Устройство для испытания на сжатие

 

Изобретение относится к средствам испытаний материалов и может быть использовано для измерения модуля упругости и прочности неметаллических материалов. Устройство для испытания на сжатие состоит из камеры в виде стакана, пуансона и измерительных датчиков. На камеру, в основании которой выполнен паз, установлена крышка с отверстиями под верхнюю часть ступенчатого пуансона и для втулок, в которые установлены измерительные датчики с щупами, упирающимися в выступающую часть пуансона, находящуюся у его нижнего основания. Датчики соединены с измерительным и информационным блоками. На верхнем торце пуансона имеется сферическое углубление, в которое установлена центрирующая плита со сферическим выступом для равномерного распределения давления по площади сечения образца, а на нижнем торце выполнен паз симметрично пазу в основании камеры для фиксации образца по центру. Достигаемым техническим результатом является повышение эффективности работы устройства за счет оперативного получения результатов испытаний. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике для определения физико-механических свойств материалов и может быть использовано для измерения модуля упругости и прочности футеровочных и других материалов, модуль упругости которых не превышает 30000 МПа.

Известно устройство для испытания на сжатие, содержащее камеру в виде стакана для размещения в ней испытуемого образца, пуансон, установленный в камере, и измерительный датчик (Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов. М., "Машиностроение", 1973, т.3. с.225-226).

Однако использование этого устройства для испытания на сжатие недостаточно эффективно, т.к. имеет низкую точность измерений, обусловленную возможными перекосами испытуемого образца.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является устройство для испытания образцов на сжатие, включающее камеру для испытаний в виде стакана для установления в ней образца, пуансон для взаимодействия с образцом, установленный в камере с открытого конца стакана, два измерительных датчика, установленных в кронштейнах, которые жестко связаны со стаканом (Приспособления и устройства для исследования механических свойств материалов. Киев: "Наукова думка", 1973 г., с. 49).

Однако использование известного технического решения недостаточно эффективно, т.к. при проведении испытаний возможны перекосы испытуемого образца из-за неравномерного сжатия последнего и помимо сжатия образца учитывается упругая деформация пуансона по всей его высоте, что приводит к искаженным показаниям и снижению достоверности результатов испытаний. К тому же сам процесс испытаний довольно трудоемкий.

Основная задача изобретения заключается в создании устройства, позволяющего увеличить эффективность испытаний, точность и достоверность показаний за счет обеспечения равномерного сжатия образца, исключения показаний сжатия пуансона и оперативности измерений и обработки результатов измерений.

Для решения поставленной задачи в устройстве для испытания на сжатие, включающем камеру в виде стакана для размещения в ней испытуемого образца, пуансон и измерительные датчики, на камеру, в нижнем основании которой выполнен паз, установлена крышка с отверстиями, в центре под верхнюю часть пуансона с возможностью его вертикального перемещения, а по периметру для втулок, в которые установлены измерительные датчики с щупами, упирающимися в выступающую часть пуансона, находящуюся у его нижнего основания, соединенные с измерительным и информационным блоками. При этом пуансон выполнен ступенчатым, на верхнем торце его имеется сферическое углубление, в которое установлена центрирующая плита со сферическим выступом, а на нижнем торце выполнен паз симметрично пазу в основании камеры для фиксации в них образца. Между отличительными признаками и решаемой задачей существуют следующие причинно-следственные связи.

Выполнение пуансона ступенчатым, выступающая часть которого находится у нижнего основания и является базовой поверхностью для установки щупов измерительных датчиков, позволяет достичь повышения достоверности показаний за счет устранения измерения датчиком сжатия самого пуансона по высоте в процессе нагружения образца. Выполнение пазов в основании камеры и на торце пуансона и сферического углубления в верхнем торце пуансона, в которое установлена центрирующая плита, имеющая сферический выступ, позволяет фиксировать испытуемый образец по оси симметрии стакана и создает условия для равномерного сжатия образца. Расположение датчиков со щупами симметрично друг другу на крышке камеры позволяет датчикам точно фиксировать величину линейного перемещения щупа при проведении испытаний и получать достоверные результаты измерений.

Наличие измерительного и информационного блоков, принимающих сигналы с датчиков, позволяет повысить эффективность работы устройства за счет оперативного получения результатов испытаний в виде графика проведения испытания и цифровых величин.

Изобретение поясняется графическими материалами. На фиг.1 представлено устройство для испытания на сжатие в разрезе. На фиг.2 приведена диаграмма сжатия.

Заявляемое согласно первому пункту формулы устройство для испытания образца на сжатие содержит камеру 1 в виде металлического стакана, в основании которого выполнен паз 2. Камера снабжена крышкой 3 с отверстиями: в центре отверстие под верхнюю часть ступенчатого цилиндрического пуансона 4 с выступом 5 и по периметру отверстия под втулки 6, в которые установлены датчики 7 со щупами 8. Датчики соединены с измерительным блоком 9 и информационным блоком 10.

Во втором пункте формулы приведено выполнение пуансона 4, на верхнем конце которого имеется сферическое углубление, в которое установлена центрирующая плита 11, а на нижнем основании пуансона выполнен паз 12, симметричный пазу 2, для фиксации образца 13.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый образец 13 измеряется и устанавливается в паз 2 камеры 1. На верхнюю поверхность образца устанавливается пуансон 4 так, чтобы образец вошел в паз 12 нижнего основания пуансона. На камеру 1 устанавливается крышка 3 и закрепляется с помощью винтов. Во втулки 6 вставляются датчики 7, например ДП-2,5, со щупами 8 до соприкосновения щупов с базовой поверхностью выступа 5 пуансона 4. Датчики предварительно нагружаются и фиксируются в данном положении регулировочными винтами относительно крышки. Через центрирующую плиту 11 и пуансон 4 образец нагружается. В процессе нагружения образца происходит изменение его высоты, соответственно этому перемещается и пуансон 4, а вместе с ним щупы 8. Датчики 7, выполняющие роль первичных измерительных преобразователей, которые измеряют величину линейного перемещения щупа, что соответствует изменению высоты образца, преобразуют его в электрический сигнал, который передается в измерительный блок 9. В измерительном блоке аналоговый сигнал преобразуется в цифровой и передается текущее значение измеряемых величин в информационный блок 10. В информационном блоке сигнал обрабатывается по программе и на информационное табло выдается информация в виде графика (фиг.2), соответствующего диаграмме сжатия, цифровое значение прочности на сжатие и модуля упругости испытуемого образца.

Испытания проводятся до разрушения образца.

Измерительный блок состоит из приборов и соединительных устройств, которые могут принимать соответствующий аналоговый сигнал с датчиков, преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые и передавать значения нескольких физических величин одновременно в информационный блок, который, например, состоит из мультиметра HP 34970 A с мультиплексором HP 34901 A, вход которого соединен с выходом датчиков, а выход мультиметра подключен через кабель и плато интерфейса к входу информационного блока, который состоит из компьютера с соответствующим программным обеспечением, например программа LabVIEW, и принтера.

ПРИМЕР. На предлагаемом устройстве проведены испытания трех образцов, вырезанных из одного подового блока. Размеры образцов: диаметр 50 мм, высота 50 мм. Испытания проводились при комнатной температуре.

В таблице приведены результаты, полученные в процессе проведения испытаний.

Как видно из таблицы, общая погрешность измерения с учетом погрешности измерительных приборов не превышает 8% по сравнению с прототипом (15-20%).

При этом не требуется дополнительного времени на снятие показаний и обработку результатов испытания. Снятие показаний и их обработка производятся автоматически. В процессе нагружения образца на экране монитора вычерчивается график проведения испытания (фиг.2), а после разрушения образца выдается значение прочности на сжатие и модуля упругости испытуемого образца.

Формула изобретения

1. Устройство для испытания на сжатие, состоящее из камеры в виде стакана, пуансона и измерительных датчиков, отличающееся тем, что на камеру, в основании которой выполнен паз, установлена крышка с отверстиями в центре под верхнюю часть ступенчатого пуансона с возможностью его вертикального перемещения, а по периметру - для втулок, в которые установлены измерительные датчики с щупами, упирающимися в выступающую часть пуансона, находящуюся у его нижнего основания, соединенные с измерительным и информационным блоками.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на верхнем торце пуансона имеется сферическое углубление, в которое установлена центрирующая плита со сферическим выступом для равномерного распределения давления по площади сечения образца, а на нижнем торце выполнен паз симметрично пазу в основании камеры для фиксации образца по центру.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3