Устройство для испытания образцов материалов при циклическом нагружении

Авторы патента:

G01N3/32 - путем приложения повторяющихся или пульсирующих усилий (создание таких усилий вообще, - см. такие классы, как B06,G10 )

Владельцы патента RU 2512084:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" (RU)

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для оценки энергии разрушения материалов на изгиб, интенсивности износа материала, смазывающей способности масел и смазок. Устройство содержит станину, маятник с грузом, закрепленный на маятнике захват для первого образца, фиксатор для стопорения маятника в заданном исходном положении, отличном от положения равновесия. Устройство снабжено датчиком контроля движения маятника, подключенным к компьютеру, гибким элементом, закрепленным на каретке, установленной на нижней части станины, и снабженным устройством его натяжения, захватом для второго образца, установленным в верхней части станины, при этом маятник жестко соединен со станиной через второй образец. Технический результат: увеличение объема информации при нагружении образца циклическими нагрузками с изменением силы нагружения, а также комплексная оценка энергии разрушения образцов материалов на изгиб и (или) интенсивность износа, смазывающей способности внешних сред по величине потенциальной энергии маятника. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Известно устройство для испытания материала на усталостную прочность (пат. RU №2273837, опубл. 10.04.2006), содержащее станину, установленные на ней правую шпиндельную бабку и левую шпиндельную бабку с электродвигателем с закрепленными на них захватами для зажима испытуемого образца материала, устройство для создания переменного крутящего момента в испытуемом образце материала, состоящее из шарнира Гука, один выход которого жестко связан с дополнительным захватом для испытуемого материала, при этом дополнительный захват связан с механизмом для создания циклических изгибных напряжений, а другой его выход соединен с захватом правой бабки, которая выполнена с возможностью перемещения для создания требуемого переменного крутящего момента, при этом шпиндель правой бабки кинематически связан с дополнительным электродвигателем, создающим требуемый крутящий момент, причем дополнительный электродвигатель правой шпиндельной бабки и электродвигатель левой шпиндельной бабки электрически связаны между собой блоком управления.

Недостаток этого устройства заключается в том, что в нем с достоверной точностью можно определить число циклов нагружений при заданной нагрузке, а суммарную энергию разрушения точно установить затруднительно. Также на данном устройстве невозможно оценить интенсивность износа материалов и смазывающую способность внешних сред по величине потенциальной энергии маятника.

Известен маятниковый копер для испытания образцов материалов повторными ударами (авт. св. SU №1093945, опубл. 23.05.1984), содержащий станину, установленные на нем маятник с грузом, закрепленный на маятнике захват для образца, установленные на станине два упора, предназначенные для взаимодействия с установленным на образце ударопередающим элементом, привод поворота маятника в плоскости качания.

Недостаток копра состоит в отсутствии возможности проводить испытания при знакопеременных нагрузках разной величины. Также на данном устройстве невозможно оценить интенсивность износа материалов и смазывающую способность внешних сред по величине потенциальной энергии маятника.

Известен маятниковый копер для испытания образцов материалов повторными ударами (пат. RU №2373514, опубл. 20.11.2009), принимаемый за прототип. Копер, содержащий станину, установленные на нем маятник с грузом, закрепленный на маятнике захват для образца, два упора, жестко закрепленные на станине и предназначенные для взаимодействия с установленным на образце ударопередающим элементом, привод вращения, кинематически связанную с ним платформу, ось вращения которой совпадает с осью качания маятника; управляемую сцепную муфту для соединения платформы с осью маятника, на станине соосно оси маятника закреплен зубчатый сектор, на маятнике установлено ответное сектору зубчатое колесо и фиксатор поворота колеса относительно маятника, при этом маятник установлен с возможностью вращения вокруг своей оси.

Недостаток копра состоит также в отсутствии возможности проводить испытания при знакопеременных нагрузках разной величины. Испытания проводятся только при нагружении знакопеременными нагрузками одинаковых величин. Также на данном устройстве невозможно оценить интенсивность износа материалов и смазывающую способность внешних сред по величине потенциальной энергии маятника.

Техническим результатом изобретения является увеличение объема информации при нагружении образца циклическими нагрузками с изменением силы нагружения, а также комплексная оценка энергии разрушения образцов материалов на изгиб и (или) интенсивность износа, смазывающей способности внешних сред по величине потенциальной энергии маятника.

Технический результат достигается тем, что устройство для испытания образцов материалов при циклическом нагружении, содержащее станину, маятник с грузом, закрепленный на маятнике захват для первого образца, фиксатор для стопорения маятника в заданном исходном положении, отличном от положения равновесия, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком контроля движения маятника, подключенным к компьютеру, гибким элементом, закрепленным на каретке, установленной на нижней части станины, и снабженным устройством его натяжения и захватом для второго образца, установленным в верхней части станины, при этом маятник жестко соединен со станиной через второй образец.

Гибкий элемент может быть выполнен в виде струны.

Гибкий элемент может быть выполнен в виде ленты, или полосы, или пластины.

На рабочей поверхности гибкого элемента может быть закреплен абразивный слой.

На гибкий элемент может быть нанесен слой жидкого или консистентного материала.

Маятник может быть выполнен в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине от 0 до 30°.

В закрепленном на маятнике захвате для первого образца могут быть установлены индентор или инструмент.

Фиксатор для стопорения маятника в заданном исходном положении, отличном от положения равновесия, дает возможность подъема маятника на разные углы, что, в свою очередь, делает возможным испытания при различных начальных потенциальных энергиях. Также наличие захвата образца материала для оценки износа на нижнем торце маятника и гибкого элемента, с помощь которого можно оценивать смазывающие способности масел и смазок. Этим достигается технический результат.

На фиг.1 и фиг.2 представлена схема устройства. Устройство содержит станину 1, маятник 2 с грузом 3, закрепленный на маятнике захват для первого образца 4, фиксатор для стопорения маятника в заданном исходном положении 5, отличном от положения равновесия, датчик контроля движения маятника 6, подключенный к компьютеру, гибкий элемент 7, закрепленный на каретке 8, установленной на нижней части станины, и снабженный устройством его натяжения 9 и захват для второго образца 10, установленным в верхней части станины, при этом маятник 2 жестко соединен со станиной 1 через второй образец 11. Маятник 2 выполнен в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине от 0 до 30°.

Устройство работает следующим образом.

1. Испытания на изгиб. Второй образец 11 устанавливают в захват для образца 10, установленный в верхней части станины 1, маятник 2 отклоняют за фиксатор 5 от исходного положения равновесия на угол (не более 45°) и отпускают. Под действием груза 3 второй образец 11 испытывает изгибающую нагрузку до полного разрушения образца 11. Нагружения проходят при знакопеременных нагрузках разной силы в зависимости от высоты подъема маятника. Датчиком 6 измеряют частоту затухания колебаний маятника 2 и оценивают энергию разрушения второго образца 11 при многоцикловой нагрузке на изгиб.

2. Испытания по определению интенсивности износа. В захват для первого образца 4, закрепленный на маятнике 2, закрепляют первый образец для испытания на износ. При прохождении маятника 2 через положение равновесия первый образец находится в контакте на ограниченном участке с гибким элементом 7, закрепленным на каретке 8. Степень натяжения гибкого элемента регулируется устройством натяжения 9. В результате трения первый образец 4 изнашивается о гибкий элемент 7, который может быть выполнен в виде струны, ленты, пластины или полосы. При нанесении абразивного слоя на гибких элемент 7 образец будет быстрее терять энергию и интенсивнее будет истираться.

3. Оценка смазывающей способности масел и смазок. При нанесении масла или смазки на гибкий элемент 7 датчиком 6 регистрируют степень затуханий колебаний маятника 2 и измеряют энергию, расходуемую на трение первого образца 4 о гибкий элемент 7. При установке в захват для первого образца 4 индентора или инструмента будет происходить износ гибкого элемента 7.

Таким образом, увеличивается объем информации при нагружении образца циклическими нагрузками с изменением силы нагружения, а также получаем комплексную оценку энергии разрушения образцов материалов на изгиб и (или) интенсивность износа, смазывающей способности внешних сред по величине потенциальной энергии маятника.

1. Устройство для испытания образцов материалов при циклическом нагружении, содержащее станину, маятник с грузом, закрепленный на маятнике захват для первого образца, фиксатор для стопорения маятника в заданном исходном положении, отличном от положения равновесия, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком контроля движения маятника, подключенным к компьютеру, гибким элементом, закрепленным на каретке, установленной на нижней части станины, и снабженным устройством его натяжения и захватом для второго образца, установленным в верхней части станины, при этом маятник жестко соединен со станиной через второй образец.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкий элемент выполнен в виде струны.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкий элемент выполнен в виде ленты, или полосы, или пластины.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на рабочей поверхности гибкого элемента закреплен абразивный слой.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на гибкий элемент нанесен слой жидкого или консистентного материала.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что маятник выполнен в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине от 0 до 30°.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в закрепленном на маятнике захвате для первого образца установлены индентор или инструмент.

Изобретение относится к турбомашиностроению, в частности к способам определения долговечности дисков турбомашин путем моделирования в процессе стендовых испытаний эксплуатационных условий нагружения и поврежденности в критических зонах дисков турбомашин.

Стенд для ударных испытаний образцов // 2510007

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к испытаниям на прочность. Стенд для ударных испытаний образцов содержит основание, установленные на нем разгонное устройство, включающее маховик с приводом его вращения, штангу, приспособление для создания фрикционного взаимодействия штанги с маховиком, направляющую для перемещения штанги и соосные захваты для образца.

Установка для испытания образцов на усталость // 2503945

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Установка для испытания образцов на усталость содержит корпус, установленные на нем эксцентриковый механизм нагружения, консольный захват образца, связанный с механизмом нагружения, привод вращения и торцевой захват образца, закрепленный на валу привода вращения.

Установка для испытаний образцов на усталость при кручении // 2503944

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Установка для испытаний материалов на усталость при кручении содержит основание, соосные активный и пассивный захваты для концов образца, механизм возвратно-вращательных движений активного захвата, включающий зубчатое колесо, установленное на активном захвате, и привод его вращения.

Способ обнаружения в металле микротрещин // 2498263

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к способу обнаружения в металле конструкции микротрещин, в том числе в процессе ее эксплуатации.

Установка для испытаний образцов при циклическом нагружении // 2488804

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. .

Стенд для усталостных испытаний прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры // 2484447

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для лабораторных испытаний усталостного изнашивания прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры.

Способ оценки усталости асфальтобетона при циклических динамических воздействиях // 2483290

Изобретение относится к технике испытаний на усталость, а именно к способам испытаний материалов, в частности асфальтобетона, на усталость при циклических динамических воздействиях.

Способ определения предела выносливости низкоуглеродистых низколегированных сталей // 2476855

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств металлов и может использоваться в различных областях промышленности. .

Установка для испытания образцов материалов на усталость при сложном напряженном состоянии // 2472132

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. .

Стенд для усталостных испытаний групп образцов при циклическом изгибе // 2515188

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к усталостным испытаниям групп образцов из сравниваемых материалов в условиях их нагружения, аналогичных изгибному нагружению зуба шестерни в коробках передач автомобилей. Стенд содержит динамометрическую платформу с закрепленной на ней связкой приспособлений, в которых консольно зажаты испытываемые образцы, в качестве базового элемента, вертикально-фрезерный станок, оснащенный торцевой фрезой с регулируемыми вдоль оси фрезы ложементами-толкателями и механическим креплением в них твердосплавных пластин, рабочие концы которых выполнены сферическими, приспособление для закрепления образцов с коромыслом, передающим последовательно изгибающую нагрузку от ложементов-толкателей при вращении фрезы, в качестве силоизмерительного прибора - динамометрическую платформу, единую для замера величины усилия, действующего на свободный конец каждого из последовательно нагружаемых образцов. Коромысло выполнено с возможностью качения вокруг оси подвижной каретки и зафиксировано от бокового смещения штырем, а также для возврата в строго зафиксированное исходное положение снабжено регулируемым упором. На свободном конце каждого из испытываемых образцов установлена накладка с регулировочными наборными пластинами для настройки усилия нагружения каждого из образцов. С нижней стороны зажатого конца каждого из образцов располагается акустический датчик для фиксации процессов, происходящих в образце во время нагружения, а также датчик, фиксирующий температурное состояние образца в процессе испытания. На столе фрезерного станка размещены видеодатчики, фиксирующие появление и развитие усталостных трещин на образцах. Технический результат: повышение производительности испытаний группы образцов, повышение точности испытаний, увеличение информативности состояния образцов и процессов происходящих в них, а также повышение надежности результатов испытаний. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Стенд для исследования энергообмена при релаксации напряжений // 2516611

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд содержит корпус, закрепленную на нем матрицу с криволинейным пазом и толкатель для перемещения образца вдоль паза матрицы. Матрица выполнена разрезной, а стенд снабжен основанием матрицы, консольно закрепленным на корпусе. Одна часть матрицы закреплена на части основания, закрепленной на корпусе, другая часть матрицы закреплена на консольной части основания, при этом стенд снабжен кулачком, взаимодействующим с консольной частью основания, и приводом вращения кулачка. Технический результат: повышение объема информации путем обеспечения исследований как при релаксации напряжений изгиба образца, так и при чередовании релаксации с циклическими разгрузками образца с регулированием параметров разгрузки в ходе испытаний. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Установка для испытания образцов материалов на усталость при сложном напряженном состоянии // 2517976

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Установка содержит два двигателя разной мощности с параллельными валами и встречно направленными крутящими моментами, два рычага, одни концы которых соединены с валом соответствующего двигателя, захваты для образца, один из которых установлен на конце первого рычага, и формирователь нагрузки, шарнирно связанный с концом второго рычага и соединенный со вторым захватом. Формирователь нагрузки выполнен в виде гидроцилиндра, заполненного рабочей средой, со штоком, одним торцом соединенным со вторым захватом, набора дисков разных диаметров, расположенных на штоке в гидроцилиндре с возможностью взаимодействия с рабочей средой, и фиксаторов для соединения дисков со штоком. Технический результат: увеличение информативности исследований на воздействие циклической знакопеременной осевой и изгибающей нагрузок путем обеспечения испытаний при ступенчатых изменениях уровня осевых нагрузок. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения характеристик композиционного материала // 2517989

Изобретение относится к области измерения, в частности определения механических свойств материалов. Способ заключается в возбуждении колебаний образца композиционного материала в виде прямоугольной пластины со свободными краями и определении частот и картин форм собственных колебаний пластины. Причем экспериментально полученные картины форм колебаний разделяют на три группы, к первой из которых относят формы колебаний пластины с узловыми линиями, параллельными меньшей стороне прямоугольной пластины, ко второй группе - формы колебаний с узловыми линиями, параллельными большей стороне пластины, и к третьей - с узловыми линиями, параллельными обеим сторонам пластины, а характеристики композиционного материала определяют путем перебора значений модуля упругости, модуля сдвига и коэффициента Пуассона, подставляя их в математическую модель пластины и сравнивая каждый раз вычисленную частоту колебаний для каждой формы колебаний с частотами и формами колебаний, полученными экспериментально. По частотам и формам колебаний, отнесенным к первой группе, определяют модуль упругости с индексом оси, параллельной большей стороне - Еx, по частотам и формам колебаний второй группы определяют модуль упругости с индексом оси, параллельной меньшей стороне - Еy, по частотам и формам третьей группы - модули сдвига Gxy, Gxz, Gyz. Определение девяти упругих постоянных (Еx, Еy, Еz, vxy, vxz,, Gxy, Gxz, Gyz) осуществляют в следующей последовательности: сначала осуществляют перебор значений модуля упругости, затем модуля сдвига и на заключительном этапе - коэффициента Пуассона. Перебор значений модуля упругости, модуля сдвига и коэффициентов Пуассона завершают в момент расчетного выявления всех экспериментально полученных форм и частот колебаний пластины. Техническим результатом является создание способа определения механических свойств ортотропного композиционного материала посредством возбуждения колебаний последнего. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Установка для физико-механических испытаний образцов материалов // 2522824

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Установка содержит станину, установленные на ней захваты образца и механизм циклического нагружения, выполненный в виде зубчатого колеса, взаимодействующей с ним зубчатой рейки, установленной с возможностью перемещения и связанной с одним из захватов, штанги, торцом соединенной с зубчатым колесом, и груза, установленного на другом торце штанги. Установка дополнительно содержит вторую зубчатую рейку, связанную со вторым захватом, и механизмы ударного нагружения в соответствии с числом ударных импульсов, каждый из которых выполнен в виде зубчатого колеса, взаимодействующего со второй рейкой, рычага с осью вращения, установленной соосно колесу с возможностью независимого поворота, груза, установленного на рычаге, и двух упоров, установленных на колесе с возможностью взаимодействия с рычагом, при этом груз расположен выше оси вращения рычага, рычаг расположен с зазором между упорами, а упоры на каждом колесе расположены с угловым смещением относительно упоров на других колесах. Технический результат: увеличение информативности исследований образцов материалов путем испытаний при наложении сжимающих и растягивающих ударных импульсов на циклы затухающих колебаний нагрузки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Установка для оценки усталости асфальтобетона при циклических динамических воздействиях // 2523057

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к оборудованию для испытаний материалов, в частности асфальтобетона, на усталость при циклических динамических воздействиях, и может быть использовано в автодорожном хозяйстве, строительстве аэродромов, строительной индустрии. Установка содержит каркас, подъемный стол, выполненный с возможностью изменения высоты, узел позиционирования балки-образца, узел нагружения балки-образца, выполненный с возможностью приложения циклической динамической нагрузки и возможностью измерения перемещений и нагружающего усилия, содержащий шатунно-ползунный механизм. Узел позиционирования балки-образца содержит зажимные захваты, установленные по концам балки-образца параллельно поперечной оси симметрии каркаса и промежуточное упругое основание, выполненное в виде емкости, заполненной модельным грунтом с возможностью плотного контактирования с обращенной к нему плоскостью балки-образца. Нагружающий элемент узла нагружения балки-образца выполнен с возможностью его позиционирования в середине балки-образца. Технический результат: повышение достоверности оценки параметров прочностной усталости асфальтобетона при циклических динамических воздействиях, а также снижение материалоемкости конструкции. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Центробежная установка для испытания образцов при исследовании энергообмена // 2526596

Изобретение относится к испытательной технике, к центробежным установкам для испытания образцов на прочность при исследовании энергообмена. Центробежная установка содержит основание, установленную на нем платформу вращения, радиально размещенные на платформе захваты для образца, один из которых соединен с платформой, центробежный груз, соединенный со вторым захватом, и два соосно установленных привода вращения, кинематически связанных с платформой. Центробежная установка дополнительно снабжена двумя электромагнитными фиксаторами для соединения платформы с соответствующими приводами вращения. Технический результат: повышение объема информации при исследовании энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел путем обеспечения испытаний при ступенчатых изменениях осевой нагрузки с созданием в моменты ступенчатых изменений осевой нагрузки импульсных изгибающих нагрузок, пропорциональных величинам ступеней изменения осевой нагрузки и имеющих одинаковые или разные направления изгиба. 1 ил.

Установка для испытания образцов материалов на изгиб // 2528120

Изобретение относится к испытательной технике, к установкам для испытания образцов материалов на изгиб. Установка содержит основание, установленную на нем поворотную платформу, захват образца, закрепленный на платформе, два центробежных груза, предназначенные для закрепления на концах образца, привод вращения платформы, включающий вал с приводом вращения, пару катков, установленных с эксцентриситетом по разные стороны от оси вращения платформы и предназначенных для фрикционного взаимодействия с ней, один из которых установлен на валу. Установка дополнительно снабжена вторым валом, установленных соосно первому валу, и приводом вращения второго вала, при этом второй каток установлен на втором валу. Технический результат: расширение функциональных возможностей установки путем обеспечения испытаний как при знакопеременном изгибе в двух плоскостях, так и при знакопеременном изгибе в одной плоскости и знакопостоянном изгибе во второй плоскости, а также при круговом изгибе и круговом изгибе с растяжением. 1 ил.

Способ испытания конструкций и установка для его осуществления // 2530470

Изобретение относится к области строительства, а именно к механическим испытаниям материалов, в частности к способам испытания строительных конструкций, и может быть использовано для испытания балочных конструкций на изгиб. Сущность: на образец прикладывают регулируемую циклическую нагрузку и по скорости нагружения или скорости разгружения, и по ее величине, выбранные параметры нагрузки выдерживают на заданном промежутке времени. Диапазон и место приложения нагрузок регулируют устройством нагружения и силовым устройством, а прочностные и деформационные параметры испытываемой конструкции измеряют в заданном интервале времени. Установка содержит закрепленные в силовом полу опоры для размещения испытываемого образца, устройство нагружения с силовым устройством. Устройство нагружения выполняют в виде, по меньшей мере, одного рычага, а силовое устройство выполняют в виде грузовой емкости, которую размещают на каждом рычаге устройства нагружения и выполняют с возможностью заполнения ее жидкостью. Технический результат: возможность оценить прочностные и эксплуатационные параметры изгибаемых строительных конструкций в реальных режимах изменения нагрузок при эксплуатации после полной и частичной разгрузки. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Центральная установка для циклических испытаний // 2532761

Изобретение относится к испытательной технике, к исследованию образцов и изделий на прочность при циклическом нагружении. Установка содержит корпус, установленную на нем платформу с приводом вращения, расположенные на ней дополнительные платформы, захват для образца, размещенный на одной из дополнительных платформ. Дополнительные платформы установлены последовательно одна на другой и снабжены приводами вращения, при этом количество платформ задано количеством циклов нагружения. Технический результат: расширение технологических возможностей путем обеспечения многоцикловых нагружений при независимом регулировании количества и параметров циклов в ходе испытаний. 1 ил.