Установка для испытания образцов на термомеханические нагрузки

Авторы патента:

G01N3/18 - при высокой или низкой температуре

Владельцы патента RU 2626811:

Лодус Евгений Васильевич (RU)

Изобретение относится к испытательной технике, к установкам для испытания образцов материалов на прочность. Установка содержит основание, установленные на нем соосные захваты для образца, механический нагружатель, связанный с захватами, термический нагружатель, включающий вал, установленный параллельно захватам, привод вращения вала, шкив, установленный на валу, бесконечный элемент, охватывающий шкив без возможности скольжения, теплопроводное кольцо для закрепления на поверхности образца, охватываемое бесконечным элементом с возможностью фрикционного взаимодействия, и приспособление для регулируемого усилия натяжения бесконечного элемента. Установка снабжена дополнительным валом, установленным параллельно первому валу с противоположной стороны от оси захватов, приводом вращения дополнительного вала, дополнительным шкивом, установленным на дополнительном валу оппозитно первому шкиву, дополнительным бесконечным элементом, охватывающим дополнительный шкив без возможности скольжения, и дополнительным приспособлением для регулируемого усилия натяжения дополнительного бесконечного элемента. Дополнительный бесконечный элемент установлен с возможностью фрикционного взаимодействия с теплопроводным кольцом. Технический результат: возможность проводить испытания образцов при нагружении участков образца как при осевом и термическом нагружении, так и дополнительно при нагружении кручением и изгибом, что повышает объем информации при исследованиях свойств материалов. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к установкам для испытания образцов материалов на прочность.

Известна установка для испытания материалов на прочность (патент РФ №1610382, кл. G01N 3/32, 1990), содержащая основание, установленные на нем захваты для образца, нагружатель, связанный с захватами, и термический нагружатель.

Недостаток установки состоит в том, что на ней неосуществимы испытания образцов при нагружении участков образца как при осевом и термическом нагружении, так и дополнительно при нагружении кручением и изгибом.

Известна установка для испытания материалов на прочность (патент РФ №1525543, кл. G01N 3/32, 1989). Установка содержит основание, установленные на нем захваты для образца, механический нагружатель, связанный с захватами, приспособление для нагрева, и термический нагружатель.

Недостаток установки также состоит в том, что на ней неосуществимы испытания образцов при нагружении участков образца как при осевом и термическом нагружении, так и дополнительно при нагружении кручением и изгибом.

Известна установка для испытания образцов на термомеханические нагрузки (решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2012134400/28, кл. G01N 3/32, от 01.10.2013 г), принимаемая за прототип. Установка содержит основание, установленные на нем соосные захваты для образца, механический нагружатель, связанный с захватами, термический нагружатель, включающий вал, установленный параллельно захватам, привод вращения вала, шкив, установленный на валу, бесконечный элемент, охватывающий шкив без возможности скольжения, теплопроводное кольцо для закрепления на поверхности образца, охватываемое бесконечным элементом с возможностью фрикционного взаимодействия, и приспособление для регулируемого усилия натяжения бесконечного элемента. Установка позволяет проводить испытания образцов при нагружении участков образца при осевом и термическом нагружении.

Техническим результатом изобретения является повышение объема информации путем испытаний образцов как при осевом и термическом нагружении, так и дополнительно при нагружении кручением и изгибом.

Технический результат достигается тем, что установка для испытания образцов на термомеханические нагрузки, содержащая основание, установленные на нем соосные захваты для образца, механический нагружатель, связанный с захватами, термический нагружатель, включающий вал, установленный параллельно захватам, привод вращения вала, шкив, установленный на валу, бесконечный элемент, охватывающий шкив без возможности скольжения, теплопроводное кольцо для закрепления на поверхности образца, охватываемое бесконечным элементом с возможностью фрикционного взаимодействия, и приспособление для регулируемого усилия натяжения бесконечного элемента, согласно изобретению, она снабжена дополнительным валом, установленным параллельно первому валу с противоположной стороны от оси захватов, приводом вращения дополнительного вала, дополнительным шкивом, установленным на дополнительном валу оппозитно первому шкиву, дополнительным бесконечным элементом, охватывающим дополнительный шкив без возможности скольжения, и дополнительным приспособлением для регулируемого усилия натяжения дополнительного бесконечного элемента, при этом дополнительный бесконечный элемент установлен с возможностью фрикционного взаимодействия с теплопроводным кольцом.

На рис. 1 представлена схема установки: вид сверху (а) и сбоку (б).

Установка для испытания образцов на термомеханические нагрузки содержит основание 1, установленные на нем захваты 2, 3 для образца 4, механический нагружатель 5, связанный с захватами, термический нагружатель, включающий вал 6, установленный параллельно захватам, привод 7 вращения вала, шкив 8, установленный на валу, бесконечный элемент 9, охватывающий шкив 8 без возможности скольжения, теплопроводное кольцо 10 для закрепления на поверхности образца 4, охватываемое бесконечным элементом 9 с возможностью фрикционного взаимодействия, и приспособление 11 для регулируемого усилия натяжения бесконечного элемента.

Установка снабжена дополнительным валом 12, установленным параллельно первому валу 6 с противоположной стороны от оси 0-0 захватов 2,3, приводом 13 вращения дополнительного вала 12, дополнительным шкивом 14, установленным на дополнительном валу оппозитно первому шкиву 8, дополнительным бесконечным элементом 15, охватывающим дополнительный шкив 14 без возможности скольжения, и дополнительным приспособлением 16 для регулируемого усилия натяжения дополнительного бесконечного элемента 14. Дополнительный бесконечный элемент 15 установлен с возможностью фрикционного взаимодействия с теплопроводным кольцом 10.

Приспособления для регулируемого усилия натяжения выполнены, например, в виде винтовых тяг 11, 16 с пружинами 17 и роликами 18. При необходимости в соответствии с задачами исследований применяют дополнительные теплопроводные кольца 19 с соответствующими дополнительными шкивами, бесконечными элементами и приспособлениями для регулируемого усилия их натяжения. Механический нагружатель 5 может быть выполнен в виде гидропресса, винтового пресса и т.п.

Установка работает следующим образом.

Механическим нагружателем 5 через захваты 2, 3 создают на образце 4 заданную сжимающую или растягивающую осевую нагрузку. Включают приводы 7,13 и через валы 6, 12 вращают шкивы 8, 14. Шкивы приводят во вращение соответствующие гибкие элементы, которые за счет фрикционного взаимодействия с кольцом 14 повышают его температуру. Это создает термическую нагрузку на заданном участке образца 4. Величина термической нагрузки регулируется скоростью вращения валов приводами 7, 13 и усилиями натяжения бесконечных элементов 9, 15 приспособлениями 11, 16. При этом, если усилия натяжения одинаковые и валы вращаются в разных направлениях с одинаковыми скоростями, то образец нагружается осевой механической и термической нагрузками. Если усилия натяжения одинаковые, но валы вращаются в одном направлении, то образец испытывает дополнительно крутящую нагрузку за счет сложения фрикционных сил кручения от обоих валов. Если усилия натяжения бесконечных элементов разные, то образец нагружается дополнительно изгибающим усилием, направленным в сторону большей силы натяжения. При использовании дополнительных колец 19 с соответствующей оснасткой осуществляют независимое нагружение участков образца. Действуя таким образом, проводят испытания при регулируемом нагружении участков образца как механической и термической нагрузками, так и дополнительно крутящими и изгибающими усилиями.

Предлагаемая установка позволяет проводить испытания образцов при нагружении участков образца как при осевом и термическом нагружении, так и дополнительно при нагружении кручением и изгибом, что повышает объем информации при исследованиях свойств материалов.

Установка для испытания образцов на термомеханические нагрузки, содержащая основание, установленные на нем соосные захваты для образца, механический нагружатель, связанный с захватами, термический нагружатель, включающий вал, установленный параллельно захватам, привод вращения вала, шкив, установленный на валу, бесконечный элемент, охватывающий шкив без возможности скольжения, теплопроводное кольцо для закрепления на поверхности образца, охватываемое бесконечным элементом с возможностью фрикционного взаимодействия, и приспособление для регулируемого усилия натяжения бесконечного элемента, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным валом, установленным параллельно первому валу с противоположной стороны от оси захватов, приводом вращения дополнительного вала, дополнительным шкивом, установленным на дополнительном валу оппозитно первому шкиву, дополнительным бесконечным элементом, охватывающим дополнительный шкив без возможности скольжения, и дополнительным приспособлением для регулируемого усилия натяжения дополнительного бесконечного элемента, при этом дополнительный бесконечный элемент установлен с возможностью фрикционного взаимодействия с теплопроводным кольцом.

Изобретение относится к области испытаний материалов, а конкретно к испытаниям металлических цилиндрических образцов методом деформирования (растяжения-сжатия или сжатия-растяжения), и может быть использовано для физического моделирования в лабораторных условиях процессов многократной пластической деформации металлов, происходящих в условиях промышленного производства и эксплуатации.

Высокотемпературная установка для испытаний механических свойств токопроводящих материалов // 2622492

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств материалов при высоких температурах в условиях индукционного нагрева в вакууме. Высокотемпературная установка содержит ВЧ индуктор, охватывающий испытуемый образец и жесткие верхний и нижний захваты, удерживающие его, а также контролирующую и регистрирующую аппаратуру.

Способ определения термомеханических характеристик материалов с памятью формы // 2619046

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов, обладающих эффектом памяти формы, и может быть использовано для контроля термомеханических характеристик в условиях пассивного деформирования материалов с эффектом памяти формы для определения и контроля температурных точек фазовых превращений, коэффициента термического и упругого восстановления, а также для контроля получаемых сплавов с памятью формы на соответствие заданным термомеханическим характеристикам, необходимым для обеспечения работоспособности термомеханических соединений при сборке с помощью термомеханических муфт из сплава с эффектом памяти формы.

Способ оценки остаточного ресурса полой металлической детали, работавшей в условиях ползучести // 2599273

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электростанциях для мониторинга прочности ответственного оборудования в процессе его эксплуатации, например паропроводов и корпусных элементов оборудования высокого давления.

Устройство для определения механических свойств полимерных материалов // 2598981

Изобретение относится к технике испытания материалов, в частности к испытаниям полимерных материалов на растяжение-сжатие. Устройство содержит термокриокамеру, размещенные в ней подвижный и неподвижный захваты для образца, механизм деформации образца, выполненный в виде магнитогидродинамического насоса и сообщенных с ним двух гидродвигателей в виде сильфонов, один из которых сообщен с узлом крепления подвижного захвата, измерительное средство для замера усилий и деформаций.

Термонагружатель к стенду для испытания образцов материалов // 2598771

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 // 2593520

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для физического моделирования геомеханических процессов на образцах горных пород и эквивалентных материалах.

Установка для высокотемпературных механических испытаний объектов цилиндрической формы // 2582270

Изобретение относится к механическим испытаниям объектов, а именно к устройствам для испытаний объектов на вибронагружение в различных средах при высоких температурах и давлениях.

Установка для механических испытаний в условиях малоциклового нагружения образцов из токсичных материалов // 2579643

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токсичных материалов на растяжение в условиях малоциклового нагружения в вакууме при повышенных температурах.

Способ определения термомеханических характеристик материалов, обладающих эффектом памяти формы // 2579174

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов с памятью формы, а именно сплавов на основе никелида титана, и может быть использовано во всех областях народного хозяйства для определения и контроля радиальных напряжений термомеханического возврата, необходимых для обеспечения работоспособности соединений при сборке конструкций с помощью муфт из материала с эффектом памяти формы.

Способ оценки остаточного ресурса полой металлической детали, работавшей в условиях ползучести при высоких температуре и давлении рабочей среды // 2627286

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов и может быть использовано на тепловых электростанциях для мониторинга прочности и оценки остаточного ресурса ответственного оборудования, например паропроводов и корпусных элементов оборудования высокого давления, в процессе его эксплуатации в условиях высоких температур и агрессивной рабочей среды. Сущность изобретения: после останова оборудования фиксируют время τэ с начала эксплуатации указанной детали до указанного останова, проверяют наличие микроповрежденностей в различных зонах наружной поверхности контролируемой детали, а также максимальный уровень микроповрежденности в наиболее поврежденной зоне. Искомое значение остаточного ресурса рассчитывают по математическому соотношению τор=Кор⋅τэ, где Кор - коэффициент остаточного ресурса, определяемый исходя из его экспериментальной зависимости от уровня микроповрежденности Ωкд контролируемой детали. Вырезают часть металла из наименее нагруженного участка контролируемой детали для изготовления серии образцов круглого сечения, каждый из образцов испытывают на ползучесть до разрушения с длительной нагрузкой при температуре выше рабочего значения в процессе эксплуатации КД. По результатам испытаний указанных образцов строят для данной серии графическую зависимость уровня микроповрежденности образца Ωоб от выработанной доли долговечности τвд=τi/τк, где τi - текущее время от начала испытаний, τк - время от начала испытаний до разрушения образца. Для нескольких точек (i) указанной графической зависимости рассчитывают значения коэффициента остаточной долговечности Код образца, исходя из математического соотношения τодi=Kодi⋅τi, где τодi=τк⋅(1-τвд). Строят новую графическую зависимость Код=f(Ωоб) с исключением параметра времени. Рассчитывают остаточный ресурс контролируемой детали, используют математическое соотношение τор=Код⋅τэ, в котором Код определяют из указанной графической зависимости Код=f(Ωоб). Серию составляют из по меньшей мере двух пар образцов, причем один из образцов каждой пары оставлен сплошным, а другой - с выполненным в центральной части кольцевым клиновидным надрезом, моделирующим известным способом заданное значение поверхностной микроповрежденности контролируемой детали так, чтобы уровню микроповрежденности Ωкд соответствовал уровень ω поврежденности сечения образца указанным кольцевым надрезом. Испытания образцов ведут при удельной нагрузке в пределах 0,9-1,1 от рабочего значения и температуре для каждой последующей пары выше предыдущей на 10-50°C, причем минимальная из указанных температур выбирается из условия, чтобы время до разрушения образца не превосходило 6200 ч. Образцу с кольцевым надрезом каждой выбранной для испытания пары задают свое значение ω. При построении указанной зависимости уровня микроповрежденности Ωоб=f(τвд) относительное время нагружения сплошного образца каждой из указанных пар до его разрыва на указанной графической зависимости фиксируют в качестве τк=1, а относительное время нагружения образца с кольцевым надрезом до его разрушения - в качестве τвд. Технический результат: устранение необходимости промежуточных остановов и замеров в процессе испытания образцов. 6 ил., 3 табл.

Способ определения сдвига критической температуры хрупкости сталей для прогнозирования охрупчивания корпусов реакторов типа ввэр // 2635658

Изобретение относится к методам испытаний конструкционных материалов, преимущественно для прогнозирования ресурсоспособности сталей, работающих в зонах нейтронного облучения объектов атомной техники. Способ определения сдвига критической температуры хрупкости сталей включает изготовление образцов, определение их твердости в исходном состоянии и после облучения быстрыми нейтронами, определение сдвига температуры хрупко-вязкого перехода, причем изготавливают образцы стали с переменной концентрацией одного из компонентов по одному из габаритов образца, их макротвердость в точках с одинаковой концентрацией изменяемого компонента определяют методом Бринелля, а сдвиг температуры хрупко-вязкого перехода ΔТк для каждой точки определяют по формуле: ΔТк=А+В(ΔНВ)2, где ΔНВ=НВОБ-НВИ, НВОБ - твердость стали после облучения, МПа, НВИ - твердость стали в исходном состоянии, МПа, А=100°C, В=0,00012°C/(МПа)2. Изобретение позволяет снизить трудоемкость и время определения сдвига критической температуры хрупкости при разработке сталей для корпусов реакторов типа ВВЭР. 5 з.п. ф-лы.

Способ испытания обтекателей ракет из неметаллических материалов // 2637176

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового и силового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях. Сущность: осуществляют силовое воздействие к наружной поверхности обтекателя через многослойную структуру, состоящую из жесткой оболочки, упругой среды, гибкой и дискретной теплоизоляции и контактного нагревателя, а составляющие внешней силовой нагрузки прикладываются к наружной поверхности жесткой оболочки. Поперечная сила прикладывается в плоскости перпендикулярной плоскости приложения продольных сил, а теплоизоляция состоит из дискретных секторов эквидистантных наружной поверхности обтекателя. В плоскости приложения продольных сил на наружной поверхности обтекателя через нагреватель монтируют гибкую теплоизоляцию. Технический результат - повышение точности воспроизведения силовой нагрузки на обтекатель ракеты и увеличение технических возможностей оборудования для наземной отработки новых конструкций ракетной техники. 1 ил.

Способ испытания образцов из материала при растяжении с повышенной температурой // 2644452

Изобретение относится к способам испытания металлов на растяжение с высокой температурой нагрева и может быть использовано при определении зависимости интенсивности напряжения от степени и скорости деформации, которые необходимо учитывать в технологических расчетах формоизменяющих операций изотермической штамповки листовых металлов. Сущность: перед испытанием производят измерение начальных размеров поперечных сечений образца, закрепление образца в захватах испытательной машины и нагревательном устройстве, установку термопар для измерения температуры на образце, нагрев образца до заданной температуры и времени выдержки. Затем испытание на растяжение осуществляют с записью диаграммы «нагрузка-перемещение». В процессе растяжения со скоростью перемещения захватного органа V1 на величину удлинения 5÷10% изменяют скорость перемещения захватного органа до скоростей перемещения V2 без остановки процесса растяжения, растягивают образец на величину удлинения 5÷10% и снова изменяют скорость перемещения захватного устройства до скорости V3 и т.д. с последующим повторением цикла переключения скоростей перемещения захватного устройства в процессе растяжения и получением пилообразной диаграммы «нагрузка-перемещение», на которой записывают не менее трех циклов переключения скоростей перемещения захватного устройства. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости испытания путем определения зависимости интенсивности напряжения от степени и скорости деформации при растяжении с повышенной температурой образца из металла. 5 ил., 1 табл.

Автоматизированное устройство для охлаждения образцов при усталостных испытаниях на изгиб // 2645162

Изобретение относится к области усталостных испытаний материалов на изгиб и предназначено для охлаждения образцов в процессе подготовки и проведения усталостных испытаний на изгиб. Предложено автоматизированное устройство для охлаждения образцов при усталостных испытаниях на изгиб при пониженных температурах, согласно которому процесс охлаждения осуществляется комбинированно, как за счет передачи холода по хладопроводу, так и за счет подачи охлажденного воздуха в криокамеру. При этом процессы, описанные выше, полностью автоматизированы за счет регулирования температуры посредством открытия/закрытия заслонки камеры и нагревания до необходимой (устойчивой) температуры зажима хладопровода. Кроме этого, дополнительно непосредственно на образце устанавливается датчик акустической эмиссии, а на приводное устройство - счетчик количества циклов с выходом на ЭВМ для оценки степени разрушения образца в ходе испытаний и выявления зависимостей количества циклов испытания от напряжения, возникающего в опасном сечении образца. Технический результат - ускорение и автоматизация процесса охлаждения образцов в процессе проведения испытаний на усталость и процесса построения диаграмм изменения параметров акустической эмиссии в зависимости от количества циклов нагружения. 1 ил.