Способ создания в образце испытываемого материала сложного напряжённого состояния и устройство для этого

Авторы патента:

G01N3/40 - исследование твердости или упругой твердости

Владельцы патента RU 2648308:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (ПНИПУ) (RU)

Изобретения относятся к испытательной технике, а именно к способам задания сложного напряженного состояния в образце материала и устройствам для этого. Сущность: образец устанавливают на опоры, расположенные по одной по каждому плечу крестообразного образца симметрично центра на расстояниях, определяемых по формуле:

Где: σ₁ и σ₂ - напряжения в центре образца во взаимно перпендикулярных направлениях, b - ширина плеча образца, h - толщина плеча образца, p - усилие воздействия на образец, а воздействие осуществляют индентором по центру образца со стороны, противоположной от опор. Устройство содержит крестообразное основание с Т-образными пазами в его плечах, расположенными под прямым углом друг к другу. В пазах расположены опоры цилиндрической формы с возможностью перемещения, оси которых расположены перпендикулярно направлению плеч основания. Индентор сферической формы установлен по центру образца со стороны, противоположной от опор. Технический результат: упрощение способа испытания и получение достоверного результата. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к испытательной технике, а именно к способам задания сложного напряженного состояния в образце материала и устройствам для этого.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ создания в образце испытываемого материала сложного напряженного состояния, заключающийся в воздействии на образец усилия, приводящего к возникновению пространственных растягивающих напряжений (см. патент RU №2362139 опубл. 20.07.2009). Недостатком его является сложность, трудоемкость испытаний и необходимость использования сложного оборудования.

Технической задачей предлагаемого способа является упрощение способа испытания и получение достоверного результата. Для этого предлагается способ создания в образце крестообразной формы испытываемого материала сложного напряженного состояния, заключающийся в воздействии на образец усилия, приводящего к возникновению пространственных растягивающих напряжений, при этом образец устанавливают на опоры, расположенные по одной по каждому плечу крестообразного образца симметрично центру на расстояниях, определяемых по формулам:

Где: σ₁ и σ₂- напряжения в центре образца во взаимно перпендикулярных направлениях,

b - ширина плеча образца,

h - толщина плеча образца,

p - усилие воздействия на образец,

а воздействие осуществляют индентором по центру образца со стороны, противоположной от опор.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что образец устанавливают на опоры, расположенные по одной по каждому плечу крестообразного образца симметрично центру на расстояниях, определяемых по формуле:

Где: σ₁ и σ₂- напряжения в центре образца во взаимно перпендикулярных направлениях,

b - ширина плеча образца,

h - толщина плеча образца,

p - усилие воздействия на образец,

а воздействие осуществляют индентором по центру образца со стороны, противоположной от опор.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство для испытаний образца (см. патент RU №1234748 опубл. 30.05.1986). Недостатком его является сложность устройства.

Предлагаемое устройство решает техническую задачу упрощения устройства, снижение стоимости необходимого оборудования за счет использования одноосных машин.

Для этого устройство содержит крестообразное основание с Т-образными пазами в его плечах, расположенными под прямым углом друг к другу, при этом в пазах расположены опоры цилиндрической формы с возможность перемещения, оси которых расположены перпендикулярно направлению плеч основания, при этом индентор сферической формы установлен по центру образца со стороны, противоположной от опор.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что устройство содержит крестообразное основание с Т-образными пазами в его плечах, расположенными под прямым углом друг к другу, при этом в пазах расположены опоры цилиндрической формы с возможность перемещения, оси которых расположены перпендикулярно направлению плеч основания, при этом индентор сферической формы установлен по центру образца со стороны, противоположной от опор.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - общий вид устройства для испытаний образца сбоку, на фиг. 2 - вид на устройство сверху.

Устройство содержит крестообразное основание 1 с Т-образными пазами 2 в его плечах 3, 4, 5, 6, расположенными под прямым углом друг к другу. В пазах 2 расположены опоры 7 цилиндрической формы с возможностью перемещения, оси которых 8 расположены перпендикулярно направлению плеч 3, 4, 5, 6 основания, при этом индентор 9 сферической формы установлен по центру крестообразного образца 10 со стороны, противоположной от опор 7.

Предлагаемый способ создания в образце испытываемого материала сложного напряженного состояния осуществляется следующим образом. Крестообразное основание 1 устанавливается в неподвижном основании испытательной машины (не показано). Опоры 7 выставляют на необходимом расстоянии от центра основания, определяемом по формуле:

Где: σ₁ и σ₂- напряжения в центре образца во взаимно перпендикулярных направлениях,

b - ширина плеча образца 10,

h - толщина плеча образца 10,

p - усилие воздействия на образец.

На опоры 7 устанавливают крестообразный образец 10 так, чтобы центры основания и образца были совмещены. Далее индентором 9 осуществляют воздействие на центр образца 10 со стороны, противоположной от опор 7. Деформацию регистрируют тензодатчиками, закрепленными в центральной части образца материала со стороны, противоположной индентору.

Пример. Испытание проводилось на образце стали 20. Ширина плеча образца составляла 50 мм, толщина плеча - 3 мм. Нагружение образца производилось на электромеханической испытательной системе Instron 8850, работающей по схеме одноосного нагружения. Деформация в центральной части образца регистрировалась навесными экстензометрами Instron 2620-601. Опоры устанавливались на расстояниях от центра (определенных по приведенным выше формулам) и , равных 200 мм. К образцу прикладывалась нагрузка p, равная 900 Н, позволяющая реализовать сложное напряженное состояние в центральной части образца с величинами напряжений σ₁ и σ₂, равными 400 МПа, с ошибкой не более 5%.

Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства позволяет упростить технологию и устройство для реализации сложного напряженного состояния в образце материала при использовании одноосных испытательных машин и получать достоверные результаты.

1. Способ создания в образце испытываемого материала сложного напряженного состояния, заключающийся в воздействии на образец крестообразной формы усилия, приводящего к возникновению пространственных растягивающих напряжений, отличающийся тем, что образец устанавливают на опоры, расположенные по одной по каждому плечу крестообразного образца симметрично центру на расстояниях, определяемых по формуле:

где: σ₁ и σ₂- напряжения в центре образца во взаимно перпендикулярных направлениях, b - ширина плеча образца, h - толщина плеча образца, p - усилие воздействия на образец, а воздействие осуществляют индентором по центру образца со стороны, противоположной от опор.

2. Устройство для реализации способа создания в образце испытываемого материала сложного напряженного состояния по п. 1 содержит крестообразное основание с Т-образными пазами в его плечах, расположенными под прямым углом друг к другу, при этом в пазах расположены опоры цилиндрической формы с возможностью перемещения, оси которых расположены перпендикулярно направлению плеч основания, при этом индентор сферической формы установлен по центру образца со стороны, противоположной от опор.

Изобретение относится к пуленепробиваемым волокнистым композитам и касается пуленепробиваемых однонаправленных лент или изделий с жесткой структурой и низким значением глубины отпечатка и способов их изготовления.

Способ определения механических свойств материала // 2626067

Изобретение относится к способам определения механических свойств материалов, а именно модуля Юнга и коэффициента Пуассона. Инструмент, имеющий по меньшей мере один датчик колебаний и по меньшей мере один выступ, приводят в контакт с материалом и вдавливают по меньшей мере один выступ инструмента в материал.

Способ определения толщины однородного покрытия // 2619133

Изобретение относится к определению геометрических характеристик однородных покрытий, а именно к определению его толщины посредством вдавливания в поверхность материала цилиндрического индентора, и может быть использовано для определения толщины покрытий на подложках из различных материалов.

Устройство для исследования прочностных свойств корнеклубнеплодов // 2618672

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для изучения усилий на сжатие и непосредственно на процесс резания материалов, преимущественно корнеклубнеплодов.

Установка для исследования твердости образца из токсичного материала // 2612197

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к исследованиям твердости образцов из токсичных материалов. Установка содержит вакуумируемую рабочую камеру с захватами, один из которых активный, а второй пассивный захват-тензодинамометр, механизм нагружения, регистрирующую аппаратуру, установленную на захвате-тензодинамометре К активному захвату прикреплена верхняя рамка, а к пассивному захвату прикреплена нижняя рамка, которые соединены друг с другом таким образом, что растягивающее усилие захватов инвертируется в сжимающее усилие рамок, в месте соприкосновения рамок помещен испытуемый образец и индентор, который вдавливается в образец с определенным усилием, фиксируемым захватом-тензодинамометром.

Способ определения модуля упругости юнга материала микро- и наночастиц // 2611698

Изобретение относится к способам определения механических свойств материалов путем вдавливания индентора в поверхность образца с заданной нагрузкой, а именно к способам определения статического модуля упругости Юнга (ниже модуль упругости).

Способ определения остаточного напряжения с применением инструментального индентирования, носитель информации с соответствующей компьютерной программой и устройство для инструментального индентирования, предназначенное для реализации инструментального индентирования с использованием носителя информации // 2611078

Изобретение относится к области определения остаточного напряжения путем инструментального индентирования. Сущность: осуществляют приложение к образцу одноосного напряжения, двуосного напряжения и одинакового по всем направлениям напряжения, а затем выполнение инструментального индентирования с использованием индентора, вычисление наибольшей глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии образца путем подстановки в формулу для вычисления максимальной глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии фактической глубины контакта в ненапряженном состоянии, полученной из фактической глубины контакта индентора, и максимальной глубины вдавливания индентора и результирующей глубины отпечатка индентора при приложении максимального вдавливающего усилия L0, найденных из зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия, полученной путем инструментального индентирования, получение кривой зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия в ненапряженном состоянии путем подстановки вычисленной указанным образом максимальной глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии образца в формулу, связывающую глубину вдавливания индентора и вдавливающее усилие, и вычисления разности ΔL усилий между усилием L1, соответствующим максимальной глубине вдавливания индентора на кривой зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия в ненапряженном состоянии, и максимальным вдавливающим усилием L0, и вычисление остаточного напряжения в образце путем подстановки вычисленной разности ΔL усилий в формулу для вычисления остаточного напряжения.

Устройство для горизонтального непрерывного измерения твердости почвы // 2608345

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в сельском хозяйстве для исследования физико-механических свойств почвы, в частности твердости почвы.

Способ определения микротвердости нанокомпозитного покрытия с повышенной износостойкостью по соотношению в нем металлической и керамической фаз // 2608159

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в различных областях современной электроники, альтернативной энергетике и машиностроении. Способ определения микротвердости нанокомпозитного покрытия с повышенной износостойкостью по соотношению в нем металлической и керамической фаз характеризуется тем, что определяют значения микротвердости для металлического и керамического покрытий различного химического состава без примесей керамической или металлической фазы соответственно, затем получают покрытие с заданным химическим составом и заданным процентным соотношением указанных фаз с определенным шагом с изменением при этом процентного соотношения фаз металл-керамика в покрытии от нуля до максимума.

Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости // 2608158

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в различных областях современной электроники, альтернативной энергетике и машиностроении. Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости включает обеспечение в получаемом покрытии необходимого процентного соотношения металлической и керамической фаз при определенном химическом составе упомянутых фаз, при этом определяют значение микротвердости для металлического и керамического покрытий различного химического состава без примесей керамической или металлической фазы соответственно, затем получают покрытие с заданным химическим составом и заданным процентным соотношением указанных фаз с определенным шагом с изменением при этом процентного соотношения фаз металл-керамика в покрытии от нуля до максимума.