Устройство для испытания на устойчивость



Устройство для испытания на устойчивость
Устройство для испытания на устойчивость
Устройство для испытания на устойчивость

 


Владельцы патента RU 2492445:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет" (ВолгГАСУ) (RU)

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в стандартных испытательных машинах для испытания металлических образцов на сжатие без потери устойчивости. Устройство содержит опорную часть, включающую цилиндрический металлический корпус с неподвижной опорой, расположенной в его нижней части, с углублением по центральной оси цилиндра, подвижный в вертикальном направлении поршень для нагружения образца, выполненный в своей нижней части с углублением по центральной оси цилиндра под сферический шарнир, цилиндрические вставки с отверстиями по центральной оси цилиндров, соответствующие поперечному сечению образца. Устройство дополнительно содержит промежуточную опору, устанавливаемую внутри цилиндрического корпуса на испытуемом образце, выполненную в виде металлической квадратной рамы с округленными углами, на которой по двум взаимно перпендикулярным линиям, расположенным параллельно сторонам рамы, выполнены четыре цилиндрических отверстия с резьбой под крепежные болты для установки и крепления рамы на образце. На металлической раме также по двум взаимно перпендикулярным диагоналям выполнены четыре цилиндрических отверстия с резьбой для установки опорных винтов, посредством которых металлическая рама жестко фиксируется внутри устройства. Технический результат: повышение сопротивляемости потери устойчивости при сжатии образцов за счет уменьшения гибкости образцов при одновременном увеличении критической силы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Заявляемое изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в стандартных испытательных машинах для испытания металлических образцов на сжатие без потери устойчивости.

Известно устройство для испытания на устойчивость металлических образцов, включающее опорные части, установленные соосно на опорных плитах испытательной машины [В.А. Копнов, С.Н. Кривошапко. Сопротивление материалов. - М.: Высш. шк., 2003, с.291 - аналог].

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает достаточно точного расположения опорных частей устройства на опорных плитах машины при их установке и, как следствие, невозможность центрального приложения сжимающей нагрузки.

Известно также устройство для испытания на устойчивость металлических образцов, включающее опорную часть для опирания образца при испытании, цилиндрический корпус с неподвижной, соосной с корпусом опорой, расположенной в его нижней части, подвижный цилиндрический поршень для нагружения образца, сменные цилиндрические вставки двух типов для закрепления образца в устройстве. [«Устройство для испытания на устойчивость металлических образцов». Патент на изобретение №2289804. - прототип].

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает сжатия образцов большой гибкости без потери устойчивости.

Техническая задача - повышение сопротивляемости потери устойчивости при сжатии образцов за счет уменьшения гибкости образцов при одновременном увеличении критической силы.

Решение технической задачи достигается тем, что устройство для испытания на устойчивость металлических образцов, содержащее опорную часть для опирания концов образца при испытании, включающую цилиндрический металлический корпус с неподвижной, соосной с корпусом опорой, расположенной в его нижней части, с углублением по центральной оси цилиндра, соосный с корпусом подвижный в вертикальном направлении поршень для нагружения образца, выполненный в своей нижней части с углублением по центральной оси цилиндра под сферический шарнир, цилиндрические вставки с отверстиями по центральной оси цилиндров, соответствующие поперечному сечению образца, обеспечивающие закрепление по типу жесткой заделки с сохранением возможности осевого нагружения, при этом устройство дополнительно содержит промежуточную опору, устанавливаемую внутри цилиндрического корпуса на испытуемом образце, выполненную в виде металлической квадратной рамы с округленными углами, на которой по двум взаимно перпендикулярным линиям, расположенным параллельно сторонам рамы, выполнены четыре цилиндрических отверстия с резьбой под крепежные болты для установки и крепления рамы на образце, на металлической раме также по двум взаимно перпендикулярным диагоналям выполнены четыре цилиндрических отверстия с резьбой для установки опорных винтов, посредством которых металлическая рама жестко фиксируется внутри устройства, кроме этого устройство может содержать несколько промежуточных опор.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что при испытаниях образца большой длины (гибкости) на сжатие увеличение его сопротивляемости потери устойчивости обеспечивается за счет уменьшения гибкости образца. Это достигается тем, что непосредственно на испытуемый образец устанавливается промежуточная опора, которая закрепляется на испытуемом образце посредством крепежных болтов и опирается на внутреннюю поверхность цилиндра с помощью опорных винтов, что позволяет уменьшить гибкость образца за счет уменьшения расстояния между опорными закреплениями и производить его сжатие до больших степеней пластической деформации без потери устойчивости. Количество промежуточных опор, устанавливаемых на образце, обусловлено длиной образца. Для образца большой длины установка на нем нескольких промежуточных опор позволяет обеспечить значительное снижение гибкости образца, а следовательно увеличение приложенной сжимающей нагрузки. Кроме того, закрепление промежуточных опор непосредственно на образце позволяет при испытаниях не нарушать целостности цилиндра и обеспечивает возможность использовать его повторно.

Таким образом, использование промежуточных опор обеспечивает более жесткое закрепление образца при испытаниях на сжатие, что приводит к уменьшению гибкости образца и повышению сопротивляемости потери устойчивости, в сравнении с прототипом, что и является новым техническим результатом заявляемого изобретения.

На фиг.1 изображен общий вид устройства с установленным образцом.

На фиг.2 изображены схемы закрепления образцов с одной и двумя промежуточными опорами.

На фиг.3 схематично изображен общий вид промежуточной опоры, устанавливаемой на образце.

Нагружающее устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого в нижней его части расположена неподвижная опора 2, а в верхней расположена подвижная опора, выполненная в виде нагружающего поршня 3 с возможностью его вертикального перемещения. На внутренних плоскостях опор выполнены углубления 4 под сферические шарниры 5, расположенные по вертикальной геометрической оси цилиндра. Промежуточная опора 6, устанавливаемая на испытуемый образец 7, на торцевых сторонах которого также выполнены углубления 4 под сферические шарниры 5, выполнена в виде металлической квадратной рамы 8 с округленными углами. Промежуточная опора 6 устанавливается на одинаковых расстояниях от неподвижной опоры 2 и подвижной опоры 3. По двум взаимно перпендикулярным линиям А-А, расположенным параллельно сторонам рамы 8, выполнены четыре цилиндрических отверстия 9 с резьбой под крепежные болты 10, предназначенные для установки и крепления рамы на образце 7. Кроме этого, по двум взаимно перпендикулярным диагоналям Б-Б на раме 8 выполнены четыре цилиндрических отверстия 11 с резьбой для установки опорных винтов 12, с помощью которых металлическая рама 8 жестко фиксируется внутри цилиндра 1 нагружающего устройства. Также имеются цилиндрические вставки 13, которые обеспечивают жесткое крепление концов образца 7 по типу жесткой заделки с сохранением возможности осевого нагружения.

Работа устройства.

Работа устройства осуществляется следующим образом. На образец 7 круглого поперечного сечения, с выполненными на его торцевых сторонах по вертикальной геометрической оси углублениями 4, жестко закрепляется промежуточная опора 6 с помощью четырех крепежных болтов 10. Затем образец 7 вместе с установленной на нем промежуточной опорой 6 устанавливается в цилиндрический корпус 1 между неподвижной опорой 2 и подвижной опорой 3 с размещенными в них сферическими шарнирами 5, при этом концы образца 7 размещаются в цилиндрических вставках 13, которые обеспечивают концевые закрепления образца по типу жесткой заделки с сохранением возможности осевого нагружения. При этом опора 8 внутри цилиндра 1 фиксируется посредством опорных винтов 12. После этого устройство помещается на машину для испытания и образец подвергается нагружению сжимающей нагрузкой, обеспечивающей прохождение площадки текучести без потери его устойчивости.

Примеры конкретного исполнения.

В соответствии с заявленным изобретением было изготовлено устройство для испытания образцов на устойчивость. Для исследования были изготовлены металлические образцы из Ст.3 круглого поперечного сечения и испытаны на сжатие с использованием универсальной испытательной машины Р-20 с максимальным усилием 20 тонн.

Пример 1. Образец длиной l=104 мм и диаметром d=16 мм без промежуточных опор был закреплен в устройстве и подвергнут сжатию. При нагрузке F равной 66,1 кН он потерял устойчивость. Критическое напряжение σкр при этом составило 329 МПа.

Пример 2. На образец длиной l=104 мм и диаметром d=16 мм была установлена одна промежуточная опора таким образом, чтобы расстояния от промежуточной опоры до нижней цилиндрической вставки и от промежуточной опоры до верхней цилиндрической вставки были одинаковыми. Далее образец был закреплен в устройстве и подвергнут сжатию. Сжатие было произведено до нагрузки F равной 71 кН, которая обеспечивает полное прохождение пластических деформаций на площадке текучести. Образец устойчивости не потерял. Напряжение σ при этом составило 353 МПа.

Пример 3. Образец длиной l=144 мм и диаметром d=16 мм без промежуточных опор был закреплен в устройстве и подвергнут сжатию. При нагрузке F, равной 65,9 кН, он потерял устойчивость. Критическое напряжение σкр при этом составило 328 МПа.

Пример 4. На образец длиной l=144 мм и диаметром d=16 мм были установлены две промежуточные опоры таким образом, чтобы три расстояния: от нижней цилиндрической вставки до первой промежуточной опоры, от первой промежуточной опоры до второй промежуточной опоры и от второй промежуточной опоры до верхней цилиндрической вставки были одинаковыми. Далее образец был закреплен в устройстве и подвергнут сжатию. Сжатие было произведено до нагрузки F равной 71 кН, которая обеспечивает полное прохождение пластических деформаций на площадке текучести. Образец устойчивости не потерял. Напряжение σ при этом составило 353 МПа.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица
Примеры Размеры образца, мм Гибкость образца Нагрузка, кН Напряжение, МПа Результаты испытания
длина диаметр
1 - без промежуточных опор 104 16 13,0 66,1 329 устойчивость потерял
2-е одной промежуточной опорой 104 16 9,1 71 353 устойчивость не потерял
3 - без промежуточных опор 144 16 18,0 65,9 328 устойчивость потерял
4 - с двумя промежуточными опорой 144 16 9,8 71 353** устойчивость не потерял

Из приведенных в таблице данных видно, что согласно примерам 2 и 4 использование промежуточных опор приводит к уменьшению гибкости и повышению сопротивляемости потери устойчивости, что в сравнении с прототипом позволяет сжимать образцы до больших степеней пластической деформации без потери устойчивости.

1. Устройство для испытания на устойчивость металлических образцов, содержащее опорную часть для опирания концов образца при испытании, включающую цилиндрический металлический корпус с неподвижной, соосной с корпусом опорой, расположенной в его нижней части, с углублением по центральной оси цилиндра, соосный с корпусом подвижный в вертикальном направлении поршень для нагружения образца, выполненный в своей нижней части с углублением по центральной оси цилиндра под сферический шарнир, цилиндрические вставки с отверстиями по центральной оси цилиндров, соответствующие поперечному сечению образца, обеспечивающие закрепление по типу жесткой заделки с сохранением возможности осевого нагружения, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит промежуточную опору, устанавливаемую внутри цилиндрического корпуса на испытуемом образце, выполненную в виде металлической квадратной рамы с округленными углами, на которой по двум взаимно перпендикулярным линиям, расположенным параллельно сторонам рамы выполнены четыре цилиндрических отверстия с резьбой под крепежные болты для установки и крепления рамы на образце, на металлической раме также по двум взаимно перпендикулярным диагоналям выполнены четыре цилиндрических отверстия с резьбой для установки опорных винтов, посредством которых металлическая рама жестко фиксируется внутри устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что может содержать несколько промежуточных опор.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании на релаксацию напряжения облученных металлических образцов при четырехточечном изгибе.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании на релаксацию напряжения металлических образцов при изгибе. .

Изобретение относится к области определения механических свойств материалов путем приложения заданных нагрузок. .

Изобретение относится к технике испытаний конструкций на динамические воздействия. .

Изобретение относится к механическим нагрузочным устройствам и может быть использовано для нагружения поверхностей образцов чистым изгибом и определения полей деформаций и напряжений в экспериментальных исследованиях лабораторных макетов и натурных объектов.

Изобретение относится к способу определения механических характеристик материалов, в частности к способам определения модуля упругости, предельной прочности, предельной деформации стержней из полимерных композиционных материалов, и устройству для его реализации.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность и может быть использовано для испытаний элементов конструкций шахтной крепи, трубопроводов, несущих элементов зданий и сооружений.

Изобретение относится к машинам для испытания на усталость и может быть использовано для получения механических характеристик материалов. .

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. .

Изобретение относится к механическим испытаниям газотермических покрытий, а более точно касается определения остаточных напряжений в покрытии и энергии, необходимой для их высвобождения. Сущность: осуществляют нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по 4-точечной схеме. Нагружение образца осуществляют плавно до величины нагрузки, не превышающей предел упругости материала покрытия, последовательно разгружают до значения деформации растяжения, равной нулю, при этом измеряют остаточное усилие, продолжают разгружение до получения значения усилия, равного нулю, и измеряют остаточную деформацию сжатия. По полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные напряжения в покрытии и его энергетические характеристики, включающие: энергию высвобождения внутренних напряжений (Дж); энергию, необходимую для полной релаксации остаточных напряжений (Дж); плотность энергии, необходимой для полной релаксации остаточных напряжений (Дж/м3). Технический результат: получение комплекса механических характеристик газотермического покрытия, которые позволяют контролировать его качество и создавать совершенный технологический процесс его получения. 3 ил.

Изобретение относится к технике измерений параметров кабелей и может быть использовано для измерения жесткости оптических кабелей с высокой прочностью на разрыв при низких температурах. Сущность: один конец образца оптического кабеля закрепляют на платформе с помощью первого зажима, а второй конец образца оптического кабеля отгибают от его оси на угол θ>45° и закрепляют на платформе с помощью второго зажима, после чего платформу с закрепленным на ней образцом кабеля помещают в климатическую камеру, устанавливают в ней заданную температуру, при которой измеряют радиус изгиба оптического кабеля на выходе из первого зажима. Предварительно, для одних и тех же значений угла θ и расстояния 1, при нормальной температуре выполняют измерения относительных радиусов изгиба на выходе из первого зажима R0 и R1 для двух образцов оптического кабеля, для которых значения жесткости при нормальной температуре В0 и В1 известны и отличаются друг от друга, после чего для тех же значений угла θ и расстояния 1 выполняют измерения относительного радиуса изгиба на выходе из первого зажима испытуемого образца оптического кабеля Rx при заданной низкой температуре. Относительный радиус изгиба определяют как отношение радиуса изгиба оптического кабеля на выходе из зажима к радиусу оптического кабеля, а жесткость испытуемого образца оптического кабеля при заданной низкой температуре Вx определяют по зависимости. Технический результат: расширение области применения и снижение затрат. 3 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд для испытания образцов материалов при многоточечном изгибе содержит раму, опорный элемент в виде трубы, направляющие, установленные на внутренней поверхности трубы, разъемные фиксаторы направляющих на трубе, нагружатели в виде гидроцилиндра с плунжером, установленные на каждой направляющей, и захваты, размещенные по длине образца и связанные с соответствующими нагружателями. Стенд снабжен дополнительными нагружателями в виде гидроцилиндра с плунжерами. Нагружатели попарно расположены на направляющих. На плунжерах нагружателей вдоль их оси закреплены зубчатые рейки. Захваты выполнены в виде зубчатых колес, расположены между рейками пар нагружателей и кинематически связаны с ними. Технический результат − обеспечение испытаний при многоточечном изгибе в разных плоскостях, а также при многоточечном кручении и совместно при многоточечном кручении и изгибе с независимым изменением направлений изгиба и кручения участков образца в ходе испытаний. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд содержит основание, опорный элемент в виде трубы, нагружатели, установленные на внутренней поверхности трубы, разъемные фиксаторы нагружателей на трубе и захваты, размещенные по длине образца и связанные с соответствующими нагружателями. Стенд дополнительно снабжен ударным механизмом, выполненным в виде электромагнитной катушки, якоря, взаимодействующего с катушкой, упругого элемента для возврата катушки в исходное положение, толкателя, соединенного с якорем, и ударника, закрепленного на толкателе с возможностью взаимодействия с поверхностью трубы. На трубе установлены торцевые заглушки, а труба заполнена наполнителем. Технический результат: приближение условий испытаний к реальным условиям работы длинномерных изделий путем обеспечения испытаний при нагружении длинномерного образца не только многоточечным статическим изгибом в разных направлениях, но и ударными радиальными или линейными волнами в одном или во встречных направлениях с изменением ориентации волн относительно радиальных направлений образца при распространении волн через реальную среду наполнителя. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к области метрологии, а именно к средствам получения чистого изгиба эталонной балки для испытаний тензодатчиков. Устройство содержит станину, установленную в ней эталонную балку с системой измерения деформаций, систему нагружения балки с контактными роликами и движителем. Станина выполнена в виде стойки с закрепленной на ней горизонтальной распорной балкой, по концам которой установлены цилиндрические шарниры, служащие осями подвеса двух вертикально расположенных симметричных рычагов, нижние концы рычагов шарнирно соединены посредством противоположно направленных соосных тяг с общим для них дифференциальным «плавающим» движителем. В верхней части каждого рычага попарно сверху и снизу от эталонной балки установлены четыре опорных ролика. Между роликами и эталонной балкой, также сверху и снизу, размещены «подушки» в виде плоских пластин с полуцилиндрическими выступами на противоположных краях, контактирующих с эталонной балкой непосредственно по образующим цилиндрических поверхностей этих выступов, а точки контакта опорных роликов с плоскими сторонами пластин-«подушек» попарно находятся на соответствующих нормалях к плоской поверхности пластин-«подушек». Технический результат: получение чистого изгиба балки с повышенной степенью точности достижения необходимой относительной деформации, снижение прилагаемых усилий для получения необходимой деформации, а также уменьшение габаритов и массы стенда. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области испытаний строительных материалов и конструкций, а именно к технике контроля качества материалов и исследования их деформативных свойств. Устройство для контроля прочности железобетонных конструкций включает силовую раму из штанг и закрепленных на ней с помощью гаек ригелей, траверсу с центрирующими опорами, гидравлический домкрат. Устройство также содержит дополнительный ригель, дополнительную траверсу, грузовую консоль с уровнем и страховочные рейки, прикрепленные к неподвижным ригелям. При этом дополнительный ригель расположен между неподвижными верхним и нижним ригелями с возможностью перемещения при малых усилиях посредством гаек и упорных подшипников, расположенных между верхней гайкой и ригелем, а при больших - с помощью установленного на нем домкрата, причем один конец грузовой консоли расположен между траверсами, а второй - оснащен грузовой платформой. Причем для испытания балок на поперечный изгиб один образец укладывается на нижний ригель, а второй - на верхнюю траверсу с опорой на дополнительный ригель через центрирующие опоры, расположенные с расчетным эксцентриситетом. Техническим результатом является получение достоверных результатов при проведении испытаний образцов на поперечный изгиб или продольное сжатие при различных схемах нагружения как при длительных, так и кратковременных, в том числе и при длительных испытаниях на ползучесть. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к установкам для испытания образцов материалов на изгиб. Установка содержит основание, установленную на нем поворотную платформу, захват образца, закрепленный на платформе, два центробежных груза, предназначенные для закрепления на концах образца, привод вращения платформы, включающий вал с приводом вращения, пару катков, установленных с эксцентриситетом по разные стороны от оси вращения платформы и предназначенных для фрикционного взаимодействия с ней, один из которых установлен на валу. Установка дополнительно снабжена вторым валом, установленных соосно первому валу, и приводом вращения второго вала, при этом второй каток установлен на втором валу. Технический результат: расширение функциональных возможностей установки путем обеспечения испытаний как при знакопеременном изгибе в двух плоскостях, так и при знакопеременном изгибе в одной плоскости и знакопостоянном изгибе во второй плоскости, а также при круговом изгибе и круговом изгибе с растяжением. 1 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к механическим испытаниям материалов, в частности к способам испытания строительных конструкций, и может быть использовано для испытания балочных конструкций на изгиб. Сущность: на образец прикладывают регулируемую циклическую нагрузку и по скорости нагружения или скорости разгружения, и по ее величине, выбранные параметры нагрузки выдерживают на заданном промежутке времени. Диапазон и место приложения нагрузок регулируют устройством нагружения и силовым устройством, а прочностные и деформационные параметры испытываемой конструкции измеряют в заданном интервале времени. Установка содержит закрепленные в силовом полу опоры для размещения испытываемого образца, устройство нагружения с силовым устройством. Устройство нагружения выполняют в виде, по меньшей мере, одного рычага, а силовое устройство выполняют в виде грузовой емкости, которую размещают на каждом рычаге устройства нагружения и выполняют с возможностью заполнения ее жидкостью. Технический результат: возможность оценить прочностные и эксплуатационные параметры изгибаемых строительных конструкций в реальных режимах изменения нагрузок при эксплуатации после полной и частичной разгрузки. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Установка содержит основание, установленные на нем соосно торцевые и центральный захваты с общей осью вращения и отверстиями для образца, привод вращения торцевых захватов, толкатель, одним концом связанный с центральным захватом, и нагружатель, соединенный с другим концом толкателя. Отверстия в захватах имеют некруглое сечение и выполнены в соответствии с сечением образца. Технический результат: увеличение объема информации путем проведение испытаний при одноцикловом и двухцикловом нагружении изгибом с постоянным соотношением усилий в продольных сечениях образца. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам испытаний плоских образцов на изгиб. Сущность: концы образцов закрепляют на опоре, выполненной в виде замкнутой рамы с двумя подвижными распорками. Изгибают образцы и определяют величину прогиба в условиях сложного изгиба. При этом коэффициент распора в процессе нагружения является переменным. Технический результат: возможность проводить испытания в условиях сложного изгиба с переменным в процессе погружения коэффициентом распора, что дает возможность выполнять экспериментальные исследования накопления остаточных прогибов в пластинах обшивки корпусов судов в процессе эксплуатации. 3 ил.
Наверх