Способ определения прочности сцепления волокон в одноосноориентированных волокнистых композитных материалах

Авторы патента:

Сулейманов Альфред Мидхатович (RU)

Старовойтова Ирина Анатольевна (RU)

Туйсина Екатерина Булатовна (RU)

G01N3/12 - испытание на прочность давлением (испытание на герметичность G01M 3/00)

Владельцы патента RU 2565358:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ (RU)

Изобретение относится к способам определения прочности сцепления волокон в одноосноориентированных волокнистых композитных материалах, применяемых в строительных конструкциях и изделиях. Сущность: осуществляют закрепление цилиндрического образца, имеющего на одном торце буртик, образованный вытачиванием кольцевой прямоугольной канавки, предназначенной для размещения захвата разрывной машины, в захватах разрывной машины. Прикладывают нагрузку и замеряют растягивающее усилие в момент сдвига буртика относительно центральной части образца, а прочность сцепления волокон материала определяют по математической формуле. Технический результат: повышение точности испытания и получение достоверных значений показателя прочности сцепления волокон одноосноориентированных волокнистых композитных материалов. 3 ил.

Область применения - строительная отрасль и др. Известен способ определения адгезионной прочности композиционных материалов (RU 2231772), заключающийся в том, что осаживают между плоскими параллельными плитами цилиндрический образец, содержащий концентрические выступающие буртики на торцевых поверхностях, и замеряют усилие пресса при осадке. При этом усилие пресса фиксируют в момент отрыва наружного кольцевого слоя в виде цилиндрической оболочки от центральной части образца, а адгезионную прочность материала рассчитывают по величине измеренного усилия, отнесенного к площади отрыва наружного кольцевого слоя от центральной части образца.

Недостатком способа является нелинейное распределение напряжений по поверхности отрыва - максимальные на уровне середины центральной части и уменьшающиеся к ее краям по нелинейному закону, т.к. зависят от прогиба внешнего кольцевого слоя, соответствующего приложенной нагрузке.

Наиболее близким по техническому решению, принятым за прототип является способ испытания древесины на скалывание вдоль волокон (RU 2295717), заключающийся в том, что нагружение сжимающим усилием осуществляется на контрольных образцах, выполненных в виде двух неподвижных опорных частей и одной скалываемой части, а предел прочности на скалывание вдоль волокон определяют по установленной математической формуле.

Недостатком прототипа является невозможность его применения в исследовании прочностных характеристик композитных материалов небольших размеров. Например, при испытании композитных стержней, арматуры, профильных изделий и т.п., с размерами поперечного сечения 3-5 мм, т.к. размеры дефектных зон, возникающие от действия режущих инструментов при изготовлении предложенной формы образцов, будут соизмеримы с размерами рабочей зоны образца, что приведет к получению недостоверного значения искомого параметра.

Задачей предложенного изобретения является повышение точности испытания и получение достоверных значений показателя прочности сцепления волокон одноосноориентированных волокнистых композитных материалов.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе определения прочности сцепления волокон в одноосноориентированных волокнистых композитных материалах прикладывают растягивающую нагрузку к образцу в виде стержня 1 (Фиг. 1), имеющему на одном торце буртик 4, образованный вытачиванием кольцевой прямоугольной канавки 2, предназначенной для размещения полупластин 5 и 6, обеспечивающих равномерное распределение нагрузки по поверхности буртика, и захвата разрывной машины 7 (или приспособления), усилие замеряют в момент сдвига буртика 4 относительно центральной части образца 3, а прочность сцепления волокон материала определяют по математической формуле:

где τ - прочность сцепления волокон, Па;

P_max - максимальная разрушающая нагрузка, Н;

d - диаметр центральной части образца, м;

h - высота буртика, м.

На Фиг. 2 приведены размеры образца для испытания. На Фиг. 3 приведена общая схема испытания.

Способ определения прочности сцепления волокон в одноосноориентированных волокнистых композитных материалах осуществляется следующим образом.

На образце цилиндрической формы 1 (Фиг. 1) диаметром D на расстоянии (1/3…1/2)D от одного торца вытачивается кольцевая прямоугольная канавка 2, такой глубины, чтобы центральная часть образца 3 имела круглое поперечное сечение диаметром 1/3D, и шириной, достаточной для размещения распределительных полупластин 5 и 6 и захвата 7 (или приспособления) разрывной машины. Противоположный конец образца закрепляют в верхний захват разрывной машины, а в канавку 2 устанавливают полупластины 5 и 6, обеспечивающие равномерное распределение нагрузки по поверхности буртика 4, и заводят захват разрывной машины 7. Затем прикладывают растягивающую нагрузку и замеряют усилие в момент сдвига буртика 4 относительно центральной части 3 образца.

Напряжение на поверхности сдвига находят по математической формуле

где τ - прочность сцепления волокон, Па;

P_max - максимальная разрушающая нагрузка, Н;

d - диаметр центральной части образца, м;

h - высота буртика, м.

Отличительными признаками предложенного способа по сравнению с прототипом являются форма образца, его небольшие размеры (можно использовать образцы с размером поперечного сечения 3 мм и более), простота в изготовлении и осуществлении данного метода.

Пример конструктивного воплощения способа

У стержня полимеркомпозитной (базальтопластиковой) арматуры диаметром D=10 мм, на расстоянии 3 мм от одного торца на токарном станке была выполнена кольцевая прямоугольные канавка толщиной 3 мм и глубиной 3 мм. Диаметр центральной части образца составил 4 мм. Испытание провели по вышеуказанной методике. В момент сдвига буртика относительно центральной части образца было зафиксировано усилие Р=120 кгс. В системе СИ: d=0.004 м, h=0.003 м, P_max=1177 Н.

Прочность сцепления волокон материала оценили по формуле:

Способ испытания образцов из одноосноориентированных волокнистых композитных материалов, включающий закрепление образца в захватах разрывной машины, приложение нагрузки и определение прочности сцепления волокон по математической формуле, отличающийся тем, что способ осуществляется на цилиндрическом образце, имеющем на одном торце буртик, образованный вытачиванием кольцевой прямоугольной канавки, предназначенной для размещения захвата разрывной машины, растягивающее усилие замеряют в момент сдвига буртика относительно центральной части образца, а прочность сцепления волокон материала определяют по математической формуле:

где τ - прочность сцепления волокон, Па;
P_max - максимальная разрушающая нагрузка, Н;
d - диаметр центральной части образца, м;
h - высота буртика, м.

Использование: для тестирования истинной прочности или жесткости твердых или сверхтвердых компонентов, используя акустическую эмиссию. Сущность изобретения заключается в том, что устройство тестирования на основе акустической эмиссии содержит тестируемый образец, включающий твердую поверхность, акустический датчик, индентор, соединенный с твердой поверхностью, и нагрузку.

Способ определения прочности металлических запорных элементов обратного клапана гидрорезного оборудования // 2534003

Изобретение относится к области исследования и анализа твердых материалов путем определения их прочностных свойств, а именно определения коррозии и трещин в металлических запорных элементах - напорных клапанах высокого давления гидрорезного оборудования в процессе их циклического нагружения во время работы насоса, и может быть использовано для оценки их работоспособности.

Способ определения давления на грунт основания фундамента здания или сооружения, находящегося в эксплуатации // 2533742

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в строительной отрасли. Предлагаемый способ заключается в том, что предварительно выявляют место наибольшей осадки фундамента здания.

Способ управления режимом нагружения лабораторного пресса при испытании образца горной породы // 2530449

Изобретение относится к лабораторному моделированию в геофизике с применением электрогидравлического, программно управляемого пресса и может быть использовано для исследований процессов разрушения горных пород с целью отработки методик и алгоритмов прогнозирования сейсмической опасности в природных массивах.

Призматический образец для оценки прочности материала // 2516599

Изобретение относится к испытательной технике. Призматический образец имеет форму призмы, продольную и поперечную плоскости симметрии, два боковых выступа, расположенных продольно, по концам призмы - опорные поверхности, а в центральной ее части - поверхность нагружения поперечной испытательной нагрузкой.

Центробежная установка для испытания образца материала на прочность // 2510004

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Центробежная установка содержит корпус, установленные на нем вал с приводом вращения, гидроцилиндр, закрепленный на валу перпендикулярно его оси, размещенные в гидроцилиндре поршень, фиксатор положения поршня в гидроцилиндре, захват для соединения с торцом образца, закрепленный на поршне в подпоршневой полости, и источник среды, соединенный с подпоршневой полостью гидроцилиндра посредством входного отверстия в гидроцилиндре.

Стенд для испытаний крупногабаритных ракетных корпусов типа "кокон" на внутреннее давление // 2503943

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендам, которые предназначены для проведения гидроиспытаний корпусов ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).

Стенд для малоцикловых деформационно-силовых испытаний моделей натурных конструкций сосудов // 2497095

Изобретение относится к диагностированию сосудов, работающих под действием статических и малоцикловых нагрузок от внутреннего избыточного давления, и может быть использовано для оценки прочности сосудов при диагностировании с учетом фактических параметров нагруженности их конструктивных узлов и элементов.

Способ измерения параметров разрушающего испытания трубопроводов и комплекс для его осуществления // 2482462

Изобретение относится к технике испытаний труб для магистральных газопроводов. .

Способ испытания алмазных зубков на прочность и устройство для его осуществления // 2466377

Изобретение относится к области производства буровых алмазных долот, а именно к входному контролю качества алмазных зубков. .

Способ определения модуля деформации материальной среды // 2566400

Изобретение относится к «физике материального взаимодействия», конкретно к способу определения модуля Eо общей деформации и модуля Eупр упругости материальной среды в условиях гравитационного взаимодействия pб и влияния атмосферного давления . По образцам среды, отобранным на глубине h (см) ее массива, определяют ее удельный вес γстр (кг/см3), угол внутреннего трения и удельное сцепление cстр (кГ/см2), рассчитывают для нарушенной структуры среды угол и удельное сцепление cн=cстр[2-tgφн/tgφстр] (кГ/см2), определяют гравитационное давление и , величину эффективного начального критического давления сжатия образца среды в условиях компрессии и коэффициенты Пуассона в массиве - как и , в стенках выработки - как , , в условиях компрессионного сжатия - как , производят испытание среды Si=f(Δpi-const,t) во времени t возрастающими ступенями статических нагрузок Δpi (кГ/см2) при создании на среду давления, равного гравитационному (бытовому) , разгрузку среды до нулевого давления p2=0 (кГ/см2), нагружение среды давлением и давлением при замере стабилизированных во времени t соответствующих значений осадок среды , , , , а модули общей деформации и упругости среды рассчитывают по следующим зависимостям при испытании среды штампом: 1) со свободной поверхности полупространства и , где , B и dкр - ширина и диаметр (см), Fкр - площадь штампа (см2); 2) в массиве среды винтолопастным штампом и , где ; 3) на дне вертикальной выработки и , где ; 4) в стенках вертикальной выработки под распорными штампами и , где ; 5) в стенках скважины под эластичным радиальным штампом трехкамерного прессиометра и , где , l0 - длина рабочей камеры (см); 6) в стенках скважины под эластичным штампом однокамерного прессиометра и , где , RкрI, Rб, - большие радиусы эллипсоида раздутой камеры прессиометра (см); 7) в компрессионной камере лабораторного прибора и . 10 ил., 1 табл.

Зажимное устройство для трубы и установка для гидравлических испытаний под давлением // 2571161

Изобретение относится к компактному зажимному устройству (50) для трубы, пригодному для использования в установке для гидравлических испытаний под давлением с целью контроля качества трубы, полученной электросваркой методом сопротивления. На неподвижное основание (51) посажено с возможностью подъема и опускания поднимаемое и опускаемое основание (52), включающее в себя находящееся на нем поддерживающее трубу тело (55). В положениях, между которыми заключено поддерживающее трубу тело (55) поднимаемого и опускаемого основания (52), расположены зажимные захваты (56), способные поворачиваться. В поднимаемом и опускаемом основании (52) предусмотрен корпус (58) привода захватов для независимого подъема и опускания поднимаемого и опускаемого основания (52). Противоположные боковые участки корпуса (58) привода захватов соединены с противоположными зажимными захватами (56) посредством звеньев (59) так, что могут поворачивать зажимные захваты (56) в направлениях смыкания путем опускания относительно поднимаемого и опускаемого основания (52). На неподвижное основание (51) установлены и первый приводной механизм (53), предназначенный для привода поднимаемого и опускаемого основания (52) с целью подъема и опускания, и второй корпус (54) привода, предназначенный для привода корпуса (58) привода захватов с целью подъема и опускания. Технический результат - повышение компактности и легкости конструкции с обеспечением ее надежности. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 27 ил.

Способ хрусталёва е.н. определения границ упругого фазового напряженно-деформированного состояния материальной среды в массиве // 2576539

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» и касается определения границ упругого состояния материальной среды в массиве. Предлагается после определения физических параметров структурированной среды в массиве - угла внутреннего трения , удельного сцепления сстр (кг/см2) и удельного веса γстр (кг/см2) определять верхнюю границу упругого состояния среды через значение гравитационного (бытового) давления , нижнюю границу упругого состояния структурированной среды - через значение и нижнюю границу упругого состояния среды с нарушенной структурой - через значение , где σТ.сж, σТР - пределы текучести среды при сжатии и растяжении, , сн=сстр[2-(tgφстр/tgφн)] (кг/см2), а через выражение определяют величину «зуба» текучести упруго-вязко-упругой материальной среды. Технический результат - повышение точности определения границы упругого состояния деформируемого грунта в массиве. 1 ил.

Способ хрусталёва е.н. получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред // 2576542

Изобретение относится к «Физике материального контактного взаимодействия» и касается возможности достижения равномерного напряженно-деформированного состояния в зоне контакта двух материальных сред. Суть изобретения заключается в том, что придают контактирующей поверхности более прочной материальной среды выпуклой полусферической формы с радиусами взаимодействия R с р . с ф = 0,5 b 2 + l 2 / sin ϕ с л о - для прямоугольной площади контакта, R с р . с ф = 0,5 d / sin ϕ с л о - для круглой площади контакта, R ц = 0,5 b / sin ϕ с л о - для полуцилиндрической формы контакта шириной b, где ϕ с л о - угол внутреннего трения среды с нарушенной или с ненарушенной структурой, более слабой по прочности. Технический результат - обеспечение возможности определения геометрических параметров контактирующих материальных сред с равномерным распределением между ними напряжений. 3 ил.

Способ испытания обтекателей из хрупких материалов // 2580265

Изобретение относится к испытанию керамических обтекателей летательных аппаратов на разрушение. Способ включает создание избыточного давления во внутренней полости обтекателя. Предварительно на наружной поверхности обтекателя монтируют упругий перфорированный прозрачный чехол, на внутреннюю поверхность которого нанесен липкий слой, обеспечивающий возможность фиксации осколков обтекателя при его разрушении, и перфорированный защитный кожух, при этом пространство между наружной поверхностью упомянутого чехла и внутренней поверхностью кожуха заполняют резиновым материалом. Липкий слой на внутреннюю поверхность упругого чехла может быть нанесен двусторонним скотчем. Может быть использован резиновый материал в виде шариков. Обеспечивается возможность восстановления картины разрушения обтекателя при проведении опрессовки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения механических свойств грунтов // 2600494

Изобретение относится к строительству, механике грунтов, инженерной геологии, горному делу, в частности к лабораторным испытаниям грунтов для определения их физико-механических свойств. Сущность: осуществляют подготовку образца грунта, установку образца в обойму прибора, создание осевого давления на образец и проведение измерения параметров, характеризующих состояние образца грунта. Для определения характеристик прочности грунта, в процессе роста осевого активного σ1,i давления производят измерение и бокового реактивного σз,i давления при сжатии образца грунта, для выявления величин осевого давления, превышающих структурную прочность, контролируют изменение отношения mi между приращениями бокового Δσзi и осевого Δσ1i и при произвольном значении осевого давления σ1,i, когда отношение mi-2=mi-1=mi=m=const, испытание прекращают с определением угла внутреннего трения: структурной прочности грунта: и сцепления: где σ1,i, σ3,i - текущие значения давлений, а σ1,i>σstr; m - коэффициент бокового давления грунта; в предельном состоянии по Кулону-Мору при σ1,i>σstr. Технический результат: возможность значительно сократить расходы на производство лабораторных исследований для определения механических свойств грунтов, снизить трудозатраты, а также повысить достоверность определения характеристик прочности грунта. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ контроля прочности керамических оболочек типа тел вращения // 2614920

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для контроля и исследования прочности керамических оболочек типа тел вращения. Сущность: осуществляют приложение статической нагрузки с помощью камеры из эластичного материала, помещенной внутрь испытуемой оболочки и соединенной с источником давления. Статическую нагрузку прикладывают к наиболее напряженной зоне оболочки, определяемой заданными условиями нагружения, напряженный объем материала которой определяют с использованием уравнений общей теории оболочек вращения или приближенными численными методами. Определяют среднее значение прочности материала оболочки при растяжении в напряженном объеме материала оболочки и величину прикладываемого давления рассчитывают по формулам. Технический результат: повышение достоверности контроля прочности керамических оболочек в процессе производства и при проведении опытно-конструкторских работ.

Способ хрусталева е.н. определения физических параметров прочности материальной среды // 2615598

Изобретение относится к области физики материального контактного взаимодействия, а именно к способам определения удельного сцепления и угла внутреннего трения материальной связной среды, воспринимающей давление свыше гравитационного.Способ 1 определения физических параметров прочности материальной среды плоским жестким штампом заключается в установлении при лабораторном сдвиге образцов, например, грунта и торфа ненарушенной структуры в условиях компрессии угла внутреннего трения и удельного сцепления С=Сстр среды при построении графика Кулона-Мора предельного состояния среды под давлением pi, где τi - напряжение сдвига среды под давлением сжатия pi, определении расчетного удельного веса среды ненарушенной и нарушенной структуры и , ее расчетного угла внутреннего трения с нарушенной структурой , расчетного бытового давления , на глубине h, определении уточненного значения:1) удельного сцепления подтопленной среды , , гравитационного давления , , удельного веса при , рб>0 и отсутствии атмосферного давления;2) удельного сцепления среды при уточненных значениях , , , - при , рб=0 и доступе атмосферного давления ратм=1,033 (кГ/см2);3) удельного сцепления среды , и уточняют значения: удельного веса среды , и уточняют значения удельного веса среды , и гравитационного давления , , рб.<0 и доступе атмосферного давления ратм=1,033 (кГ/см2).Способ 2 определения физических параметров прочности материальной среды сферическим штампом включает нагружение сухой среды усилием Р диаметром D с замером текущей осадки St до момента ее стабилизации во времени t, разгрузку сферы, определение ее контактной осадки So и по результатам испытаний - длительного сцепления Сдл, сферу в среду погружают не менее трех раз через динамометрический упругий элемент на заданную глубину St1<St2<Stk, величину которых поддерживают постоянной во времени t стабилизации соответствующих усилий P1, P2, Pk, после чего сферу разгружают с замером диаметра отпечатка диаметром dk. Далее рассчитывают осадки сферы при давлениях рср=Pk/[πSo(D-So)], строят график и касательные прямые к точкам графика, соответствующим усилиям P1, P2, Pk до пересечения с осью абсцисс; радиусами ρ, равными разнице значений рср и соответствующих им точек пересечения касательных с осью абсцисс, строят круги Мора и проводят к ним касательную прямую (maxτпр)=рср.⋅tgθ+Сэ до пересечения с осями абсцисс и ординат, с графика снимают предельный угол θ внутреннего трения грунта и отмеряют мгновенное эквивалентное сцепление Сэ, рассчитывают угол внутреннего трения среды в структурированном состоянии и удельное сцепление , радиусом Ro от начала координат графика проводят полуокружность, соприкасающуюся с ним и отсекающую на оси абсцисс точку, соответствующую предельному напряжению на растяжение σp=2Ro=2Сэ⋅cosθ/(1+sinθ), значению которого соответствует длительное сцепление .Далее через сферу к среде прикладывают возрастающее усилие Рс>Pk до момента стабилизации его предельной величины Pc=const при регистрации соответствующей ему осадки Sc среды, при которой угол сектора полуконтакта сферы со средой , где , и определяют величину длительного сцепления для мерзлой среды - как , для обычной грунтовой среды - как ,для торфяной среды - как: при сцеплении , а угол внутреннего трения среды уточняют как .За мгновенное эквивалентное сцепление грунтовой среды и торфа принимают величину атмосферного давления при предельном угле внутреннего трения среды , где - угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой, удельное сцепление структурированной грунтовой среды и торфа определяют как , а величину длительного сцепления - по выражению при , для мерзлой и обычной грунтовой среды и торфа структурное сцепление определяют как , а эквивалентное сцепление как .Технический результат - получение при угле внутреннего трения достоверных значений параметров удельного сцепления материальной среды в сухом и обводненном состоянии в структурированном и нарушенном состоянии, уточняющих величину гравитационного давления среды рстр.б., рн.б. и ее удельного веса , . 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ испытания керамических оболочек обтекателей // 2620782

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки и исследования прочности керамических оболочек при наземных испытаниях в составе обтекателей. Сущность: осуществляют приложение статической нагрузки с помощью камеры из эластичного материала, помещенной внутрь испытуемой оболочки, к наиболее напряженной зоне оболочки, определяемой заданными условиями нагружения, и вычисление напряженного объема материала этой зоны расчетными методами. В соответствии с заданными режимами наземных испытаний керамических оболочек в составе обтекателей вычисляют напряженный объем материала оболочки при наземных испытаниях в составе обтекателя с использованием уравнений общей теории оболочек вращения или приближенными численными методами. С учетом вычисленных напряженных объемов определяют величину растягивающих напряжений, эквивалентную растягивающим напряжениям в напряженном объеме материала оболочки при нагружении обтекателя эксплуатационной нагрузкой, и по ней определяют предельно допустимое давление при заданной вероятности неразрушения керамической оболочки. Технический результат: повышение достоверности соответствия результатов испытаний по оценке прочности керамических оболочек при нагружении внутренним давлением на промежуточных операциях изготовления обтекателей результатам наземных испытаний керамических оболочек в составе обтекателей за счет использования обоснованного расчетного метода для установления уровня прикладываемого давления, учитывающего условия нагружения обтекателей эксплуатационными нагрузками и, следовательно, на повышение эффективности результатов испытаний и, таким образом, на повышение точности оценки их несущей способности.

Барокамера // 2621779

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний элементов глубоководной техники при давлениях, соответствующих предельным глубинам Мирового океана – более 100 МПа. Заявлена барокамера, содержащая корпус, крышку с уплотнительными элементами, средства подвода-отвода рабочего тела, а также средства измерения и контроля давления в полости корпуса. Корпус выполнен в виде обечайки, снабженной ребрами жесткости, которые с натягом установлены на внешней поверхности обечайки, в ее поперечной плоскости. Причем торцы обечайки снабжены крышками, выполненными в виде пластин с цилиндрическими выступами, сечение которых соответствует сечению обечайки. При этом цилиндрические выступы установлены в полости обечайки с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса и снабжены уплотнительными элементами. Корпус барокамеры установлен в полости замкнутой силовой рамы с образованием между ними зазора, для чего замкнутая силовая рама установлена в продольной плоскости корпуса барокамеры, а ее полость образована сквозным отверстием, размер которого превышает размер корпуса вдоль его продольной оси. Торцевые грани сквозного отверстия имеют округлую форму, а в зазоре между пластинами крышек и торцевыми гранями сквозного отверстия замкнутой силовой рамы установлены, с обеспечением плотного контактирования с обращенными к ним поверхностями, опорные элементы. Технический результат - повышение прочности корпуса барокамеры за счет перераспределения напряжений в его стенках, снижение массогабаритных характеристик и снижение трудоемкости изготовления барокамеры. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.