Способ испытания образца при трехосном растяжении

 

Изобретение касается испытаний материалов на прочность. Целью изобретения является повышение точности испытаний цилиндрического образца на трехосное растяжение . Накладки для торцов образца 1 выполняют в виде диска 3, диаметр которого больше диаметра образца, пару накладок 2 для боковой поверхности образца выполняют в виде одинаковых колец толщиной у отверстия, равной половине высоты образца и с утолщением по периметру, в процессе прикрепления «акладок к образцу осуществляют сопряжение дисков 3 и колец 2 по выступающим поверхностям дисков 3, а растягивающие усилия прикладывают вдоль оси образца по периметру упомянутых колец , 1 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 3/08

Г СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

В ДОМСТВО СССР (Г CllATEHT СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4838955/28 (2 ) 12.06.90 (4Р) 15.02.93, Бюл.М 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский ийститут экспериментальной физики (72) Н.А, Гнитий (56) Писаренко Г.С., Лебедев А,А. Деформир вание и прочность материалов при сложнфм напряженном состоянии, Киев, Наукова думка, 1976, с.242, Писаренко Г.С., Лебедев А.А. Деформирование и прочность материалов при сложн м напряжении состоянии, Киев. Наукова думка, 1976, с,219. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦА ПРИ

ТРЕХОСНОМ РАСТЯЖЕНИИ

» Ы 1795340 А1 (57) Изобретение касается испытаний материалов на прочность, Целью изобретения является повышение точности испытаний цилиндрического образца на трехосное растяжение. Накладки для торцов образца 1 выполняют в виде диска 3, диаметр которого больше диаметра образца, пару накладок 2 для боковой поверхности образца выполняют в виде одинаковых колец толщиной у отверстия, равной половине высоты образца и с утолщением по периметру, в процессе прикрепления накладок к образцу осуществляют сопряжение дисков 3 и колец 2 по выступающим поверхностям дисков 3, а растягивающие усилия прикладывают вдоль оси образца по периметру упомянутых колец, 1 ил.

1795340

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, в частности к испытаниям образцов при трехосном растяжении.

Известен способ испытаний материалов на трехосное растяжение с применением образца круглого сечение с круговой выточкой в рабочей части. По данному способу напряженное состояние в окрестности выточки круглого образца можно изменять от линейного до объемного за счет увеличения глубины выточки при постоянном диаметре, а величину местного повышения напряжений (коэффициент концентрации и градиент напряжений) — за счет радиуса устья выточки.

Существенным недостатком указанного образца является то, что распределение осевых напряжений по его поперечному сечению в рабочей части в процессе нагружения существенно неоднородна (по краям намного выше, чем в середине), причем, в процессе нагружения происходит перераспределение напряжений по сечению (область с максимальными напряжениями перемещается вглубь сечения).

Анализ напря>кенного и деформированного состояния круглых образцов с выточкой затруднен, что связано с трудностью разделения осевой и поперечных составляющих нагрузки в рабочей части.

Все это снижает точность испытаний.

К недостаткам следует также отнести: — ограниченный диапазон соотношений напряжений по осям деформирования, не превышающий ориентировочно 0,5 (по соотношению напряжения в поперечном направлении к продольному) связанный с тем, что растяжение рабочей части в поперечных направлениях происходит только за счет того, что поперечная деформация в нем сдерживается утолщенной частью образца; — ограниченное применение образца связано с трудностью изготовления или более высокой стоимостью испытаний образца такой формы из отдельных материалов, например, взрывчатых.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ испытаний с использованием образца Вельтера для испытаний металлов на трехосное растяжение.

Для испытаний по данному способу используется образец в форме кубика, имеющий придатки для приложения растягивающих усилий.

Недостатком этого образца является низкая точность испытаний, обусловленная тем, что при его нагружснии по ребрам кубика возникает концентрация напряжений, искажающая однородность его напряжен, нога состояния.

Недостатком является также то, что для реализации такой схемы нагружения образ5 ца требуется сложное нагру>кающие устройство, обеспечивающее раздельное приложение нагрузки ко всем граням куба одновременно, что трудно выполнить с высокой точностью, Цепью изобретения является повышение точности испытаний.

Для достижения этой цели предлагается проводить испытания по способу состоящему в том, что используют образец в виде 5 цилиндра- с параллельными торцами, и две пары накладок, накладку для торцов образ-. ца в аиде диска, диаметр которого больше диаметра образца, а пару накладок дпя боковой поверхности образца выполняют в ви>0 де одинаковых колец толщиной у отверстия равной половине высоты образца и с утолщением по периметру, в процессе прикрепления накладок к образцу осуществляют сопряжение дисков и колец по выступаю25 щим поверхностям дисков, растягивающие усилия прикрепляют вдоль оси образца по периметру упомянутых колец.

Использование асимметричного образца (в виде цилиндра) позволяет увеличить

З0 однородность его напряженного состояния при испытаниях.

Выполнение накладок для боковой поверхности образца в виде одинаковых колец толщиной у отверстия равной половине выЗ5 соты образца и с утолщением по периметру, позволяет прикладывать к боковой поверхности образца равномерные по окружности растягивающие усилия и осуществлять их регулирование эа счет изменения диаметра колец.

Выполнение накладки для торцов в виде дисков. диаметр которого больше диаметра образца позволяет создавать в

40 образце равномерные по сечению осевые растягивающие напряжения.

Сопряжение дисков и колец по выступающим поверхностям дисков обеспечивает силовую связь между ними, что необходимо для пропорциональности осевой и попереч50 ной нагрузки.

Приложение растягивающих усилий вдоль оси образца по периметру колец позволяет производить одновременное нагружение образца поперечной и осевой нагрузкой от одного растягивающего усилия (осевого).

На чертеже приведена схема осуществления способа.

Его реализуют следующим образом. Образец испытываемого материала 1 в виде

1795340 ки; цилиндра с параллельными торцами скрепляют по боковой поверхности с накладками

2 в виде колец и накладками 3 для торцов в вИде диска, диаметр которого больше диаметра образца, и осуществляют сопряже- 5 ние дисков 3 и колец 2 по выступающим поверхностям дисков 3. Скрепление наклад к 2 и 3 с образцом 1 может быть осуществ4ено, например, склеивание, сваркой или др. способом. 10

Для фиксирования зоны разрушения в

ОЦразце, накладки 2 могут быть выполнены, например, из материала имеющего предел прочности при растяжении выше чем у материала образца и обладающего близким 15 зйачением модуля упругости к модулю упругости материала образца.

Подготовленную сборку захватывают между двух жестких осесимметричных переходников (на рис,не показаны) по пери- 20 мбтрам кольцевых накладок 2 и растягивают, например, с помощью разрывной машины, В процессе растяжения происходит осесимметричное деформирование кольцевых накладок 2 приводящее к их кру- 25 голому поперечному изгибу с одновременным двухосным растяжением поверхностей обращенных к среднему сечению образца 1.

Деформирование накладок 2 воспринимается боковой поверхностью образца 1и че- 30 реэ наьладки 3 передается íà его торцы, что пр11водит к возникновению в рабочей части образца 1 напряженного состояния с трехос11ым растяжением, Значения напряжений оцЮниваются в предложении упругого де- 35 формирования материалов следующим образом:

P (ò1 = —, Kf

3Р 1 40

023 (— (1 p) +(1 +p)x

1 Ь вЂ” — (1 —,и) ), R r

Г 2 R2 45 где Р=2 л R q — прикладываемое к кольцевым накладкам испытательное усилие;

o1 — осевое напряжение в образце; с,з — поперечное напряжение в образце;

R — внешний радиус кольцевой накладr — радиус рабочего сечения образца; ,и — коэффициент Пуансона материала кольцевой накладки;

Формула изобретения

Способ испытания образца при трехосном растяжении, по которому к рабочим поh — толщина кольцевой накладки.

Данный способ испытаний позволяет оценивать напряженное состояние образца экспериментально, например. тензометрированием кольцевых накладок в местах примыкающих к рабочему сечению образца при накладке тензодатчиков в окружных и радиальных направлениях. Это позволяет также повысить точность испытаний.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Для испытаний материала с пределом прочности на растяжение о,=6,5

МПа и модулем упругости Е=9000 МПа использовались кольцевые накладки из текстолита марки ПТК по ГОСТ 5-78 (о8=8,0

МПа и Е=8000 МПа) и накладки для торцов из латуни Л68 по ГОСТ 1019-47 (Е=110000

МПа). Кольцевые накладки были выполнены конусными (угол в точке их смыкания равнялся 10 ), с внешним диаметром 150 мм, ободом шириной 20 мм и толщиной 15 мм, толщиной диафрагмы 4 мм. Толщина накладок для торцов равнялась 8 мм. Для скрепления составных частей использовались клей на основе эпоксидной смолы ЭД-16 и клей Циакрин-ЭО. При тензометрировании серии из 6-ти образцов получены значения осевой, радиальной и кольцевой деформации в момент разрушения образца равные соответственно: 70, 45,55х10 ед,отн. деф.

Предельное осевое напряжение составило

4,5 МПа. Разброс значений прочности не превысил 127;, что подтверждает достаточНо высокую точность испытаний.

Технические преимущества предложенного способа испытания образца при трехосном растяжении по сравнению с прототипом заключаются в том, что он позволяет повысить точность испытаний, поскольку обеспечивается фиксированная зона разрушения образца материала при его нагружении и однородность напряженного состояния в его рабочей части за счет применения круговых сечений, устраняющих концентраторы напряжений, имеющие место по ребрам куба, Преимуществом является также, то что имеется возможность экспериментальной .оценки поля деформаций испытываемого образца, Дополнительным преимуществом является то, что приложение испытательной нагрузки не требует сложного нагружающего устройства и прикладывается вдоль одной оси вместо трех как при использовании прототипа. верхностям образца прикрепляют накладки, и прикладывают к ним растягивающие усилия, отличающийся тем, что, с целью

1795340

Составитель А,Гнитий

Техред М.Моргентал Корректор С,К)ско

Редактор

Заказ 425 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 повышения точности испытания эа счет создания равномерного напряженного состояния в рабочем сечении образца, используют образец в виде цилиндра с параллельными торцами и две пары накладок, накладку для торцов образца выполняют в виде диска, диаметр которого больше диаметра образца, пару накладок для боковой поверхности образца выполняют в виде одинаковых колец толщиной у отверстия, равной половине высоты образца, и с утолщением по периметру, в процессе прикрепления накладок к образцу осуществляют сопряжение дисков и колец по выступающим поверхностям дисков, а растягивающие усилия прикладывают вдоль оси образца по периметру колец,