Устройство для испытания материалов на вязкость разрушения

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ВЯЗКОСТЬ РАЗРУШЕ НИЯ, содержащее две автономные гидравлические системы нагружения с двумя параллельно расположенными гидроцилиндрами и связанные с последними пальцы для приложения нагрузки к плоскому образцу материала с боковым надрезом, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения создаваемых видов напряженного состояния и уменьшения металлоемкости, гидроцилиндры выполнены двойного действия и установлены так, что рабочие части их штоков направлены навстречу друг к Другу, крышка корпуса каждого гидроцилиндра со стороны рабочей части штока выполнена в виде плоской рамы, в которой разме1цена рабочая часть штока, и шарнирно соединена с концом одного пальца, а другой конец этого пальца шарнирно соединен с рабочей частью штока другого гидроцилиндра. 3-8f; W /2 /# / /// N

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU 1145270 д() С 01 N 3/10, 3/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2637029/25-28 (22) 22.06.78 (46) 15.03.85. Бюл. и 10 (72) А.В. Швецов, В.В. Цой, Д.М. Шур, В.В. Соболев, А.А. Софронов и А.И. Федосов (7 1) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения

"ЦНИИТмаш" (53) 620.1.052.5 (088.8) (56) 1. Свенсон С. Влияние .инерционности испытательной машины на истинность значений вязкости разрушения. — В кн.: Вязкость разрушения высокопрочных материалов, M., "Металлургия", 1973, с. 47-55.

2. Шапиро Г.И,, Ягуст В.И. Способ нагружения образца при испытаниях на вязкость разрушения. — "Физико-химическая механика материалов", 1976, Р б, с, 37-38 (прототип) . (54)(57) 1. YCTPOACTBO gJM HCIIIITAНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ВЯЗКОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ, содержащее две автономные гидравлические системы нагружения с двумя параллельно расположенными гидроцилиндрами и связанные с последнимн пальцы для приложения нагрузки к плоскому образцу материала с боковым надрезом, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возмояатостей за счет увеличения создаваемых видов напряженного состояния и уменьшения металлоемкости, гидроцилиндры выполнены двойного действия и установлены так, что рабочие части их штоков направлены навстречу друг к другу, крышка корпуса каждого гидроцилиндра со стороны рабочей части штока выполнена в виде плоской рамы, в которой размещена рабочая часть штока, и шарнирно соединена с концом одного пальца, а другой конец этого пальца шарнирно соединен с рабочей частью штока другого гидроцилиндра.

1145270

15

25, 2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что,с целью проведения испытаний в жестком режиме нагружения, в каждом из гидроцилиндров установлены регулируемые ограничители хода его штока.

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к устройствам для испытания материалов на вязкость разрушения.

Известно устройство для испытания материалов на вязкость разрушения, содержащее гиправлическую систему нагружения и пальцы для приложения нагрузки образцу с боковым надрезом 1.1 ).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для испытания материалов на вязкость разрушения, содержащее две автономные гидравлические системы нагружения с двумя параллельно расположенными гидроцилиндрами и связанные с последними пальцы для приложения нагрузки к плоскому образцу материала с боковым надрезом. Б этом устройстве связь гидроцилиндров одностороннего действия, устанавливаемых по обе стороны от образца, с пальцами осуществлена посредством траверс и тяг (2).

Использование двух автономных систем нагружения позволяет корректировать фронт распространения трещины в образце. Однако общими недостатками известных устройств являются ограниченные функциональные воэможности в части создания различных видов напряженного состояния 35 образца и значительная металлоемкость., обусловленная тем, что,испытательные нагрузки воспринимаются

: опорными конструкциями.

Цель изобретения — расширение 40 функциональных возможностей устройства за счет увеличения создаваемых видов напряженного состояния образца и уменьшение металлоемкости.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т( л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения регистрации величины ( раскрытия трещины в образце, оно снабжено датчиками перемещения штоков гидроцилиндров., 2

Поставленная цел достигается тем, что в устройстве для испытания

1 материалов на вязкость разрушения, содержащем две автономные гидравлические системы нагр жения с двумя параллельно расположенными гидроцилиндрами и связанны с последними пальцы для приложения нагрузки к плоскому образцу ма ериала с боковым надрезом, гидропилиндры выполнены двойного действия и установлены так, что рабочие части их штоков направлены навстречу друг другу, крышка корпуса каждого гидроцилиндра ( со стороны рабочей части штока вы( полнена в виде плоской рамы, в которой размещена .рабочая часть штока, и шарнирно соединена с концом одного пальца, а другой ко ец этого пальца шарнирно соединен с рабочей частью штока другого гидроцилиндра.

При использований гидроцилиндров двойного действ я и указанном выше расположении и соединении

1 элементов.устройствф к разным граням образца могут прикладываться как сжимающие, так и растягивающие

1 усилия одинаковой идти разной величины, постоянные, пульсирующие !

1 или знакопеременные что позволяет варьировать вид нап яженного состояния образца. Кроме ого, гидроцилиндры образуют с о разцом замкнутый силовой контур, что исключает необходимость в силовой раме, вследствие чего снижается металлоемкость.

Для проведения испытания в жестком режиме нагруженйя в каждом из гидроцилиндров уста овлены регулируемые ограничители хода его штока..

Для упрощения регистрации величины раскрытия трещнны в образце

1 устройство снабжено датчиками перемещения штоков гидроцилиндров.

3 1.145

На фиг. t изображено предлагаемое устройство, вид сбоку; на фиг.? то же, вид в плане; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2; на фиг.4— установка датчика перемещения штока гидроцилиндра; на фиг.5 — испытуемый образец .и схема приложения усилий при различных видах нагружения образца.

Пульсирующих нагрузок к одной грани образца и знакопеременных нагрузок к другой грани образца,например к грани а прикладываются силы Р14 О и Р= О, а к грани Ь— силы Р> ФО, Р= О, Р> 4 О. Р. этом случае имеем сложное нагружение образца.

- Пульсирующих нагрузок к одной грани образца и знакопостоянных нагрузок к другой грани образца,например к грани а прикладываются сипы Р ФО и Р= О, а к грани Ъ

Устройство содержит две автономные гидравлические системы нагружения (источники питания и элементы управления этих схем не изображены) с параллельно расположенными гидроцилиндрами 1 и 2 двойного 15 действия, расположенными так, что рабочие части 3 их штоков направлены навстречу друг к другу, и пальцы 4 и 5 для приложения нагрузки к размещенному между гидроцилиндрами и 2 плоскому образцу 6 материала, имеющему боковой надрез 7. Один конец пальца 4 или 5 шарнирно соединен с крышкой 8 корпуса 9 одного из гидроцилиндров 1 или 2, выполненной в виде плоской рамы, в которой размещена рабочая часть 3 штока, а другой конец этого пальца шарнирно соединен с рабочей частью штока другого гидроцилиндра (соответ- 30 ственно 2 или 1) . Второй конец второго пальца 5 или 4 соединяется с крышкой корпуса другого гидроци| линдра 2 или 1, а первый конец второго пальца 5 или 4 — с .рабочей 35 частью штока гидроцилиндра 1 нли 2.

Для выборки зазоров в силовой цепи предусмотрены клиновые вставки 10.

Каждый из гидроцилиндров 1 и 2 имеет также заднюю крышку 1f в которой 40 размещены хвостовик 12 штока и регулируемые ограничители хода штока в виде навинченных на хвостовик гаек 13 и 14, между которыми и внутренними торцами задней крышки устанавливаются зазоры S и 5 соответственно. Упомянутые ограничители хода штока служат для задания абсолютных деформаций образцов при испытании в жестком режиме нагружения. 50

Рабочие полости 15 и 16 каждого гидроцилиндра 1 и 2 для снижения потерь на трение и утечек уплотнены, мембранами 17 и 18. Для измерения величины раскрытий трещины 6 служит 55 . датчик перемещения штока, выполненный в виде тензобалочки 19, консоль, но прикрепленный к крышке 8 с по270 ф мощью шпильки 20 и гаек 21, и регулировочного винта 22, вводимого в беззазорный контакт с кольцом 23, закрепленным на рабочей части штока.

Для визуального контроля величины раскрытия трещины имеется индикатор

24 часового типа, а для измерения усилия, действующего на образец 6, на рабочую часть штока наклеен тензорезистор 25.

Устройство работает следующем образом.

При выращивании в образце трещины усталости — симметричной формы при определении вязкости разрушения и любой формы при определении трещиностойкости — масло под давлением подается постоянно или периодически в оба гидроцилиндра одновременно в разноименные либо одноименные полости 15(16). В зависимости от поставленной задачи и от результатов контроля эа развитием трещины регулируется работа системы нагружения, а следовательно, и характер нагружения образца путем приложения сле1 дующих нагрузок (фиг. 5) °

Равных пульсирующих нагрузок одно;

ro знака одновременно к обоим граням образца, например к грани а приклад.ываются силы Р„Ф О и Р= О и одновременно к грани Ъ вЂ” также силы

Р„ Ф 0 и P = О. В этом случае имеем симметричное пульсирующее нагружение образца.

Знакопеременных нагрузок одного знака к обоим граням образца, например к грани с прикладываются силы Р = 0 и Р„CO, затем Р= 0 и

Р„ 40, одновременно к грани Ь прикла- . дываются силы Р = О и Р ФО, затем

Я имеем несимметричное, а при Р = Р

Р1 =" — симметричное нагружение образца.

1145? 70

Фиг. 2 силы (p„. + Р ) 4 О. В этом случае также имеем сложное нагружение образца.

Пульсирующих нагрузок одного знака к одной грани образца и пульсирующих нагрузок противоположного знака к другой грани образца, например к грани с прикладываются силы P„ = О и Р = О, одновременно

/ ° к грани - Ъ вЂ” силы Р= 0 и Р„Ф О.

В этом случае имеем пульсирующее скручивание образца.

Знакопеременных нагрузок разного знака одновременно к обоим граням образца, например к грани с прикладываются силы P„4 О, P = 0 и

Ф„= О, а к грани Ь- силы Р Ф О, Р О и Р Ф О. В этом случае ймеем знакопеременное скручивающее нагружение образца при P = Р„=Р и

1 I сложное нагружение при Р„ P„4 P2 .

Статических нагрузок одного знака либо равных знаков одновременно к обоим граням образца, например к грани ct прикладываются силы, равные Р О, а к грани > — силы, равные Р 4 О, либо к грани м прикладываются силы, равные Р Ф 0,1 а к грани Ь - силы (Р„ + Р )ФО.

В этом случае имеем статическое нагружение образца.

Технико-экономическая эффектив5 ность изобретения об ууславпивается ( тем, что устройство не имеет фундаментов и состоит из узлов, которые легко монтируются, а также транспортируются, поэтому оно мобильно и может быть использовано в любых ripoизводственных условиях. Компактность устройства при болях развиваемых усилиях обеспечивает высокий коэффициент использования металлоемкости. Устройство является универсальным, так как оно (как и стационарные испытательные ма пины) может

1 .обеспечить и "мягкое" и "жесткое" ( нагружение. Кроме того, устройство

1 обеспечивает уникальную возможность проведения управляемого процесса выращивания симметричных трещин усталости, что резко уменьшает разброс показаний при определении вязкости разрушения исследуемого материала. Последнее гарантирует получение более точн пс значений вязкости разрушения 4а меньшем (,соличестве образцов.

1145270

1145270

Составитель В. Шехтер

Техред С.йовжий Корректор И. Мейи

Редактор И., Петрова

Заказ 1163/32

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ( по делам изобретений и открытий, 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4