Установка для механических испытаний образцов из делящихся материалов при повышенных температурах

Изобретение относится к механическим испытаниям на растяжение материалов, кратковременную ползучесть при растяжении в вакууме при повышенных температурах. Установка для механических испытаний образцов из делящихся материалов при повышенных температурах содержит рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, регистрирующую аппаратуру, рубашку охлаждения, протоки охлаждения, выполненные по крайней мере в одном из захватов. При этом рабочая камера помещена в герметичный перчаточный бокс для исследования образца из делящихся материалов, регистрирующая аппаратура установлена непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, механизм нагружения представляет собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой - с гидравлическим домкратом с клапаном, в герметичной рабочей камере в течение периода испытаний поддерживается вакуум, сигналы с регистрирующей аппаратуры поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее - на ПЭВМ. Техническим результатом является возможность механических испытаний делящихся материалов при повышенных температурах, получение диаграмм деформирования и кривых ползучести со скоростями деформирования в диапазоне 10-2-10-4 с-1 с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых делящихся материалов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям делящихся материалов на растяжение, кратковременную ползучесть при растяжении в вакууме при повышенных температурах.

Известна машина испытательная для механических испытаний материалов на растяжение (патент RU 2243535 с приоритетом от 21.04.2003, опубликован 27.12.2004, G01N 3/08), которая включает в себя нагружающее устройство, состоящее из основания, колонн, траверсы, силового привода нагружения (электрогидравлического или механического), электротензометрического датчика силы, пассивного и активного захватов, датчика деформации, датчика перемещения активного захвата, блока измерения деформации, блока управления нагружением или перемещением активного захвата и ЭВМ с программным обеспечением автоматического расчета механических характеристик материала испытываемого образца по результатам измерения параметров испытания. При этом датчик измерения деформации выполнен в виде двух метрологически идентичных и механически и электрически независимых тензопреобразователей, соединенных с блоком измерения деформации, имеющим два выхода: в виде половины суммы сигналов двух преобразователей и разности этих сигналов, по которым ЭВМ вычисляет модуль упругости материала испытуемого образца, напряжение изгиба, напряжение от осевой нагрузки и суммарное напряжение с учетом поступающих сигналов от датчика силы и заданной площади поперечного сечения образца.

Основной упор в известной испытательной машине сделан на наличие двух независимых преобразователей датчика деформации и преобразование их показаний для обработки в ПЭВМ для повышения достоверности автоматического определения характеристик материала испытуемых образцов.

Недостатком этой установки является отсутствие возможности размещения установки в герметичном перчаточном боксе для защиты персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых делящихся материалов, отсутствие рабочей камеры и нагревателя для испытаний при повышенных температурах, что не решает задачу, поставленную перед разработчиками.

Известны машины испытательные зарубежных фирм: Zwick, MFL, Schrenk (Германия), Instron (Великобритания), MTS (США), для механических испытаний материалов на растяжение, осуществляющие измерение нагрузки и деформации в процессе испытания электрическими приборами, входящими в состав машины, и автоматическое вычисление механических характеристик испытываемых материалов по результатам испытаний (Испытательная техника. Справочник в 2 т. под ред. В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1982, с.46, 54-56, 78, 83).

Недостатком этих машин является отсутствие рабочей камеры для испытания образцов делящихся материалов ввиду их высокой токсичности, пирофорности, химической и радиационной активности.

Известна установка для механических испытаний материалов в различных средах при высоких температурах и давлениях (патент RU 2240531 с приоритетом от 26.02.03, опубликован 20.11.2004, G01N 3/18), которая содержит рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, средства подачи газовой среды и контрольно-измерительную аппаратуру, при этом стенки и фланцы рабочей камеры снабжены рубашкой охлаждения, штанги захватов образца и тоководы нагревателя имеют протоки охлаждения, с внутренней стороны рубашки охлаждения расположена теплоизолирующая конструкция, кроме того, на входе в рабочую камеру газовой среды дополнительно введены подпитывающий расширительный бачок с поршнем и регулятором подачи управляющего газа, а нагреватель выполнен в форме спирали и расположен в рабочей камере таким образом, что образец находится внутри спирали.

Недостатком известной машины является невозможность ее использования для механических испытаний образцов делящихся материалов при повышенных температурах без ее конструктивной доработки, что повлечет за собой усложнение конструкции и удорожание испытаний.

Установка для механических испытаний материалов в различных средах при высоких температурах и давлениях выбрана в качестве прототипа.

Задачей, стоящей перед авторами предлагаемого изобретения, является разработка установки для механических испытаний образцов из делящихся материалов при повышенных температурах с возможностью измерения деформаций на рабочей части образца при постоянном нарастании нагрузки с возможностью нагружения и последующей выдержкой образца под нагрузкой в течение нескольких минут, с защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых делящихся материалов.

Техническим результатом предлагаемого решения является возможность механических испытаний делящихся материалов при повышенных температурах, получение диаграмм деформирования и кривых ползучести со скоростями деформирования в диапазоне 10-2-10-4 с-1 с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых делящихся материалов, путем двойной герметизации образцов из делящихся материалов.

Технический результат достигается тем, что в установке для механических испытаний образцов из делящихся материалов при повышенных температурах, содержащей рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, регистрирующую аппаратуру, рубашку охлаждения, протоки охлаждения, выполненные по крайней мере в одном из захватов, согласно изобретению рабочая камера помещена в герметичный перчаточный бокс для исследования образца из делящихся материалов, регистрирующая аппаратура установлена непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, механизм нагружения представляет собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой - с гидравлическим домкратом с клапаном, в рабочей камере в течение периода испытаний поддерживается вакуум, сигналы с регистрирующей аппаратуры поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее - на ПЭВМ.

Захваты могут быть снабжены шарнирами.

Нагреватель может быть снабжен распределителем тепла для выравнивания температурного поля.

Регистрирующая аппаратура может состоять из дифференциально-трансформаторных датчиков измерения деформации и охлаждаемого тензодинамометра.

Для получения кривых кратковременной ползучести металлов и сплавов необходимо производить нагружение за время ~1-2 с, что соответствует скорости деформирования ~10-2 с-1, для исключения сопутствующей активному нагружению ползучести (Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 1966, 752 с.). Это требование в предлагаемом решении осуществляется применением рычага с грузами в сочетании с гидравлическим домкратом, клапаном которого производится регулирование скорости нагружения в диапазоне 10-2-10-4 с-1. Возможность проведения испытаний образцов делящихся материалов при повышенных температурах достигается применением герметичной вакуумной рабочей камеры и нагревателя, в котором для выравнивания температурного поля применен распределитель. Требуемая точность определения механических характеристик достигается за счет установки регистрирующей аппаратуры непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, соединенном непосредственно с образцом в качестве пассивного захвата, регистрацией сигналов в цифровом виде регистрирующей контрольно-измерительной аппаратурой и ПЭВМ. Необходимая соосность образца и захватов обеспечивается за счет шарнирного крепления образца. Испытание образцов именно из делящихся материалов стало возможным при размещении рабочей камеры в герметичном перчаточном боксе и создании вакуума в рабочей камере. Обработка сигналов, поступающих с регистрирующей аппаратуры на ПЭВМ через контрольно-измерительную аппаратуру, повышает достоверность определения характеристик испытуемых образцов.

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает возможность проведения механических испытаний образов из делящихся материалов при повышенных температурах со скоростями нагружения 10-2-10-4 с-1.

На чертеже показан пример конкретного исполнения установки для механических испытаний образцов делящихся материалов при повышенных температурах, где:

1 - поддон;

2 - грузы;

3 - рычаг;

4 - активный захват;

5 - образец;

6 - дифференциально-трансформаторные датчики измерения деформаций;

7 - пассивный захват-охлаждаемый тензодинамометр;

8 - гидравлический домкрат с клапаном;

9 - шарниры;

10 - силовая рама;

11 - охлаждаемый кожух;

12 - нагреватель с распределителем;

13 - крышка;

14 - колпак.

Рабочая камера помещена в герметичном перчаточном боксе (не показан).

Работает установка следующим образом.

Нагружение образца 5 производится грузами 2, уложенными на поддон 1, через рычаг 3. В исходном состоянии вес грузов воспринимается гидравлическим домкратом с клапаном 8, вследствие чего образец 5 не нагружен. При проведении испытания гидравлический домкрат с клапаном 8 разгружается, и нагрузка плавно передается на образец 5. Образец 5 закрепляется в активном захвате 4 и пассивном захвате-охлаждаемом динамометре 7 через шарниры 9. Силовая цепь через пассивный захват-охлаждаемый динамометр 7, образец 5, активный захват 4 и раму 10 замыкается на крышку 13. Пассивный захват-охлаждаемый динамометр 7 одновременно является тензодинамометром для измерения усилия, прикладываемого к образцу. Для измерения удлинения рабочей части образца используются дифференциально-трансформаторные датчики измерения деформаций 6.

В испытаниях при повышенной температуре образца 5 применяется электрический нагреватель с распределителем 12 для создания равномерного температурного поля, что позволяет производить нагрев образца 5 в интервале температур 20-600°С. Охлаждаемый кожух 11, крышка 13 и колпак 14 образуют герметичную полость для создания вакуума, предотвращающего коррозию и возгорание образцов делящихся материалов при испытании их с повышенной температурой. При проведении испытаний с повышенной температурой во избежание нагрева пассивного захвата-охлаждаемого динамометра 7, расположенного в непосредственной близости к нагретому образцу 5, и связанного с этим искажения его показаний последний охлаждается изнутри проточной водопроводной водой (не показано). Температура образца измеряется хромель-копелевой термопарой (не показана).

Благодаря заявляемой совокупности признаков решения появляется возможность механических испытаний делящихся материалов при повышенных температурах, получение диаграмм деформирования и кривых ползучести со скоростями деформирования в диапазоне 10-2-10-4 с-1 с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых делящихся материалов путем двойной герметизации образцов из делящихся материалов.

Изготовлен опытный образец установки, испытан, результаты подтвердили работоспособность установки и получение нового технического результата.

1. Установка для механических испытаний образцов из делящихся материалов при повышенных температурах, содержащая рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, регистрирующую аппаратуру, рубашку охлаждения, протоки охлаждения, выполненные по крайней мере в одном из захватов, отличающаяся тем, что рабочая камера помещена в герметичный перчаточный бокс, для исследования образца из делящихся материалов, регистрирующая аппаратура установлена непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, механизм нагружения представляет собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой с гидравлическим домкратом с клапаном, в герметичной рабочей камере в течение периода испытаний поддерживается вакуум, сигналы с регистрирующей аппаратуры поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее на ПЭВМ.

2. Установка для механических испытаний образцов из делящихся материалов при повышенных температурах по п.1, отличающаяся тем, что захваты снабжены шарнирами.

3. Установка для механических испытаний образцов из делящихся материалов при повышенных температурах по п.1, отличающаяся тем, что нагреватель снабжен распределителем тепла для выравнивания температурного поля.

4. Установка для механических испытаний образцов из делящихся материалов при повышенных температурах по п.1, отличающаяся тем, что регистрирующая аппаратура состоит из дифференциально-трансформаторных датчиков измерения деформации и охлаждаемого тензодинамометра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам исследования образцов конструкционных материалов (КМ) в среде газообразного окислителя при различных давлениях и температурах.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам технологического контроля при определении физико-механических свойств стержневых и формовочных смесей.

Изобретение относится к испытательной технике. .
Изобретение относится к области исследования поверхности материалов и может быть использовано для определения границы охрупченного слоя поверхностно стареющих пластмасс.

Изобретение относится к технике испытания конструкционных материалов. .

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для определения стойкости пуансонов различных конструкций, применяемых при полугорячей и горячей штамповке.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания плоских ленточных кабелей на прочность. .

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов на растяжение, сжатие и изгиб в различных средах при высоких температурах и давлениях. .

Изобретение относится к области испытаний материалов с памятью формы при циклических, тепловых и механических воздействиях

Изобретение относится к способам определения термомеханических характеристик материалов с памятью формы, температур фазовых превращений, величины эффекта памяти формы и может быть использовано в различных областях техники

Изобретение относится к стоматологическому материаловедению и может быть использовано для определения прочности соединения стоматологических восстановительных материалов (стоматологических реставрационных материалов) с твердыми тканями зуба пациента - дентина и эмали, в т.ч

Использование: для определения склонности материала к образованию трещин при повторном нагревании. Сущность заключается в том, что выполняют измерение длины образца; приложение к образцу первого напряжения для достижения заданного удлинения образца; осуществление заданной термообработки образца; приложение к образцу второго напряжения до его разрушения по меньшей мере на две различные части и определение склонности разрушенного образца к образованию трещин при повторном нагревании. Технический результат: обеспечение возможности определения склонности материала к образованию трещин при повторном нагревании, соблюдая реальные режимы термообработки (в показателях времени, температур и напряжения), которые используют во время производства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 23 ил.

Группа изобретений относится к испытательной технике и может быть использована для динамических испытаний режущей проволоки на разрыв. Согласно изобретению, способ динамических испытаний режущей проволоки включает ее растяжение в испытательной установке, при этом растяжение проводят путем протягивания проволоки через зону температурного нагрева с заданными значениями температуры и усилия натяжения. При этом диапазон задаваемых температур составляет 50÷300°C, а диапазон усилия натяжения составляет 1000÷4500 МПа. Натяжение проволоки осуществляется при ее перемотке, а заданное значение температуры обеспечивается нагревателем. Установка для реализации заявленного способа включает в себя подающий и принимающий регулируемые приводы с катушками, валы с пазами под проволоку, регуляторы натяжения, направляющие валки, нагревательный элемент, регулятор температуры и инфракрасный температурный датчик. При этом усилие натяжения проволоки контролируется балериной и регулируется разностью скоростей вращения подающего и принимающего приводов, а скорость подачи проволоки, проходящей через установку, может регулироваться тормозной системой подающего привода. Технический результат заключается в упрощении конструкции стенда и обеспечении возможности выявления скрытых дефектов в испытываемых образцах режущей проволоки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для проведения механических испытаний материала, в частности испытаний на растяжение и ползучесть образцов в канале ядерного реактора. Устройство содержит узел фиксации образца, узел создания и регулирования нагрузки, узел контроля за изменением параметров образца. Узел создания и регулирования нагрузки выполнен в виде сильфона, жестко связанного вверху с длинной гибкой трубой, которая связана с внешним источником подачи газа, а дно сильфона герметично закрыто. Узел фиксации образца расположен вне сильфона и состоит из двух частей: верхней и нижней, каждая из которых содержит первый и второй элементы для закрепления образца, жестко связанные с соответствующей тягой. Первый элемент для закрепления образца в верхней его части через первую тягу жестко связан с наружной стороной верха сильфона, а второй элемент для закрепления образца в нижней части через вторую тягу жестко связан с наружной стороной дна сильфона. Узел контроля за изменением параметров образца закреплен на тягах между первым и вторым элементом для закрепления образца. Расстояние между дном сильфона и первым элементом для закрепления образца превышает возможное растяжение образца под максимальной нагрузкой. Технический результат: расширение области испытания образцов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел. Термонагружатель к стенду для испытания образцов материалов содержит платформу, установленные на ней фрикционный элемент, привод вращения фрикционного элемента, опорную площадку из теплопроводного материала, приспособление для предотвращения вращения опорной площадки относительно платформы и приспособление для взаимного поджатия фрикционного элемента и площадки. Опорная площадка выполнена в виде разрезного кольца для размещения в отверстии образца. Разрезанные части кольца последовательно соединены между собой упругими элементами с возможностью радиального перемещения. Фрикционный элемент выполнен в виде конуса, размещенного внутри опорной площадки с возможностью вращения и осевого перемещения. Технический результат - проведение исследования свойств материалов в новых условиях термомеханического нагружения при подводе термической нагрузки к разным частям объема образца через отверстия. 1 ил.

Изобретение относится к механическим и теплофизическим испытаниям и может быть использовано в процессе испытаний токопроводящих материалов. Заявлена установка для механических и теплофизических испытаний образца из токопроводящего материала при импульсном нагреве, содержащая рабочую вакуумную камеру с токоподводами, цанговыми зажимами для крепления образца, регистрирующую аппаратуру, нагружающий элемент, динамометр. Регистрирующая аппаратура состоит из термопар, приваренных непосредственно на рабочей части образца, датчика перемещений индуктивного коаксиального, закрепленного на средней части образца, и динамометра. Нагружающий элемент выполнен в виде тонкостенной трубы, в которой размещена тяга, жестко соединенная через цанговый зажим с образцом. Другой конец образца также через цанговый зажим соединен с динамометром, установленным шарнирно на имеющейся раме. Токоподводы установлены с возможностью нагрева образца и нагружающего элемента. Регистрирующая аппаратура связана с контрольно-измерительной аппаратурой, которая связана с ПЭВМ. Технический результат - повышение информативности данных испытаний. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел. Термонагружатель содержит платформу, установленные на ней фрикционный элемент, привод вращения фрикционного элемента, опорную площадку из теплопроводного материала, установленную без возможности вращения относительно фрикционного элемента. Фрикционный элемент выполнен в виде витой цилиндрической пружины, одним концом соединенной с приводом вращения, опорная площадка выполнена в виде трубы для размещения в отверстии образца. Наружный диаметр пружины превышает внутренний диаметр трубы, а в трубе выполнены прорези в соответствии с зонами прогрева. Технический результат: увеличение объема информации путем обеспечения испытаний при неравномерном подводе термической нагрузки к разным частям объема образца через отверстия. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания образцов материалов на прочность. Сущность: установка содержит основание (1), на котором установлены захваты (2, 3) для образца (4), нагружатель (5), связанный с захватами (2, 3), приспособление для нагрева в виде теплопроводного кольца (6) для закрепления на поверхности образца (4), фрикционный элемент (7), предназначенный для взаимодействия с наружной поверхностью кольца (6), приспособление для поджатия фрикционного элемента (7) к кольцу (6) с упругим элементом (8) и регулятором (9) деформации упругого элемента (8), приспособление для перемещения фрикционного элемента (7) относительно кольца (6) с платформой (10) и приводом (11) вращения с валом (12). Кроме того, установка снабжена дополнительными приспособлениями (13) для нагрева в соответствии с количеством зон термического нагружения и мест их расположения по длине образца (4). При этом каждое приспособление (13) для нагрева снабжено шкивом (14), установленным на валу (12) соответствующего привода (11) вращения. Фрикционные элементы (7) выполнены бесконечными гибкими и охватывают шкивы (14) с обеспечением взаимодействия без проскальзывания и кольца (6, 13) с обеспечением взаимодействия с проскальзыванием. Приводы (11) установлены на платформах (10). Упругие элементы (8) и регуляторы (9) деформации упругих элементов (8) соединяют платформы (10) с основанием (1). Нагружатель (5) выполнен в виде пресса для механического нагружения образца (4). Технический результат - расширение объема получаемой информации. 1 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям на растяжение материалов, кратковременную ползучесть при растяжении в вакууме при повышенных температурах

Наверх