Стенд для сравнительных усталостных испытаний образцов материалов и элементов конструкций
СТЕНД ДЛЯ СРАВНИТЕЛЬНЫХ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ, содержащий основание, силовозбудитель в виде, гадропульсационного домкрата, симметрично установленные относительно последнего захваты для крепления испытуемых образцов и устройство для передачи нагрузки на образцы и замыкания силовой цепи при разрушений . одного КЗ образцов, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности . испытаний за счет предотвращения перераспределения нагрузки при появлении трещины и разрушении одного из образцов, цилиндр гидролульсационного домкрата установлен с возможностью осевого перемещения, а устройство для передачи нагрузки на образцы и замыкания силовой цепи при разрушении одного из образцов включает два обращенных друг к другу вершинами клина, через один из которых захват одного из образцов соединен с инпиндром гидропульсационного домкрата, а через другой соответствующий захват другого образца-с поршнем домкрата, два параллельно . установленных на станине подпружиненных (Л друг. к другу равноплечих рычага, между которыми параллельно им установлены домкрат и клинья, и установленные на рь чагах, ролики, взаимодействующиес наклонными поверхностями клиньев.
„„Я0„„1010510 Д
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ЗЦ11 601 и 3/36
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИг1 : !
К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Я 70 1717 1Р д 7
М р, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3318450/25 — 28 (22) 07.07.81 (46) 07.04.83. Бюл. У 13 (72) И. В. Шаповал и А. Е.Иваненко (53) 620.178.3 (088.8) ) (56) 1. Школьник Л. М. Методика усталостных испытаний. Справочник, М., "Металлургия", .1978, с. 115 — 116.
2. Тябликов 10. Е, Колачев А. М. О проведении испытаний на усталость полуфабрикатов из проката.— "Заводская лаборатория*, 1975, И 3, с. 351 — 355 (прототип).
/ (54) (57) СТЕНД ДЛЯ СРАВНИТЕЛЬНЫХ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ, содержащий основание, силовозбудитель в виде. гидропульсацнонного домкрата, симметрично. установленные относительно последнего захваты для крепления испытуемых образцов и устройство для передачи нагрузки на обраэцы и замыкания силовой цепи при разрушений одного иэ образцов, о т л и ча ющийс я тем, что, с целью повышения точности. испытаний за счет предотвращения перераспределения нагрузки при появлении трещины и раз. рушении одного из образцов, цилиндр гидропульсационного домкрата установлен с воэможностью осевого перемещения, а устройство дшг передачи нагрузки на образцы и замыкания силовой цепи при разрушении одного из образцов включает два обращенных друг к другу вершинами клина, через один из которых захват одного из образцов соединен с цилиндром гидропульсационного домкрата, а -через другой соответствующий захват другого образца — с поршнем домкрата, два параллельно установленных на станине подпружиненных Е друг. к другу равноплечих рычага, между которыми параллельно им установлены домкрат и клинья, и установленные на рычагах. ролики, / взаимодействующие с наклонными поверхностями клиньев.
10105
1
Изобретение относится к определению прочностных свойств материалов, в частности к устройствам для сравнительных усталостных испытаний образцов материалов и элементов конструкций. 3
Известен стенд сравнительных усгалостных испытаний образцов материалов, содержащий основание, приспособление для соединения испытуемых образцов в две параллельные силовые:
I цепочки и соединенный с ними силовоэбуди- . . тель (1) .
Недостаток устройства заключается в том, что оно не обеспечивает достаточной точности нагружения из-за неравномерностей нагружения, возникающих при разрушении одного или нескольких образцов. Кроме этого, при разрушении одною или нескольких%бразцов возможны перегрузки других образцов, которые могут привести к большому разбросу в определении усталостных характеристик.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является стенд для сравнительных усталостных испытаний образцов материалов и элементов конструкций, содержащий основание, силовозбудитель в виде гидропульсационного домкрата, симметриЧно утановленные относительно последнего захваты для крепления испьпуемых образцов и устройство для передачи нагрузки на образцы и замыкания силовой цепи при разрушении 1 30 одного. из образцов. Последнее в этом стенде включает плиту с установленными в ней ограничительными тягами, снабженными прокладками, зазоры в которых. настраиваются так, что при разрушении одного из образцов стенд отключается (2) .
Недостатком стенда является то, что в нем весьма затруднительным является обеспечение идентичных условий установки и нагружения образцов, так как при разрушении одного из них возможна перегрузка другого.
Это, как известно, может повлиять на установ-. ление ресурса испытываемой детали, который может оказаться ниже или выше ожидаемого.
Например, может возникать упрочнение материала в зонах конструкции напряжений при ударной нагрузке, что приведет к многократному увеличению ресурса детали. Перегрузки вследствие разрушения одного из образцов могут также привести к преждевременному разрушению оставшегося целым образца, кото$0 рый, например, имеет незначительные модификации или какие-либо другие технологические методы обработки, влияющие на ресурс, Другими словами, такой стенд не обеспечивает достаточной точности и качества эксперимента, будет давать большой разброс результатов испы1аний. К существенным недостаткам следует отнесчи и снижение точности нагружения
10 2 при появлении в одном из образцов трещин, . которые способствуют увеличению деформа.ций или прогибов образца, тогда как в другом образце эти прогибы будут другими. Нагружение этих образцов в этом случае будет неправильным из-за нарушения симметрии силовой схемы нагружения образцов, что также приводит к получению большого разброса данных испытаний. Предотвращение ударных нагрузок при испытании нескольких образцов одновременно с помощью установки сигнализаторов разрушений не всегда будет давать положительный эффект, потому что, как правило, критическая длина трещины, при которой происходит разрушение, и соответствующее ей число циклов, неизвестны, и момент разрушения предварительно установить невозможно. После достижения трещиной критической длины произойдет разрушение одного из образцов, и в системе нагружения возникнет удар, вносящий изменение в структуру материала, характер, излома и т. д., которые влияют на усталостную прочность, Целью изобретения является повышение точности испытаний эа счет предотвращения . перераспределения нагрузки при появлении трещины и разрушении одного из одновременно испытуемых образцов.
Указанная цель достигается тем, что в стенде для сравнительных усталостных испытаний образцов материалов и элементов конструкций, содержащем основание, силовозбудитель в виде гидропульсационного домкрата, симметрично установленные относительно последнего захваты для крепления испытуемых образцов и устройство для передачи нагрузки на образцы и замыкания силовой цепи при разрушении одного из образцов, цилиндр гидропульсационного домкрата установлен с возможностью осевого перемещения, а устройство для передачи нагрузки на образцы и замыкания силовой цепи при разрушении одного из образцов включает два обращенных друг к другу вершинами клина, через один из которых захват одного иэ образцов соединен с цилиндром гидропульсационного домкрата, а через другой соответствующий захват другого образца— с поршнем домкрата, два параллельно установленных на станине подпружиненных друг другу равноплечих рычага, между которыми параллельно им установлены домкрат и клинья, и установленные на рычагах ролики, взаимодействующие с наклонными поверхностями клиньев.
На фиг. 1 показана принципиальная схема стенда; на фиг, 2 — конструктивная схема стенда; на фиг. 3 — схема, иллюстрирующая взаимодействие клйна и роликов рычагов; на фиг.4 — сечение А-А на фиг. 2; на фнг. 5 - вид Ь
0510 .
3 101 на фиг. 2; на фиг. Ь вЂ” блок-схема автоматического управления стендом.
Стенд содержит основание 1, на котором консольно установлены испытуемые образцы
2 и 3 (на чертежах изображены образцы кронштейнов закрылка самолета), свободные концы которых закреплены в захватах 4 и 5, стойку 6, силовозбудитель в виде гидропульса- ционного домкрата, включающий имеющие возможность осевого перемещения поршень 7 и цилиндр 8, устройство для передачи нагрузки на образцы 2 и 3 и замыкания силовой цепи при разрушении образцов. Последнее устройство включает два обращенных друг к другу клина 9 и 10, из которых клин 9 через динамометр 11 соединяет захват 4 с поршнем
7 гидропульсационного домкрата, а клин 10, связанный через шарнирную подвеску 12 с цилиндром 8, соединяет через динамометр 13 . захват 5 с цилиндром 8; два параллельно установленных на основании 1 посредством стойки 6 равноплечих рычага 14 и 15, подпружиненных друг к другу, между которыми параллельно им установлены гидропульсационный домкрат и клинья 9 и 10; установленные на рычагах ролики 16 и 17, взаимодействующие с с наклонными поверхностями клиньев 9 и 10 соответственно. Каждый из захватов 4 и 5 имеет продольный паз 18, в котором установлен палец 19. Соединение захватов 4 и 5 с динамометрами ll и 13 осуществлено посредством сферических шарниров 20 и 21. Рычаги
14 и 15 соединены со стойкой 6 шарнирами
22. Подтружинивание рычагов 14 и 15 и выборка люфтов в описываемом устройстве осуществлены с помощью рессор 23 и 24, закрепленных средней частью на концах рычагов
14 и 15. Концы рессор 23 и 24 соединены между собой шпильками 25. Для предотвращения поворота рессор 23 и 24 относительно средней точки рессоры хотя бы одного рычага 14, 15 соединены с ним упругими стяжками . 26. Для автоматического управления работой стенда он оснащен датчиками 27 и 28 перегру-. зок по давлению, подключенными к правой и левой (по, чертежу) полостям цилиндра 8 . аналоговым автоматом 29 управления, к которому подключены динамометры 11 и 13, гидравлическим блоком 30 и электроуправляемым краном 31.
Стенд работает следующим образом.
Перед началом работы с помощью шпилек
25 устанавливают предварительное обжатие рессор 23 и 24, следовательно, рычагов 14 и
15 и роликов 16 и 17, позволяющее устранить люфты в соединениях. Так как предваритель.ное обжатие создает усилие, направленное к образцам 2 и 3, его можно компенсировать подачей. некоторого исходного давления жид, кости в левую или правую от поршня 7 полость цилиндра 8. После установки предварительного одинакового обжатия рычагов 14 и
15 и сравнения аналоговым автоматом 29 электрических исхолиых сигналов от динамометров 11 и 13 и датчиков 27 и 28, автомат
29 управления выдает сигнал на гидравлический блок 30 управления и кран 31, и жид; кость под давлением поступает в правую по10 лость цилиндра 8, создавая усилия в образцах
2 и 3. При этом усилие от поршня 7 передается на наклонные поверхности клина 9, воздействуя таким образом на ролики 16, которые вызывают упругие деформации рычагов 14 и
15 15, рессор 23 и 4 и шпилек 25, обеспечивая перекатывание и подьем роликов 16. Часть ус»лия передается далее через динамометр 11 иа образец 2, обеспечивая его нагружение. Аналогичным образом нагружается. образец 3.
20 После достижения заданной нагрузки дина« мометры 11 и 13 выдают электрический сигиы, . пропорциональный этой нагрузке, на аналоговый автомат 29 управления, который подает сигнал на гидравлический блок 30 управления
25. и открывает слив Н3 правой полости через кран 31 (который постоянно открыт на слив при нормальной работе стенда), и открывает подачу давления в левую полость, обеспечивая разгрузку образцов 2 и 3 до нуля. Взаимодей
i ствие деталей при этом происходит в обратной порядке.
Рассмотрим случай, когда, например, в одном из испытуемых образцов, например в
3, возникает усталостнов повреждение, которое
35 приводит к уменьшению жесткости этого обраФца и, следовательно, к увеличению прогиба д, тогда как в целом образце 2 прогиб будет меньше. При этом усилие, передаваемое на об;
I разец 3, уменьшится, а усилие Р„, нормальноФ
4О к поверхностям клина 10, и, следовательно, горизонтальная составляющая Р., возрастут, причем сумма горизонтальных составляющих будет направлена в противоположную силе P
0 сторону. Увеличенная вследствие нарушения
45 равновесия сила P „через равноплечие рычаги 14 и 15 передается на ролики 16, которые
1 воздействуют на наклонные поверхности клина
9, создавая при этом горизонтальные составля-..
I ющие, которые будут, соответственно, увелич»1 ваться и направляться противоположно силе Р, вызывая ее уменьшение до величины силы Ро, действующей на образец 3.
Таким образом, достигается выполнение цикла нагружения образцов 2 и 3 в одинако
55 вых условиях. Кроме того, благодаря наличию пазов 18 в захватах 4» 5, исключаются отри цательные перегрузки на образцы 2 и 3, например, при разгрузке или обратном ударе..
5 10105
Этим также обеспечивается уменьшение разброса результатов испытаний.
Сохранение одинаковых условий испытаний при разрушении одного из образцов будет происходить следующим образом. При появлении трещины будет увеличиваться прогиб сГ0, однако од гвременно с этим будет увеличиваться и "готовность" погасить удар, так как при увеличении с(0 увеличивается и псремещение роликов 16, 17 и, следовательно, общая деформация Ь рычагов 14 и 15, вследствие. чего сила Р -, направленная в противоположную силе РО сторону, теперь будет существенно превышать силу Po.
При наиболее неблагоприятном случае, когда разрушение одного из образцов 2 или 3 произойдет в момент максимальной нагрузки Р, О происходит практически мгновенный сброс нагрузки РО. В описываемом стенде нагрузка
РО, вследствие отсутствия зазоров и люфтов, в момент разрушения передается через клин 9 или 10 на ролики 16 или 17 и через них —,на рычаги 14, 15 и рессоры 23, 24 со шпильками
25, вде она гасится и воспринимается стойкой 6. Кроме того, в момент разрушения также будет возрастать и усилие P на клин со
Г стороны противоположной разрушению, Маправ ленное также в сторону удара. Это усилие,парируется тем, что в момент разрушения в правой полости цилиндра 8 происходит резкое 30 повышение давления, которое фиксируется датчиком 27, сигнал от которого поступает на аналоговый автомат 29 управления, при этом с помощью крана 31 перекрывается слив жидкости из этой полости, вследствие чего ограни З 35 чивается перемещение с деталей силовой цепи . в сторону целого образца и усилие замыкается на клине 10, рычагах 14 и 15 и стойке 6.
10 6
Получаемое таким образом гашение удара позволяет повысить качество и точность эксперимента, так как исключаются нежелательные ударные отрицательные перегрузки, влияющие на ресурс образца, характер излома и т. д.
Кроме этого, обеспечивается возможность одновременного испытания двух или больше образцов, причем при разрушении одного из образцов можно продолжить испытания оставшегося образца.
Это достигается тем, что, например, в случае разрушения образца 3, реакция от нагрузки на образец 2 будет восприниматься роликами
16 и 17, контактирующими с наклонными поверхностями клиньев 9 и 10 и создающими уравновешивающую нагрузку Р,равную гори зонтальным составляющим 2Р . При этом
Г ролики 16 и 17 будут перемещаться по наклонным поверхностям клиньев 9 и 10 и создавать вертикальную составляющую Р, которая воспринимается рычагами 14 и 15, рессорами 23 и 24 и шпильками 25, в результате чего в них создаются упругие деформации.
Горизонтальная составляющая 2Р г. воспринимается стойкой 6 через рычаги 14 и 15, закрепленные .на ней.
Предлагаемый стенд в техническом отношении позволяет повысить качество и точность эксперимента за счет уменьшения разброса результатов испытаний, испытывать два образца одновременно, исключая перегрузки при разрушении одного из образцов, а в экономическом отношении — снизить затраты на эксперимент путем уменьшения количества образцов для испытаний и сокращения времени испытаний.
1010510
4-А
Составитель О. Алексеев
Техред С. Мигунова
Редактор Н. Егорова
Корректор С. Шекмар
Подписное
Филиал 11ПП "Патент", г. Ужгород, ул.,Проектная, 4
Заказ 2474/32 Тираж 871
В11ИИПИ Государственного комитета СССР и> делам изобретений и открыпй
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
