устанавливается испытываемый образец 4. Сверху на образец устанавливают предлагаемое устройство таким образом, чтобы центр устройства (середина нижней платформы) располагался над серединой участка испытуемого образца 4. Затем от силового органа 6 испытательной машины через нагружающий ролик 5 посредством предлагаемого устройства осуществляется нагружение образца 4.

В процессе испытаний фиксируется количество циклов, при котором образовалась трещина в образце, и количество циклов до полного его разрушения. На основании этих данных строятся усталостные кривые, характеризующие процесс зарождения трещины и ее распространение.

Предлагаемое устройство устраняет неравномерность распределение напряжений в испытуемом образце, благодаря чему повышается точность и достоверность испытаний. Это позволяет снизить трудоемкость испытаний и экономить дорогостоящий металл за счет уменьшения дисперсии получаемых результатов и уменьшения при этом количества испытываемых однотипных образцов.

Формула изобретения

Устройство для передачи нагрузки от силовых органов испытательной машины к образцу, включающее плиту и установленные на одной из сторон плиты параллельно друг другу опорные ролики, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено дополнительной плитой, двумя роликами, один из которых установлен между основной и дополнительной плитами так, что его ось перпендикулярна осям опорных роликов, а второй расположен на внешней поверхности дополнительной плиты параллельно основным роликам, и планками, установленными на концах роликов и предназначенных для взаимодействия с боковыми поверхностями плит.

РИСУНКИ