Устройство для определения вязкоупругих свойств материалов

 

Изобретение относится к испытаниям материалов функциональных возможностей за счет обеспечения воздействия не только крутильными колебаниями, но и усилиями растяжение-сжатие. Изобретение позволяет фиксировать вязкоупругие характеристики материалов в широком спектре коррозионно-механических нагрузок благодаря тому, что камера 1, в которой проводят испытания, снабжена крышкой 3 в виде стакана со сквозным отверстием, через которую внутрь камеры введены две тяги 4 и 5 с захватами 6 и 7 на обращенных друг к другу концах. У основания камеры и около крышки размещены нагреватель 9 и холодильник 10 и патрубок 11 для газа между ними. Одна из тяг 4 П-образной формы имеет возможность осевого перемещения и фиксации относительно крышки камеры. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения вязкоупругих свойств материалов в агрессивных средах.

Известен способ определения вязкоупругих свойств материалов в жидкой коррозионной среде.

Однако применение данного способа приводит к искажению результатов за счет трения между образцом и жидкой коррозионной средой; не позволяет оценивать вязкоупругие свойства материалов в коррозионной среде при нагружении и предполагает ограниченный диапазон рабочих температур (комнатные).

Целью изобретения является повышение точности измерений вязкоупругих свойств в агрессивных средах.

Это достигается тем, что камера, в которой проводят испытания, имеет форму цилиндра с вертикальной осью, снабжена крышкой в виде стакана со сквозным отверстием, через которое в камеру введены две тяги с захватами на обращенных друг к другу концах. У основания камеры и около крышки размещены нагреватель и холодильник соответственно, между ними установлен патрубок для подачи в камеру газа; тяги предназначены для растяжения или сжатия испытываемого образца; одна из них П-образной формы с пассивным захватом для крепления образца имеет возможность осевого перемещения и фиксации относительно крышки камеры; другая тяга, установленная между стойками П-образной тяги и снабженная активным захватом, связана свободным концом с колебательной системой и системой осевого нагружения образца растяжением - сжатием.

Положительным эффектом и новизной является возможность создания с помощью предлагаемого устройства достаточно широкого набора коррозионно-механических нагрузок для испытаний материалов в условиях, наиболее приближенных к реальным условиям эксплуатации. Повышение точности измерений в устройстве достигается за счет имитации коррозионной среды парами соответствующей жидкости. Используя нагревательный элемент, холодильник, систему подачи газа, получают необходимую концентрацию среды, температуру и давление. Таким образом исчезают побочные эффекты взаимодействия (трение) жидкой окружающей среды и испытываемого образца, что позволяет сопоставлять свойства материалов в различных коррозионных средах независимо от характера контакта (смачивания - несмачивания) жидкости и материала образца, а также вязкости жидкости и геометрии образца.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Испытания проводят в цилиндрической камере 1, жестко связанной с основанием 2 и закрытой сверху крышкой 3 в виде стакана со сквозным отверстием. Через отверстие в камеру введены параллельно две тяги 4 и 5, на обращенных друг к другу концах которых на одной оси установлены захваты 6 и 7. Одна из тяг 4 имеет П-образную форму и заканчивается пассивным захватом 6, другая - с установленным на ней активным захватом 7 расположена между стойками П-образной тяги и связана свободным концом с крутильным маятником 8, нагружающим устройством для растяжения - сжатия и системой регистрации сигналов.

Камера снабжена нагревателем 9, установленным у основания, и холодильником 10, расположенным около стакана. Между ними в стенке камеры размещен патрубок 11 для подачи газа. Нижняя часть камеры заполнена коррозионной жидкостью 12 для имитации заданных коррозионных условий. Испытуемый образец 13 закрепляют в активном и пассивном захватах. Положение образца в камере регулируется осевым перемещением тяги 4, осуществляемым вращением гайки 14, закрепленной на стакане разъемной накладкой 15 и винтами 16.

Величина хода тяги 4 задается высотой стакана, для исключения ее вращения служит шпонка 17. Через тягу 5 образец 13 нагружают не только крутильными колебаниями но и усилиями растяжения-сжатия от испытательной машины, при этом тяга 4 выполняет роль неподвижной опоры. Наличие градиента температур вдоль оси камеры позволяет отслеживать изменение вязкоупругих свойств материала в зависимости от температуры коррозионной среды.

Технико-экономическая сущность устройства заключается в том, что осуществляемый с его помощью контроль вязкоупругих характеристик материалов в широком спектре коррозионно-механических нагрузок позволяет прогнозировать срок службы, долговечность элементов конструкций различного назначения.

П р и м е р. Образцы для испытаний изготовлены из волокнистого композиционного материала: матрица - алюминиевый сплав АЛ2, наполнитель - углеродная лента "Кулон" (объемная доля наполнителя V_f=40%). Материал отличается большой гидрофильностью, что затрудняет его применение и требует тщательного изучения протекающих в нем коррозионных процессов. Размеры образцов 60х2х2 мм. Коррозионная среда в устройстве создается парами воды (100^оС), при испытаниях образец находится над зеркалом воды в зоне с температурой 100^оС. Испытания проведены при заданной частоте крутильных колебаний f=1 Гц. Осевое нагружение образцов осуществлено через тягу 5 усилием 120 кг (30 МПа). Контроль качества границы раздела волокно/матрица при коррозионном и коррозионно-механическом нагружении производится фиксацией относительных величин частот колебаний f_τ /f^o в зависимости от времени испытаний и пересчете их по известным формулам в относительные величины модуля сдвига E₁₂τ /E₁₂^o, где Е₁₂^о и E₁₂τ - соответственно исходный и текущий модуль сдвига. Результаты испытаний представлены в таблице.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, содержащее основание, установленные на основании камеру с патрубком для газовой среды и крышкой со сквозным отверстием, колебательную систему, связанную с колебательной системой систему регистрации, две размещенные в камере тяги, на обращенных друг к другу концах которых, лежащих на одной оси, установлены активный и пассивный захваты, а свободный конец одной из тяг связан с колебательной системой, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения воздействия не только крутильными колебаниями, но и усилиями растяжения-сжатия, крышка выполнена в виде герметично установленного на камере стакана, отверстие выполнено в дне стакана, тяги установлены параллельно друг другу в отверстии стакана, тяга с пассивным захватом выполнена П-образной и установлена с возможностью осевого перемещения и фиксации относительно стакана, тяга с активным захватом установлена между стойками П-образной тяги, устройство снабжено установленными на камере у основания и стакана нагревателем и холодильником соответственно, а патрубок для подачи газа установлен между нагревателем и холодильником.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2