Установка для испытания образца из материала с памятью формы при сложном напряженном состоянии


 


Владельцы патента RU 2476854:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") (RU)

Изобретение относится к области испытаний материалов с памятью формы при циклических, тепловых и механических воздействиях. Установка содержит корпус, узел для циклического нагрева и охлаждения образца, верхний и нижний держатели образца, узел осевого нагружения, узел нагружения статическим кручением, жестко соединенный с двуплечим рычагом и верхним держателем, и измеритель деформации. Установка содержит узел нагружения циклическим кручением, выполненный в виде вибратора, соединенного через тензометрический узел с нижним захватом, и состоящий из рычага, один конец которого соединен с валом с неуравновешенной массой, соединенного с электродвигателем и установленного в корпусе с возможностью вращения, а на другом конце закреплена пружина. Тензометрический узел состоит из полого цилиндра с патрубками подвода и отвода охлаждающей жидкости и тензодатчиками сопротивления. Узел нагружения статическим кручением состоит из вала, жестко соединенного со стержневой системой верхнего держателя. Корпус узла нагружения кручением жестко соединен с корпусом установки, а измеритель деформации выполнен в виде динамометра с проволочными тензодатчиками сопротивления на его поверхности. Технический результат: осуществление возможности испытания образца из материала с памятью формы при совместном воздействии на образец циклического нагрева и охлаждения, осевой нагрузки и нагрузки кручения, и дополнительно с одновременным приложением сил циклически колебательных движений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области испытаний материалов с памятью формы при циклических, тепловых и механических воздействиях, а именно к испытательным машинам, позволяющим воспроизводить на образце циклический нагрев и охлаждение, в диапазоне изменения температуры, вызывающем циклические мартенситные превращения структуры материала, при раздельном и совместном воздействии на материал образца осевой статической нагрузки или циклической нагрузки и статического или циклического крутящего момента и осуществлять при этих воздействиях измерения в образце обратимых, обусловленных циклическими фазовыми превращениями, осевой деформации и деформации кручения.

Известным техническим решением к предлагаемому изобретению является машина для испытаний образца из материала с памятью формы, содержащая корпус, устройство для циклического нагрева и охлаждения образца, узел осевого нагружения, активный и пассивный держатели и измеритель деформаций образца (Патент США №5209568, 11 мая 1993, класс 374/49). Машина может быть использована для испытания образца из материала с памятью формы при циклическом нагреве и охлаждении и осевом нагружении образца и получения данных измерения осевых деформаций образца. Однако, вследствие отсутствия в данной машине узла нагружения кручением и измерителя деформаций кручения, эта машина не позволяет воспроизводить совместное воздействие на образец при циклическом нагреве и охлаждении осевой нагрузки и нагрузки кручения и осуществлять при этих воздействиях совместные измерения осевой деформации и деформации кручения.

Наиболее близким является патент машины для испытания образца из материала с памятью формы при циклических тепловых и механических воздействиях, а именно к испытательным машинам, позволяющим воспроизводить на образце циклический нагрев и охлаждение, в диапазоне изменения температуры, вызывающем циклические мартенситные превращения структуры материала при раздельном и совместном воздействии на материал образца осевой нагрузки и нагрузки кручения, и осуществлять при этих воздействиях измерения в образце обратимых, обусловленных циклическими фазовыми превращениями, осевой деформации и деформации кручения ((19) RU (11) 2292030 (13) C1).

На данной установке можно воздействовать на образец только осевой нагрузкой и нагрузкой кручения, но невозможно использовать циклическое кручение, что существенно уменьшает возможности рассматриваемого изобретения.

Задачей предлагаемого изобретения является осуществление возможности испытания образца из материала с памятью формы при совместном воздействии на образец циклического нагрева и охлаждения, осевой нагрузки и нагрузки кручения, и дополнительно с одновременным приложением сил циклически колебательных движений.

Задача решается установкой для испытаний образца из материала с памятью формы при сложном напряженном состоянии, содержащей корпус, узел для циклического нагрева и охлаждения образца, верхний и нижний держатели для закрепления образца, узел осевого нагружения, узел нагружения статическим кручением, жестко соединенный с двуплечим рычагом и верхним держателем и измеритель деформации, отличающейся тем, что она дополнительно содержит узел нагружения циклическим кручением, выполненный в виде вибратора, соединенного через тензометрический узел с нижним захватом, и состоящий из рычага, один конец которого соединен с валом с неуравновешенной массой, соединенного с электродвигателем и установленного в корпусе с возможностью вращения, а на другом конце закреплена пружина, причем тензометрический узел состоит из полого цилиндра с патрубками подвода и отвода охлаждающей жидкости и тензодатчиками сопротивления, закрепленными на корпусе цилиндра, кроме того, узел нагружения статическим кручением состоит из вала, жестко соединенного со стержневой системой верхнего держателя, расположенного перпендикулярно стержневой системе, находящейся в корпусе узла нагружения кручением с установленными подшипниками, что дает возможность вертикального перемещения и поворота, причем корпус узла нагружения кручением жестко соединен с корпусом установки, а измеритель деформации выполнен в виде динамометра с установленными проволочными тензодатчиками сопротивления на его поверхности. Двуплечий рычаг выполнен в виде маховика и имеет направляющую для троса, один конец которого закреплен на рычаге, а к другому подвешен груз.

Технический результат: повышение точности испытания за счет возможности проведения исследований в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации.

В установку дополнительно введен узел циклического кручения исследуемого образца с памятью формы. При испытании образца с памятью формы можно испытывать не только на осевое нагружение и нагружение кручением, но и на циклическое кручение, данные условия испытания приближают к реальным условиям, что позволяет определять экспериментальные данные, характеризующие память формы в виде значений обратимых деформаций материала и устанавливать диапазоны их стабильности в зависимости от количества циклов нагрева и охлаждения при раздельном и совместном воздействии циклического кручения, осевого нагружения и нагружения кручением. При испытаниях можно воспроизводить определенные виды совместных воздействий на образец, варьировать условия нагружения, нагревания и охлаждения и регистрировать деформации, напряжения и температуру. Таким образом, в зависимости от того, какие параметры задаются и поведение каких параметров исследуется, может быть экспериментально найдено решение большого числа комбинаторных задач, важных для выявления свойств и поведения материалов с памятью формы.

На чертеже изображена схема предлагаемой установки для испытаний образца с памятью формы.

Установка состоит из корпуса 1, в котором в верхнем держателе 2 и нижнем держателе 3 закреплен образец 4 в виде стержня, выполненный из материала с памятью формы. Вокруг образца 4 расположен полый цилиндр 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости. Внизу корпуса 1 расположен узел для циклического кручения, соединенный через тензометрический узел 6 с нижним держателем 3. Узел циклического кручения состоит из рычага 7, один конец которого соединен с корпусом 8, выполненным в виде вибратора, в котором в подшипниках 9 установлен вал 10 с неуравновешенной массой 11, соединенный с помощью гибкого вала 12 (резинового валика) с электродвигателем 13.

На втором конце рычага 7 закреплены пружины 14 с рукоятками 15 для определения частоты колебаний вибратора. Рычаг 7 жестко соединен со стержнем 16, передающим усилия от вибратора к образцу 4, нижний конец которого установлен в радиально-упорном подшипнике 17 нижнего держателя 3, установленного в корпусе 1 с возможностью вращения, и соединен с тензометрическим узлом, состоящим из полого цилиндра 6 (динамометра) с патрубками 18 подвода и отвода охлаждающей жидкости, на поверхности которого установлены проволочные тензодатчики сопротивления 19.

Верхний конец образца с памятью формы 4, соединенный с узлом нагружения статическим кручением, который состоит из динамометра 20 на поверхности которого установлены проволочные тензодатчики сопротивления 19, жестко связанным с подвижным шпинделем 21, который перемещается в опоре 22 и сопряжен с неподвижным в осевом направлении шпинделем 23. Взаимное прокручивание шпинделей 21 и 23 исключается благодаря тому, что узел нагружения статическим кручением имеет вал 24, жестко соединенный со стержневой системой верхнего держателя 2 и расположенный перпендикулярно стержневой системе, и сидящих на нем подшипников 25, которые контактируют с пластинами 26, приваренными к шпинделю 23. Шпиндель 23 смонтирован на подшипниках 27, находящихся в корпусе 28. Корпус 28 узла нагружения кручения жестко соединен с корпусом 1 установки. В верхней части узла нагружения корпуса 28 закреплен маховик 29, через который к образцу с памятью формы 4 прикладывается постоянный крутящий момент при подвеске груза 30 через трос 31. Статическая растягивающаяся нагрузка создается грузом 32 и двуплечим рычагом 33, который находится на оси 34. Все узлы нагружения собраны в корпусе 1.

Испытание образца можно осуществить следующим образом, подготовленный образец из материала с памятью формы с помощью установки заключается в воздействии на образец циклического нагрева и охлаждения, раздельного и совместного циклического кручения, осевого нагружения и нагружения кручением и совместного измерения при этих испытаниях осевой деформации и деформации кручения.

При воздействии на образец с памятью формы 4 только циклической нагрузки кручения. Образец 4 устанавливают в полый цилиндр 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости, закрепляют образец 4 в верхнем и нижнем держателе 2 и 3 и производят его нагружение с помощью узла нагружения циклическим кручением образца 4, осуществляется вибратором. Частота колебаний вибратора определяется моментом его инерции и жесткостью пружин 14. Натяжение пружин регулируется рукоятками 15 посредством винтовой пары. Неуравновешенная масса 11 вибратора вращается в подшипниках 9 корпуса 8 и приводится во вращение с помощью гибкого вала 12 (резинового валика). Величину угла закручивания образца можно регулировать, изменяя число оборотов электродвигателя 13. Поскольку при изменении одного лишь угла закручивания образца 4, в случае незначительных нагрузок, нельзя точно определить величину действующих касательных напряжений, необходимо еще определять и крутящий момент. Величину крутящего момента определяют на данной установке с помощью динамометра 6. Образец подвергают циклическому процессу нагрева и охлаждения с помощью полого цилиндра 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости. Измеряют деформацию и характер осевой деформации кручения образца 4 с помощью динамометра 20, на поверхности которого установлены проволочные тензодатчики сопротивления 19.

При воздействии на образец 4 только нагрузки кручения. Образец 4 устанавливают в полый цилиндр 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости, закрепляют образец 4 в верхнем и нижнем держателе 2 и 3 и производят его нагружение с помощью узла нагружения кручением образца 4 к маховику 29, через который к образцу 4 прикладывается постоянный крутящий момент при подвеске груза 30 через трос 31. В этом случае маховик 29 является сейсметрической массой, воспринимающей знакопеременный крутящий момент. Частота собственных крутильных колебаний образца 4 с маховиком 29 (при жестком нижнем закреплении) не превышает 1 кол/с. При частоте изменения крутящего момента 20-50 циклов в с. Маховик практически остается неподвижным, поэтому к нему можно прикладывать постоянный крутящий момент. Образец подвергают циклическому процессу нагрева и охлаждения с помощью полого цилиндра 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости. Измеряют деформацию и характер осевой деформации кручения образца 4 с помощью динамометра 20, на поверхности которого установлены проволочные тензодатчики сопротивления 19.

При воздействии на образец 4 только нагрузки кручения. Образец 4 устанавливают в полый цилиндр 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости, закрепляют образец 4 в верхнем и нижнем держателях 2 и 3 и производят его нагружение с помощью узла осевого растяжения. Статическая растягивающая нагрузка создается грузом 32 и двуплечим рычагом 33. Если осевую нагрузку необходимо изменять, то с помощью динамометра 20 и автоматического потенциометра можно записывать характер изменения осевой силы. Образец подвергают циклическому процессу нагрева и охлаждения с помощью полого цилиндра 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости. Измеряют деформацию и характер осевой деформации кручения образца 4 с помощью динамометра 20, на поверхности которого установлены проволочные тензодатчики сопротивления 19.

Можно одновременно приложить все три нагрузки к образцу 4 и, если образец нагружается выше предела усталостной прочности и имеет высокую демпфирующую способность (например нитинол), то он сильно нагреется (до красного каления), в связи с чем изменяются его физические свойства и уменьшается жесткость системы, чтобы этого не происходило в этом случае хорошим средством для достижения постоянства амплитуды с начала нагружения является охлаждение образца очищенным керосином.

Очищенный керосин является нейтральной жидкостью, не влияющей на усталостную прочность.

При любом сочетании нагрузок на образец 3 из вышеприведенных нагрузок можно менять температурный интервал мартенситных превращений и величину амплитуды возврата в исходное состояние.

Применение описанного изобретения позволяет также уменьшить расходы на проведение испытаний материалов с памятью формы, что достигается за счет того, что нет необходимости в приобретении дорогостоящего испытательного и измерительного оборудования.

1. Установка для испытаний образца из материала с памятью формы при сложном напряженном состоянии, содержащая корпус, узел для циклического нагрева и охлаждения образца, верхний и нижний держатели для закрепления образца, узел осевого нагружения, узел нагружения статическим кручением, жестко соединенный с двуплечим рычагом и верхним держателем, и измеритель деформации, отличающаяся тем, что дополнительно содержит узел нагружения циклическим кручением, выполненный в виде вибратора, соединенного через тензометрический узел с нижним захватом, и состоящий из рычага, один конец которого соединен с валом с неуравновешенной массой, соединенного с электродвигателем и установленного в корпусе с возможностью вращения, а на другом конце закреплена пружина, причем тензометрический узел состоит из полого цилиндра с патрубками подвода и отвода охлаждающей жидкости и тензодатчиками сопротивления, закрепленными на корпусе цилиндра, кроме того, узел нагружения статическим кручением состоит из вала, жестко соединенного со стержневой системой верхнего держателя, расположенного перпендикулярно стержневой системе, находящейся в корпусе узла нагружения кручением с установленными подшипниками, что дает возможность вертикального перемещения и поворота, причем корпус узла нагружения кручением жестко соединен с корпусом установки, а измеритель деформации выполнен в виде динамометра с установленными проволочными тензодатчиками сопротивления на его поверхности.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что двуплечий рычаг выполнен в виде маховика и имеет направляющую для троса, один конец которого закреплен на рычаге, а к другому подвешен груз.



 

Похожие патенты:

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

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 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 средствам испытаний образцов 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, опорный элемент из теплопроводного материала, устройство для взаимного перемещения фрикционного и опорного элементов с приводом вращения и приспособление для взаимного поджатия фрикционного и опорного элементов. Термонагружатель дополнительно снабжен шкивом, кинематически связанным с приводом вращения. Фрикционный элемент выполнен виде замкнутого гибкого элемента, охватывающего шкив, опорный элемент выполнен в виде набора трубок, предназначенных для размещения внутри образца вдоль линии термического нагружения. Фрикционный элемент размещен в отверстиях трубок опорного элемента. Технический результат: увеличение объема информации путем обеспечения исследований при подводе термической нагрузки к разным частям объема образца вдоль регулируемой изогнутой линии термического нагружения. 1 ил.
Наверх