Устройство для испытания пластинчатого образца на усталостную прочность

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки конструкционной прочности материалов. Устройство содержит металлическую платформу, на которой установлена стойка, шарнирно соединенная с рычагом, толкатель, нагружающий образец циклически изменяющейся нагрузкой, подпружиненный рычаг, передающий на испытываемый образец циклически изменяющееся испытательное усилие, создаваемое в процессе испытания предварительно сжатой пружиной, двигатель, вращающий вал, на котором размещен вращающийся эксцентрик, периодически сжимающий пружину, передающую нагрузку на рычаг, и опору, на которой размещается испытываемый образец. Опора для испытываемого образца выполнена в виде полого цилиндра со ступенчато изменяющимся внутренним радиусом. Технический результат: возможность оценки усталостной конструкционной прочности материала в процессе циклических испытаний плоскоцилиндрических образцов, материал рабочей зоны которых находится в сложном напряженно-деформированном состоянии, характеризуемом заданным значением коэффициента П - коэффициента жесткости вида НДС. 2 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки циклической прочности материалов. Известно, что прочность материала в условиях циклического нагружения существенно зависит от интенсивности напряжений σi в возможном очаге разрушения [1]:

где σ1, σ2, σ3 - величины главных напряжений в точке наблюдения. Указанная прочность зависит также и от вида напряженно-деформированного состояния (НДС) в этом очаге [1-2], характеризуемого коэффициентом П - коэффициентом жесткости вида рассматриваемого НДС [3]:

Прочность материала в конкретной детали конструкции, имеющей заданный уровень и вид напряженного состояния в возможном очаге разрушения, является конструкционной прочностью материала [4]. Для ее определения в случае сложного НДС детали реальной конструкции эффективным является плоскоцилиндрический образец для механических испытаний [5], имеющий форму круглой пластины, на противоположных сторонах которой выполнены U-образные канавки с одинаковым в своих поперечных сечениях профилем, направляющие оси которых расположены под прямым углом друг к другу. В образце, предложенном в [5] рабочей, т.е. зоной расположения возможного очага разрушения, является зона перемычки материала, расположенная в центральной зоне образца. Указанный образец позволяет моделировать в рабочей зоне образца вид сложного НДС, характеризуемого заданным значением величины 77, значение которой может изменяться в широком практически значимым диапазоне значений коэффициента 77 в зависимости от значений геометрических параметров U-образные канавок [6].

Известно устройство [7], позволяющее испытывать пластинчатые крестообразные образцы материала на усталостную прочность. Указанные образцы находятся при этом в сложном НДС с заданным значением коэффициента П. Указанное устройство имеет существенный недостаток: для его применения необходимо использовать сложную высоконагруженную рамно-шарнирную оснастку, позволяющую сформировать разнонаправленные испытательные усилия, действующие в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Указанные усилия необходимы для обеспечения необходимого вида НДС, характеризуемого заданным значением коэффициента П.

Известно устройство [8] для испытания круглого пластинчатого образца, предложенного в [5] на усталостную прочность при заданном виде НДС. Процесс испытаний производится в этом случае путем воздействия на образец нагружающей жидкой или газообразной средой, подаваемой под давлением через сопло в виде напорной струи, направленной на центральную часть образца. К недостаткам такого устройства относится необходимость создания сложной нагружающей системы в виде компрессора и трубопроводов. Существенным недостатком указанного устройства является то, что оно не позволяет испытывать толстостенные пластинчатые образцы, что существенно ограничивает возможности моделирования конструкционной прочности материала массивных высоконагруженных элементов машин, находящихся в условиях сложного НДС.

Наиболее близким техническим решением рассматриваемой проблемы, принятым за прототип, является способ испытания образцов с помощью машины (рычага) Фейрбейрна [9]. Для проведения усталостных испытаний концу специального рычага сообщалось циклическое вертикальное движение от стержня, прикрепленного к равномерно вращающемуся эксцентрику. К недостатком такой машины следует отнести невозможность ее использования для испытания образцов в виде плоскоцилиндрических пластин.

Целью изобретения является создание устройства для оценки усталостной конструкционной прочности материала в процессе циклических испытаний плоскоцилиндрических образцов, материал рабочей зоны которых находится в сложном напряженно-деформированном состоянии, характеризуемом заданным значением коэффициента П - коэффициента жесткости вида НДС.

Поставленная цель достигается тем, что испытуемый образец нагружают силой от сжатой до заданного значения пружины через рычаг и пуансон сферического профиля, а циклическое изменение нагрузки осуществляют путем уменьшения реакции пружины с помощью системы вращающихся кулачков (эксцентриков).

Существо изобретения пояснено на фиг. 1, где представлена принципиальная схема устройства, создающего циклическое нагружение-разгружение испытуемого образца; на фиг. 2 - вид А на поперечное сечение по П-образной стойке 7.

Устройство для испытания пластинчатого образца на усталостную прочность имеет следующую конструкцию. На металлической платформе 1 установлена стойка 2, шарнирно соединенная с рычагом 3. Рычаг выполнен из двух параллельно расположенных пластин для повышения прочности и создания пространства для других деталей. На конце короткого плеча рычага между двух пластин шарнирно вставлен пуансон 4, оказывающий давление на пластинчатый образец 5, помещенный на полую цилиндрическую опору 6 в виде полого цилиндра со ступенчатым изменением диаметра его внутренней поверхности. На определенном расстоянии от оси рычага, определяемом из условия создания на испытываемый образец испытательного циклического усилия необходимой величины, установлена П-образная стойка с подвешенной к верхней полке пружиной 8, которая верхней стороной упирается в рычаг. Подвеска пружины выполнена в виде шпильки 9, у которой снизу приварен фланец 10 для посадки пружины, а верхнее резьбовое окончание служит для создания необходимого предварительного сжатия пружины с помощью гайки 11. Шпилька подвески проходит между пластин рычага и выходит через отверстие на верхней полке П-образной стойки. Концевая часть длинного плеча содержит опорный ролик 12, который контактирует с одним из эксцентриков 13. Для вращения эксцентриков их ось с помощью муфты соединена с регулируемым электроприводом, в качестве которого может быть использован стандартный мотор-редуктор (на схеме не показан).

При испытании образец укладывается на опорный полый цилиндр 6 со ступенчато изменяющимся внутренним диаметром. При этом цилиндрическая пластина-образец имеет наружный диаметр равный по величине внутреннему диаметру большей величины полой цилиндрической опоры 6, создавая при этом возможность опирания испытываемого образца на внутреннюю ступень полого цилиндра в зоне в зоне ступенчатого изменения его внутреннего диаметра. С помощью гайки 11 предварительно создается сжатие пружины 8, которое передается через рычаг 3 и пуансон 4 на образец 5, создавая расчетную нагрузку на испытываемый образец. При этом в образце создается сложное напряженное состояние с заданной характеристикой вида НДС, возникающего под воздействием испытательного усилия. В процессе своего вращения эксцентрик 13 позволяет при нажатии на опорный ролик 12 частично уменьшить или полностью снять усилие, действующее на образец. Величина усилия, действующего в процессе испытаний, при этом может регистрироваться с помощью специальной тензометрической системы, фиксирующей величины деформаций и, соответственно, усилий, передаваемых на образец рычагом 3. Один цикл действия испытательной нагрузки на образец соответствует при этом одному обороту эксцентрика 13. После проведения определенного числа циклов нагружения в процессе испытаний проводится неразрушающий контроль образца для выявления появляющихся усталостных трещин в его рабочей зоне.

Список цитируемых документов:

1. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты конструкций на прочность и долговечность. Справочник. - М.: Машиностроение. - 1981. - 272 с.

2. Вансович, К.А. Экспериментальное изучение скорости роста поверхностных трещин в алюминиевом сплаве АК-6 и в стали 20 при двухосном нагружении / К.А. Вансович, В.И. Ядров // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2013. - Том 15, №4(2). - С. 436-438.

3. Смирнов-Аляев Г.А. Механические основы пластической обработки металлов. Инженерные методы расчета. - Л.: Машиностроение. - 1968. - 272 с.

4. Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. В двух частях. Часть 1. Критерии прочности и ресурса. - Новосибирск. «Наука». 2005 г. 494 с.

5. Патент на изобретение №2360227, G01N 3/08. Образец для оценки прочности материала при сложном напряженном состоянии / Цвик Л.Б., Черепанов А.П., Пыхалов А.А. и др.; опубликован: 27.01.2009; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский государственный университет путей сообщения» (РФ).

6. Патент на полезную модель №176972 Российская Федерация, МПК G01M 13/00. Устройство для двухосных испытаний крестообразных образцов / К.А. Вансович, В.И. Ядров; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет» (РФ).

7. Зеньков Е.В., Цвик Л.Б., Пыхалов А.А. Дискретное моделирование напряженно-деформированного состояния плоскоцилиндрических образцов с концентраторами напряжений в виде канавок. - Вестник ИрГТУ. - 2011 г., №7. С. 64-69.

8. Патент №2418284, G01N 3/12 Российская Федерация, МПК. Способ испытания пластинчатого образца на усталостную прочность и устройство для его осуществления / Цвик Л.Б., Черепанов А.П., Храменок М.А. и др.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения» (ОАО ИркускНИИхиммаш) (РФ)

9. Тимошенко СП. История науки о сопротивлении материалов. - М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы. - 1957 г. 534 с.

Устройство для испытания пластинчатого образца на усталостную прочность, содержащее металлическую платформу, на которой установлена стойка, шарнирно соединенная с рычагом, толкатель, нагружающий образец циклически изменяющейся нагрузкой, подпружиненный рычаг, передающий на испытываемый образец циклически изменяющееся испытательное усилие, создаваемое в процессе испытания предварительно сжатой пружиной, двигатель, вращающий вал, на котором размещен вращающийся эксцентрик, периодически сжимающий пружину, передающую нагрузку на рычаг, и опору, на которой размещается испытываемый образец, отличающееся тем, что опора для испытываемого образца выполнена в виде полого цилиндра со ступенчато изменяющимся внутренним радиусом.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к области измерения, в части определения физических свойств материалов, и может быть использовано преимущественно для определения упругих и диссипативных постоянных полимерных композиционных материалов (ПКМ) неразрушающим способом в любых отраслях промышленности.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к маятниковым копрам. Маятниковый копер содержит станину, размещенные на ней маятник в виде жесткой штанги, один конец которой шарнирно соединен поворотной платформой со станиной, упругий элемент, консольно закрепленный на другом конце штанги, груз, установленный на свободном конце упругого элемента, захват для образца, закрепленный на станине, и электромагнитный замок для взаимодействия со штангой.

Изобретение относится к области физико-механических испытаний древесины при ее скалывании вдоль волокон и может быть использовано при проведении исследований древесины.

Изобретение относится к области лавиноведения, а именно к способам проведения регулярного мониторинга метрических, объемно-массовых и механических параметров снежного покрова для определения состояния его устойчивости на склоне и разработки на основе этой информации локальных прогнозов лавинной опасности в целях предупредительного спуска снежных лавин.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Маятниковый копер содержит основание, установленные на ней маятник с грузом и закрепленный на маятнике захват образца, платформу, ось вращения которой совпадает с осью качания маятника, фиксатор для соединения платформы с осью маятника, привод вращения платформы и упор, расположенный на основании.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Устройство для испытания образцов материалов при многократном возбуждении затухающих колебаний содержит основание, установленные на нем активный и пассивный захваты для образца, траверсу для закрепления активного захвата, траверсу для закрепления пассивного захвата, фиксаторы траверс на основании, упругий элемент, соединенный с траверсой для закрепления активного захвата, груз, соединенный с упругим элементом, шарнирный двухзвенник, одно звено которого выполнено с возможностью взаимодействия с грузом, и два толкателя для поворота звеньев двухзвенника.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в строительстве при расчете ограждающих конструкций зданий. Способ заключается в том, что в исследуемом месте ограждающей конструкции на всю глубину кирпичной кладки отбирают два керна, первый керн отбирают по центру ложковой стороны наружного ряда кирпичей, второй керн отбирают так, чтобы слой раствора находился в центре керна.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд содержит основание, установленные на нем разгонное устройство, включающее вал с приводом вращения, маховик, установленный на валу, штанги по количеству точек нагружения образца с ударниками для взаимодействия с образцом, установленные с возможностью изменения положения по длине вала, приспособления для создания фрикционного взаимодействия штанг с маховиком, приспособления для возврата штанг в исходное положение и устройство для размещения образца, выполненное с обеспечением взаимодействия образца с ударниками.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для усталостных испытаний образцов материалов на ударный изгиб и изгиб с кручением при сложном цикле нагружения, и может быть применено в заводской и исследовательской лабораториях.

Изобретение относится к испытательной технике и применяется при исследованиях влияния массовых сил на энергообмен при деформировании и разрушении материалов и изделий.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки конструкционной прочности материалов. Устройство содержит металлическую платформу, на которой установлена стойка, шарнирно соединенная с рычагом, толкатель, нагружающий образец циклически изменяющейся нагрузкой, подпружиненный рычаг, передающий на испытываемый образец циклически изменяющееся испытательное усилие, создаваемое в процессе испытания предварительно сжатой пружиной, двигатель, вращающий вал, на котором размещен вращающийся эксцентрик, периодически сжимающий пружину, передающую нагрузку на рычаг, и опору, на которой размещается испытываемый образец. Опора для испытываемого образца выполнена в виде полого цилиндра со ступенчато изменяющимся внутренним радиусом. Технический результат: возможность оценки усталостной конструкционной прочности материала в процессе циклических испытаний плоскоцилиндрических образцов, материал рабочей зоны которых находится в сложном напряженно-деформированном состоянии, характеризуемом заданным значением коэффициента П - коэффициента жесткости вида НДС. 2 ил.

Наверх