Способ исследования деформационно-прочностных свойств листовых материалов и устройство для его осуществления

 

Способ исследования деформационно-прочностных свойств листовых материалов и устройство для его осуществления. Изобретение относится к испытательной технике и касается исследования деформационно-прочностных свойств листовых материалов. Сущность устройства и осуществляемого им способа состоит в том, что образец нагружают ударной нагрузкой индентером 19 и затем по крайней мере в пяти позициях датчиками 2, 4, 9, 14 и 18 замеряют усилие Р волны напряжений, возбужденной в образце и время t их замера от начала воздействия на образец ударным нагружением. 2 с. и 6 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и касается исследования деформационно-прочностных свойств листовых материалов.

Известен способ исследования свойств материалов путем оценки упругопластических свойств испытуемых образцов при внедрении в них индентора [1] Недостатком способа является невозможность при его использовании оценить влияние на прочность листового материала различных слоев, из которых материал может быть изготовлен.

Известен способ исследования прочностных свойств листовых материалов, по которому образец в виде плоской пластины закрепляют в опорах и подвергают ударному нагружению, замеряют параметры, характеризующие результат воздействия на образец, и по ним судят о прочностных свойствах листового материала [2] Недостатком данного способа является неполнота оценки влияния структуры материала на его свойства.

Известно устройство, содержащее опоры для испытуемого образца, приспособление для его ударного нагружения и датчики с регистрирующей аппаратурой для замера параметров, характеризующих результат воздействия на образец [3] Недостатком устройства является невозможность проведения на нем широкого круга исследовательских работ, т.е. невозможность проведения испытаний для получения исследовательской информации о деформационно-прочностных свойствах материалов.

Техническая задача, на решение которой направлены предлагаемые способ и устройство заключается в расширении их применения, т.е. в создании условий для оценки деформационно-прочностных свойств материалов.

Указанная техническая задача решается за счет того, что в способе замеряют динамические усилия Р возбужденной в образце волны напряжений и время t их замера от начала воздействия ударным нагружением и по замеренным f и t судят о свойствах образца, причем указанные параметры замеряют в пяти позициях: сверху и снизу образца по оси приложения ударного нагружения, со стороны боковой поверхности образца, а также сверху и снизу, образуя между указанной его боковой поверхностью и осью приложения ударного нагружения.

В устройстве использованы датчики следящего типа и установлены в указанных пяти позициях для замера Р и фиксации времени t на регистрирующей аппаратуре, при этом приспособление ударного нагружения может быть выполнено в виде ударника, пуансона и индентора, а один из указанных датчиков расположен между пуансоном и индентором и выполнен тензометрическим, причем длина ударника, выполненного в виде стержня, выбрана из условия t_o1 < t_o2, где t_o1 время прохождения волны напряжений от начала ее возникновения до датчика, расположенного со стороны боковой поверхности испытуемого образца, t_o2 суммарное время прохождения возбужденной и отраженной динамической волны в ударнике. Устройство также может быть снабжено фиксирующими планками, расположенными в опорах сверху и снизу испытуемого образца и имеющими прослойки с отличным от него акустическим сопротивлением, обжимающим испытуемый образец по боковым поверхностям и имеющим акустическое сопротивление, равное акустическому сопротивлению испытуемого образца, и эластичным концентратором импульса динамического нагружения, выполненным в виде шайбы, охватывающей концевую часть индентора.

Сущность способа и устройства поясняются чеpтежами, где на фиг.1 изображена схема реализации способа; на фиг.2 диаграммы распространения энергии удара в образце; на фиг.3 диаграммы динамических усилий Р, возникающих в образце в позициях замера в процессе распространения в нем волны деформаций; на фиг.4 принципиальная схема устройства для осуществления способа исследования деформационно-прочностных свойств листовых материалов.

Устройство включает в себя основание 1, центральный пьезоэлектрический датчик 2, подвижные стойки 3, несущие соответствующие промежуточные пьезоэлектрические датчики 4 и 14, фиксирующие планки 5 и 12 с приспособлениями 6 и 13 соответственно, контактирующими с нижней и верхней плоскими поверхностями испытуемого образца 11, стойки-опоры 7 и 21 для закрепления в них планок, стойку 8 для регулируемой установки бокового пьезодатчика 9, ограничитель 10, обжимающий по бокам испытуемый образец, направляющую втулку 15, ударник 16, пуансон 17, датчик тензометрический 18, индентор 19, наконечник которого охвачен концентратором 20 импульса, упруго-пластичный компрессор 22.

Работает устройство и осуществляется способ следующим образом.

Образец зажимается в опорах между фиксирующими планками 5 и 12. При этом прослойки 6 и 13 изготавливаются из материала с определенным акустическим сопротивлением. По контуру образец обжимается ограничителем 10 с акустическим сопротивлением, равным акустическому сопротивлению испытуемого образца.

По средней части образца наносится удар модельной интенсивности, при этом выделяются две зоны функционирования испытуемой системы: зона кратерообразования и зона массового (волнового) рассеивания энергии удара.

При воздействии индентора на образец в системе возбуждается волновой процесс (волна напряжений), параметры которого Р и t фиксируются датчиками 2, 4, 14 и 18 и регистрирующей аппаратурой (цифровые запоминающие осциллографы, компьютеры и т.д.). По заданным параметрам Р и t судят о способности образца передавать энергию воздействия из зоны самого напряженного состояния (кратерообразования) в остальные зоны образца и судят о его деформационно-прочностных свойствах.

Для нанесения удара ударник 16 разгоняется любым известным способом. Ударник выполняется в виде стального стержня, длина которого выбирается из условия t_o1< < t_o2, что позволяет исключить влияние волновых процессов в ударнике на волновые процессы в образце.

Промежуточные прослойки выбираются из соотношения между акустическим сопротивлением образца V₁ ρ₁С₁ и прослоек V₂ ρ₂С₂, где ρ₁ и ρ₂ плотность, соответственно, образца и прослойки, а С₁ и С₂ скорость упругой волны в них.

При V₁ > V₂ снижается сопротивление фиксирующих планок прогибу образца, при V₂ > V₁ происходит увеличение сопротивления прогибу образца. Варьирование соотношения V₁ и V₂ позволяет расширить круг задач решаемых предлагаемым устройством и способом.

В зоне непосредственного контакта индентора с поверхностью образца установлен эластичный концентратор 20 импульса, выполненный в виде шайбы, охватывающей концевую часть индентора.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют решить широкий круг исследовательских задач.

Формула изобретения

1. Способ исследования деформационно-прочностных свойств листовых материалов, по которому в закрепленном образце в виде плоской пластины возбуждают волну напряжений путем приложения ударной нагрузки, измеряют параметры волны напряжений и по ним судят о диформационно-прочностных свойствах материала, отличающийся тем, что в качестве параметров измеряют динамические усилия P волны напряжений и время t от начала воздействия ударной нагрузки до замера соответствующего усилия P и по измеренным P и t судят о свойствах образца.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые параметры измеряют по крайней мере в пяти позициях, две из которых расположены на верхней и нижней поверхностях пластины по оси приложения ударной нагрузки, одна - на боковой поверхности пластины и две на верхней и нижней поверхностях пластины между боковой ее поверхностью и осью приложения ударной нагрузки.

3. Устройство для исследования деформационно-прочностных свойств листовых материалов, содержащее опоры для образца в виде плоской пластины, средства для его ударного нагружения и датчики с регистрирующей аппаратурой, отличающееся тем, что оно содержит по крайней мере пять силоизмерительных датчиков, два из которых расположены сверху и снизу пластины по оси приложения ударной нагрузки, один - со стороны ее боковой поверхности и два - сверху и снизу между боковой поверхностью и осью приложения ударной нагрузки, а регистрирующая аппаратура выполнена с возможностью фиксации времени t от начала воздействия ударной нагрузки до замера соответствующего усилия.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что средства для ударного нагружения выполнены в виде ударника, пуансона и индентора, а один из упомянутых датчиков расположен между пуансоном и индентором и выполнен тензометрическим.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что ударник выполнен в виде стержня, длина которого выбрана из условия где - время прохождения волны напряжений от точки приложения ударной нагрузки до датчика, расположенного со стороны боковой поверхности пластины, - суммарное время прохождения возбужденной и отраженной волны напряжений в ударнике.

6. Устройство по любому из пп. 3 - 5, отличающееся тем, что оно снабжено фиксирующими планками, расположенными в опорах сверху и снизу пластины, и размещенными между планками прокладками, имеющими акустическое сопротивление, отличающееся от акустического сопротивления образца.

7. Устройство по любому из пп. 3 - 6, отличающееся тем, что оно снабжено ограничителем, обжимающим пластину по боковой или боковым поверхностям и имеющим акустическое сопротивление, равное акустическому сопротивлению пластины.

8. Устройство по любому из пп. 3 - 7, отличающееся тем, что оно снабжено эластичным концентратором импульса ударной нагрузки, выполненным в виде шайбы, охватывающей концевую часть индентора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4