Способ определения долговечности конструкционных материалов в условиях воздействия агрессивных факторов и устройство для его осуществления

Авторы патента:

Медников Станислав Владимирович (RU)

G01N3/18 - при высокой или низкой температуре

Владельцы патента RU 2396540:

Тужиков Олег Олегович (RU)
Медников Станислав Владимирович (RU)
Ольшанский Олег Владимирович (RU)

Изобретение относится к методам испытаний конструкционных материалов. Сущность: образец закрепляют с помощью соединительно-герметизирующего устройства внутри термостатической камеры. Термостатируют образец в термостатической камере, которая разделена соединительно-герметизирующим устройством с закрепленным в нем образцом на нагнетательную и реакционную камеры. Со стороны нагнетательной камеры нагружают образец давлением жидкой или газообразной среды. Со стороны реакционной камеры образец подвергают воздействию агрессивной среды и другим агрессивным воздействиям. Измеряют время до разрушения образца при задаваемых условиях - температуре и механическом напряжении в образце, деформированном давлением среды в нагнетательной камере, на основании полученных данных рассчитывают долговечность материала образца для заданного набора агрессивных воздействий агрессивных сред и других агрессивных воздействий. Устройство содержит термостатическую камеру, источники давления инертной и агрессивной сред, датчик давления инертной среды, датчик расхода инертной среды, термостатирующее устройство с датчиком температуры, блок ввода, вывода и анализа агрессивной среды, источник агрессивной среды, источники других агрессивных воздействий, датчики интенсивности других агрессивных воздействий, блок управления источниками других агрессивных воздействий, блок регистрации, анализа и управления работой устройства, который соединен с источниками давления инертной среды, с датчиками расхода и давления инертной среды, с датчиками, регистрирующими интенсивности агрессивных воздействий, с блоком управления источниками других агрессивных воздействий, с датчиком температуры в термостатической камере, с термостатирующим устройством любого известного вида, с устройством ввода и вывода агрессивной среды. Технический результат: расширение технологических возможностей. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к разработке оборудования для испытаний конструкционных материалов на долговечность при воздействии различных агрессивных факторов, например агрессивных сред или проникающих излучений.

Известен способ определения долговечности эластичных конструкционных материалов, например резин, заключающийся в том, что образец из испытуемого материала подвергают деформации одноосного растяжения на 20-30% от его первоначальной длины при температуре, соответствующей условиям эксплуатации этого материала, и выдерживают в этих условиях 300±5 секунд, после чего определяют величину механического напряжения в образце. Затем образец нагревают до некоторой температуры, охлаждают до температуры, соответствующей условиям эксплуатации, и снова определяют величину механического напряжения в образце.

Эти циклы нагревания и охлаждения повторяют до возникновения в образце напряжения, равного критическому. Время, по прошествии которого в образце возникает напряжение, равное критическому, считают критерием долговечности материала. Это время рассчитывается по формуле

где τ_ТЕ - время до возникновения в материале образца напряжения, равного критическому, при температуре, соответствующей условиям его эксплуатации;

τ_Т - время до возникновения в материале образца напряжения, равного критическому, при температуре его испытаний;

Т - температура, до которой нагревался образец;

Т_Е - температура, соответствующая условиям эксплуатации материала;

m - коэффициент, равный 4,56^·10³ для воздушной окружающей среды и 4,18^·10³ для жидкой окружающей среды (Изобретение СССР №1573389, опубл. в 1990 г., индекс МКП 001 №3/18).

Недостаток этого известного способа заключается в том, что в процессе испытания образец подвергается воздействию одноосного нагружения, поэтому результаты, получаемые с помощью данного способа, не соответствуют истинной долговечности эластичных конструкционных материалов, в частности резин, большинство из которых эксплуатируются в условиях плоского (двухмерного) напряженного состояния.

Известен способ определения долговечности эластичных конструкционных материалов, заключающийся в том, что образец, изготовленный из испытуемого материала, растягивают одноосно при температуре Т выше комнатной температуры, измеряют время до разрушения образца, рассчитывают энергию активации и на основании энергии активации оценивают долговечность материала. Предварительно определяют температуру ползучести материала, нагружение образца осуществляют при температурах, находящихся между температурами ползучести. Скорость одноосного растяжения выбирают из условия гарантированного разрушения образца после 100-400 секунд нагружения.

Энергия активации рассчитывается из следующего соотношения:

где τ₀=10^-12 секунд;

τ_EF - эффективная долговечность материала образца в условиях проведения испытаний;

R - универсальная газовая постоянная;

Т₀ - температура, полученная в результате линейной экстраполяции зависимости Q - Т в температурном интервале между температурами ползучести материала.

Долговечность материала определяется по формуле

где α=0,111 и β=-3,687 (Изобретение СССР №819, опубл. в 1993 г., индекс МКП 001 №3/18).

Недостатком этого известного способа, так же, как и предыдущего, является одноосный характер механического нагружения, не соответствующий реальным условиям эксплуатации большинства изделий из эластичных конструкционных материалов.

Известно устройство для определения степени агрессивности жидкости по отношению к испытуемому материалу, содержащее индикаторный образец, выполненный из испытуемого материала, и механизм регистрации момента разрушения индикаторного образца (Изобретение СССР №1791753, опубл. в 1991 г., индекс МКП 001 №17/00).

Недостатком этого известного устройства является низкая точность регистрации момента разрушения индикаторного образца, обусловленная визуальным методом регистрации, что затрудняет автоматизацию процесса испытания. Кроме того, данное устройство не позволяет проводить испытания образцов на агрессивную стойкость с одновременным воздействием на образец механических напряжений.

Известно устройство для исследования механических свойств материалов при высоких температурах и давлениях при воздействии агрессивных сред (Изобретение СССР №1231438, опубл. в 1986 г., индекс МКП 001 №17/00).

Недостатком этого известного устройства является то, что образец во время испытаний подвергается воздействию одноосного механического нагружения, тогда как в реальных условиях изделия из эластичных конструкционных материалов находятся в условиях плоского или объемного напряженного состояния. Это приводит к несоответствию результатов испытаний, полученных на данном устройстве, с истинной долговечностью изделий из эластичных конструкционных материалов в агрессивных средах.

В патенте РФ №2320972 (опубл. в 2008 г., индексы МКП 001 №3/12, 001 №3/18) предлагаются способ и устройство для определения долговечности конструкционных материалов в агрессивных средах, основанные на двухмерном нагружении образца в виде круглого плоского диска, закрепленного по периферии.

Недостатком этого известного способа и устройства для его осуществления является невозможность определения долговечности в условиях одновременного воздействия на испытуемый образец агрессивных факторов полевой природы, таких, как ультрафиолетовое излучение, инфракрасное излучение, проникающее α-, β- и γ-излучение.

Целью предлагаемого изобретения является создание метода определения долговечности в условиях воздействия агрессивных факторов механически напряженных эластичных конструкционных материалов, свободного от перечисленных выше недостатков, а также устройства для осуществления этого метода.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Способ определения долговечности конструкционных материалов в условиях воздействия агрессивных факторов, заключающийся в том, что плоский образец закрепляют по кольцевому контуру с помощью соединительно-герметизирующего устройства внутри термостатической камеры, термостатируют образец в термостатической камере, которая разделена соединительно-герметизирующим устройством с закрепленным в нем образцом на нагнетательную и реакционную камеры, со стороны нагнетательной камеры нагружают образец давлением жидкой или газообразной среды, инертной по отношению к материалу испытуемого образца; со стороны реакционной камеры образец подвергается воздействию агрессивной среды и другим агрессивным воздействиям, по отношению к которым исследуют долговечность материала образца, измеряют время до разрушения образца при задаваемых условиях - температуре и механическом напряжении в образце, деформированном давлением среды в нагнетательной камере, на основе полученных данных рассчитывают долговечность материала образца для заданного набора воздействий агрессивных сред и других агрессивных воздействий.

Устройство для осуществления описанного выше способа содержит термостатическую камеру, разделенную соединительно-герметизирующим устройством с закрепленным в нем по кольцевому контуру образцом на нагнетательную и реакционную камеры, источники давления инертной и агрессивной сред, датчик давления инертной среды, датчик расхода инертной среды, термостатирующее устройство с датчиком температуры, блок ввода, вывода и анализа агрессивной среды, источник агрессивной среды, источники других агрессивных воздействий (например, проникающих излучений), датчики интенсивности других агрессивных воздействий, блок управления источниками других агрессивных воздействий, блок регистрации, анализа и управления работой устройства, который соединен с источниками давления инертной среды, с датчиками расхода и давления инертной среды, с датчиками, регистрирующими интенсивности агрессивных воздействий, с блоком управления источниками других агрессивных воздействий, с датчиком температуры в термостатической камере, с термостатирующим устройством любого известного вида, с устройством ввода и вывода агрессивной среды.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, на котором показана общая блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа определения долговечности конструкционных материалов в условиях воздействия агрессивных факторов.

Устройство содержит нагнетательную камеру 1 и реакционную камеру 2, разделенные образцом 3 в форме круглого плоского диска, закрепляемого по внешнему контуру с помощью соединительно-герметизирующего устройства 4.

Давление жидкой или газообразной инертной среды, воздействующее на образец со стороны нагнетательной камеры, подается от источника давления инертной среды 5 и контролируется датчиком давления 6 любого известного типа. Расход инертной среды контролируется датчиком расхода инертной среды 7 любого известного типа.

Агрессивная среда (жидкая или газообразная), воздействующая на образец в процессе проведения испытания, подается в реакционную камеру от источника агрессивной среды 8 и контролируется с помощью блока ввода, вывода и анализа агрессивной среды 9, содержащего датчики концентрации агрессивной среды (любого известного типа) на входе и выходе из реакционной камеры, датчик расхода агрессивной среды (любого известного типа), а также другие датчики и устройства, позволяющие количественно определить интенсивность агрессивного воздействия на образец.

Со стороны реакционной камеры находятся также источники других агрессивных воздействий на образец 10, устройство управления источниками других агрессивных воздействий 11 и датчики интенсивности других агрессивных воздействий 12.

Нагнетательная и реакционная камеры помещаются в термостатическую камеру 13, снабженную датчиком температуры 14 любого известного типа, температура внутри термостатической камеры управляется с помощью блока термостатирования 15 любого известного вида.

Устройство содержит также блок регистрации, анализа и управления работой устройства 16, соединенный с источником давления инертной среды, с датчиком расхода инертной среды, с датчиком давления инертной среды 5, с датчиком расхода инертной среды 7, с датчиком температуры 14 в термостатической камере, с блоком ввода, вывода и анализа агрессивной среды 9, с блоком управления источниками других агрессивных воздействий 11, с датчиками регистрации интенсивностей других агрессивных воздействий 12.

Блок ввода, вывода и анализа агрессивной среды может содержать устройство для деструкции агрессивной среды любого известного вида, установленное на выходе из реакционной камеры.

1. Способ определения долговечности конструкционных материалов в условиях воздействия агрессивных факторов, заключающийся в том, что плоский образец закрепляют по кольцевому контуру с помощью соединительно-герметизирующего устройства внутри термостатической камеры, термостатируют образец в термостатической камере, которая разделена соединительно-герметизирующим устройством с закрепленным в нем образцом на нагнетательную и реакционную камеры, со стороны нагнетательной камеры нагружают образец давлением жидкой или газообразной среды, инертной по отношению к материалу испытуемого образца; со стороны реакционной камеры образец подвергают воздействию агрессивной среды и другим агрессивным воздействиям, по отношению к которым исследуют долговечность материала образца, измеряют время до разрушения образца при задаваемых условиях - температуре и механическом напряжении в образце, деформированном давлением среды в нагнетательной камере, на основании полученных данных рассчитывают долговечность материала образца для заданного набора агрессивных воздействий агрессивных сред и других агрессивных воздействий.

2. Устройство для определения долговечности конструкционных материалов в условиях воздействия агрессивных факторов, содержащее термостатическую камеру, разделенную соединительно-герметизирующим устройством с закрепленным в нем по кольцевому контуру образцом на нагнетательную и реакционную камеры, источники давления инертной и агрессивной сред, датчик давления инертной среды, датчик расхода инертной среды, термостатирующее устройство с датчиком температуры, блок ввода, вывода и анализа агрессивной среды, источник агрессивной среды, источники других агрессивных воздействий (напр., проникающих излучений), датчики интенсивности других агрессивных воздействий, блок управления источниками других агрессивных воздействий, блок регистрации, анализа и управления работой устройства, который соединен с источниками давления инертной среды, с датчиками расхода и давления инертной среды, с датчиками, регистрирующими интенсивности агрессивных воздействий, с блоком управления источниками других агрессивных воздействий, с датчиком температуры в термостатической камере, с термостатирующим устройством любого известного вида, с устройством ввода и вывода агрессивной среды.

Изобретение относится к испытательной технике. .

Способ выделения слоя поверхностного старения пластмасс // 2356025

Изобретение относится к области исследования поверхности материалов и может быть использовано для определения границы охрупченного слоя поверхностно стареющих пластмасс.

Способ определения долговечности конструкционных материалов в агрессивных средах и устройство для его осуществления // 2320972

Изобретение относится к технике испытания конструкционных материалов. .

Машина для испытаний образца из материала с памятью формы // 2292030

Изобретение относится к испытательной технике. .

Установка для определения стойкости пуансонов, предназначенных для выдавливания при повышенных температурах // 2284024

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для определения стойкости пуансонов различных конструкций, применяемых при полугорячей и горячей штамповке.

Устройство для испытания плоских ленточных кабелей на прочность // 2272273

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания плоских ленточных кабелей на прочность. .

Установка для механических испытаний материалов в различных средах при высоких температурах и давлениях // 2240531

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов на растяжение, сжатие и изгиб в различных средах при высоких температурах и давлениях. .

Установка для испытаний листовых материалов на растяжение // 2227282

Изобретение относится к области испытательной техники, предназначенной для испытаний листовых материалов на растяжение. .

Способ ускоренного определения долговечности резин // 2219521

Изобретение относится к методам исследования механических свойств резин. .

Локатор перфорационных отверстий и соединительных муфт обсадных ферромагнитных труб // 2191365

Изобретение относится к промысловой геофизике, в частности к устройствам неразрушающего контроля технического состояния обсадных ферромагнитных труб скважин. .

Способ определения податливости стержневых или формовочных смесей // 2398207

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам технологического контроля при определении физико-механических свойств стержневых и формовочных смесей

Устройство для исследования конструкционных материалов на возгорание в среде газообразного окислителя, содержащего частицы различных материалов (варианты) // 2398208

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам исследования образцов конструкционных материалов (КМ) в среде газообразного окислителя при различных давлениях и температурах

Установка для механических испытаний образцов из делящихся материалов при повышенных температурах // 2400728

Изобретение относится к механическим испытаниям на растяжение материалов, кратковременную ползучесть при растяжении в вакууме при повышенных температурах

Установка для испытания образца из материала с памятью формы при сложном напряженном состоянии // 2476854

Изобретение относится к области испытаний материалов с памятью формы при циклических, тепловых и механических воздействиях

Способ определения термомеханических характеристик материалов с памятью формы // 2478928

Изобретение относится к способам определения термомеханических характеристик материалов с памятью формы, температур фазовых превращений, величины эффекта памяти формы и может быть использовано в различных областях техники

Способ определения прочности соединения стоматологического восстановительного материала с твердыми тканями зуба и устройство для его реализации // 2489112

Изобретение относится к стоматологическому материаловедению и может быть использовано для определения прочности соединения стоматологических восстановительных материалов (стоматологических реставрационных материалов) с твердыми тканями зуба пациента - дентина и эмали, в т.ч

Способ определения склонности к образованию трещин при повторном нагревании // 2502061

Использование: для определения склонности материала к образованию трещин при повторном нагревании. Сущность заключается в том, что выполняют измерение длины образца; приложение к образцу первого напряжения для достижения заданного удлинения образца; осуществление заданной термообработки образца; приложение к образцу второго напряжения до его разрушения по меньшей мере на две различные части и определение склонности разрушенного образца к образованию трещин при повторном нагревании. Технический результат: обеспечение возможности определения склонности материала к образованию трещин при повторном нагревании, соблюдая реальные режимы термообработки (в показателях времени, температур и напряжения), которые используют во время производства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 23 ил.

Способ и устройство для динамических испытаний режущей проволоки // 2506558

Группа изобретений относится к испытательной технике и может быть использована для динамических испытаний режущей проволоки на разрыв. Согласно изобретению, способ динамических испытаний режущей проволоки включает ее растяжение в испытательной установке, при этом растяжение проводят путем протягивания проволоки через зону температурного нагрева с заданными значениями температуры и усилия натяжения. При этом диапазон задаваемых температур составляет 50÷300°C, а диапазон усилия натяжения составляет 1000÷4500 МПа. Натяжение проволоки осуществляется при ее перемотке, а заданное значение температуры обеспечивается нагревателем. Установка для реализации заявленного способа включает в себя подающий и принимающий регулируемые приводы с катушками, валы с пазами под проволоку, регуляторы натяжения, направляющие валки, нагревательный элемент, регулятор температуры и инфракрасный температурный датчик. При этом усилие натяжения проволоки контролируется балериной и регулируется разностью скоростей вращения подающего и принимающего приводов, а скорость подачи проволоки, проходящей через установку, может регулироваться тормозной системой подающего привода. Технический результат заключается в упрощении конструкции стенда и обеспечении возможности выявления скрытых дефектов в испытываемых образцах режущей проволоки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для нагружения и испытания образцов в канале ядерного реактора // 2507497

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для проведения механических испытаний материала, в частности испытаний на растяжение и ползучесть образцов в канале ядерного реактора. Устройство содержит узел фиксации образца, узел создания и регулирования нагрузки, узел контроля за изменением параметров образца. Узел создания и регулирования нагрузки выполнен в виде сильфона, жестко связанного вверху с длинной гибкой трубой, которая связана с внешним источником подачи газа, а дно сильфона герметично закрыто. Узел фиксации образца расположен вне сильфона и состоит из двух частей: верхней и нижней, каждая из которых содержит первый и второй элементы для закрепления образца, жестко связанные с соответствующей тягой. Первый элемент для закрепления образца в верхней его части через первую тягу жестко связан с наружной стороной верха сильфона, а второй элемент для закрепления образца в нижней части через вторую тягу жестко связан с наружной стороной дна сильфона. Узел контроля за изменением параметров образца закреплен на тягах между первым и вторым элементом для закрепления образца. Расстояние между дном сильфона и первым элементом для закрепления образца превышает возможное растяжение образца под максимальной нагрузкой. Технический результат: расширение области испытания образцов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Термонагружатель к стенду для испытания образцов материалов // 2510005

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел. Термонагружатель к стенду для испытания образцов материалов содержит платформу, установленные на ней фрикционный элемент, привод вращения фрикционного элемента, опорную площадку из теплопроводного материала, приспособление для предотвращения вращения опорной площадки относительно платформы и приспособление для взаимного поджатия фрикционного элемента и площадки. Опорная площадка выполнена в виде разрезного кольца для размещения в отверстии образца. Разрезанные части кольца последовательно соединены между собой упругими элементами с возможностью радиального перемещения. Фрикционный элемент выполнен в виде конуса, размещенного внутри опорной площадки с возможностью вращения и осевого перемещения. Технический результат - проведение исследования свойств материалов в новых условиях термомеханического нагружения при подводе термической нагрузки к разным частям объема образца через отверстия. 1 ил.