Способ испытания плоских образцов на изгиб

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.

 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам испытаний плоских образцов на изгиб.

Известно приспособление для испытания пластинчатых образцов на коррозию под напряжением (авторское свидетельство №355546, МПК G01N 17/00, G01N 3/22, G01N 3/20, опубл. 16.10.1972) методом постоянной деформации при изгибе, содержащее корпус в виде скобы с опорными плоскостями для концов образца и нажимной винт, расположенный в центре скобы, снабженное устройствами для прижатия концов образца к опорным плоскостям, которые с целью скручивания образца повернуты в противоположные стороны вокруг установочной оси скобы по отношению к плоскости, перпендикулярной оси нажимного винта.

Недостатком данного приспособления является низкая производительность, а также то обстоятельство, что приспособление не позволяет исследовать изгиб с одновременным действием осевой нагрузки (сложный изгиб).

Известно устройство для коррозионных испытаний образцов под напряжением (авторское свидетельство №340931, МПК G01N 3/08, G01N 17/00, опубл. 05.06.1972), содержащее корпус, ни котором установлены опоры со вставками для закрепления концов образцов и механизм нагружения образцов продольным изгибом, причем корпус выполнен в виде стержня с резьбовыми концами, а механизм нагружения - в виде гаек.

Недостатком данного устройства является то, что нагружение осуществляется лишь продольной силой, при этом невозможно проведение испытаний в условиях сложного изгиба.

В качестве ближайшего аналога принят способ испытаний плоских образцов на изгиб (авторское свидетельство №1128143, МПК G01N 3/20, опубл. 07.12.1984), заключающийся в том, что концы образцов закрепляют на опоре, выполненной в виде П-образной скобы, изгибают и определяют величину прогиба, причем с целью расширения возможностей путем проведения испытаний в условиях сложного изгиба концы образцов жестко закрепляют на плоских поверхностях ветвей скобы на различном расстоянии от ее перекладины перпендикулярно оси симметрии скобы и изменяют расстояние между ветвями последней.

Данный способ обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что в процессе испытания образца его коэффициент распора остается постоянной величиной, зависящей от места установки образца на скобе перед началом испытаний. При этом за счет вращения винта можно лишь задавать некоторое укорочение распорной конструкции, что позволяет моделировать смещение кромок опорного контура пластины вследствие изгиба судового перекрытия. Однако в практике судостроения и судоремонта приходится сталкиваться с задачами накопления остаточных прогибов пластин бортовой обшивки вследствие действия эксплуатационных нагрузок. В этом случае коэффициент распора пластины зависит от погибей пластин в смежных шпациях и непрерывно меняется в процессе эксплуатации. Для экспериментального исследования подобных явлений требуется способ испытаний образцов на сложный изгиб с изменением коэффициента распора в процессе нагружения.

Изобретение решает задачу расширения возможностей испытаний образцов на изгиб за счет создания коэффициента распора, изменяющегося в процессе нагружения.

Для решения поставленной задачи в известном способе испытаний плоских образцов на изгиб, заключающемся в том, что концы образцов закрепляют на опоре, изгибают и определяют величину прогиба, предлагается опору выполнять не в виде П-образной скобы, а в виде замкнутой рамы с двумя подвижными распорками.

В предлагаемом техническом решении податливость элементов рамы, на которые опирается образец, может регулировался в его плоскости перемещением двух подвижных распорок, за счет чего изменяется фиктивная площадь сечения «жестких связей», создающих распор, и, соответственно, коэффициент распора образца.

На прилагаемых графических материалах изображено:

на фиг.1 - установка для осуществления предлагаемого способа;

на фиг.2 - схема закрепления образца на опоре и регулирования коэффициента распора;

на фиг.3 - расчетная схема для определения фиктивной площади сечения «жестких связей», создающих распор.

На графических материалах приняты следующие обозначения:

1 - основание;

2 - опора, выполненная в виде замкнутой рамы;

3 - индикатор часового типа;

4 - пуансон;

5 - образец;

6 - подвижная распорка;

P - внешняя нагрузка, прикладываемая к образцу через пуансон;

I, II, III - положения подвижной распорки;

с - расстояние от образца до подвижной распорки:

l - расстояние от образца до боковой стороны опоры, выполненной в виде замкнутой рамы;

l_пл - рабочая длина образца;

T - продольное усилие, возникающее в образце при нагружении из-за наличия распора;

Δl_пл - изменение длины фиктивной распорной связи;

$$F_{Р}^{Ф}$$ - фиктивная площадь сечения «жестких связей», создающих распор.

Установка для осуществления предлагаемого способа испытаний плоских образцов на изгиб содержит основание 1 с закрепленной на нем опорой 2 для крепления образцов 5, выполненной в виде замкнутой рамы. Образцы нагружаются пуансоном 4, прогиб образца замерялся индикатором 3. При помощи горизонтального перемещения подвижных распорок 6 изменяется податливость в горизонтальной плоскости длинных сторон опоры 2, выполненной в виде рамы, на которые опирается образец 5, при этом изменяется коэффициент распора образца 5.

Способ испытаний плоских образцов на изгиб осуществляется следующим образом. Концы образца 5 жестко закрепляют, например, путем точечной сварки на плоских поверхностях длинных сторон опоры 2, выполненной в виде замкнутой рамы. Перемещением подвижных распорок 6 можно изменять жесткость в горизонтальной плоскости длинных сторон рамы, на которые опирается образец. Указанная жесткость характеризуется коэффициентом распора

$$K_{Р}=\frac{F_{Р}^{Ф}}{F_{Р}^{Ф}+F_{пл}}$$ ,

где K_Р - коэффициент распора;

$$F_{Р}^{Ф}$$ - фиктивная площадь сечения «жестких связей», создающих распор;

F_пл - площадь поперечного сечения образца.

Учитывая, что рабочая длина образца равна длине фиктивной распорной связи в недеформированном состоянии, фиктивную площадь сечения «жестких связей», создающих распор, можно определить из выражения:

$$F_{Р}^{Ф}=\frac{T\cdot l_{пл}}{\Delta l_{пл}\cdot E}$$ ,

где l_пл - рабочая длина образца;

T - продольное усилие, возникающее в образце при нагружении из-за наличия распора;

Δl_пл - изменение длины фиктивной распорной связи;

E - модуль Юнга.

Изменение длины фиктивной распорной связи Δl_пл, равное сближению в горизонтальной плоскости концов испытываемого образца, может быть найдено из рассмотрения балки с жестко заделанными концами и двумя опорами в пролете, загруженной в центре силой, равной продольному усилию в образце, что представлено на фиг.3:

$$\Delta l_{пл}=\frac{T\cdot c^3\cdot l}{3\cdot E\cdot I\cdot (l+3\cdot c)}$$ ,

где

I - момент инерции поперечного сечения относительно нейтральной оси при изгибе в горизонтальной плоскости длинной стороны опоры 2, выполненной в виде замкнутой рамы.

С учетом вышеизложенного, фиктивная площадь сечения «жестких связей», создающих распор, при испытании образцов согласно предлагаемому способу

$$F_{Р}^{Ф}=\frac{3\cdot l_{пл}\cdot (l+3\cdot c)\cdot I}{c^3\cdot l}$$

эта величина может регулироваться за счет изменения параметра c, т.е. перемещения подвижных распорок 6 в горизонтальной плоскости. После установки образца 5 и выбора начального положения подвижных распорок 6 осуществляется нагружение при помощи пуансона 4, замер полного прогиба при помощи индикатора 3, разгрузка и замер остаточного прогиба при помощи индикатора 3. Таким же образом выполняется некоторое число циклов нагружения при постоянном коэффициенте распора. После этого изменяется положение подвижных распорок 6 и выполняется ряд циклов нагружения при изменившемся коэффициенте распора образца 5, как описано выше, затем вновь перемещаются подвижные распорки 6 и нагружается образец 5. Данный способ испытаний при повторно-статическом нагружении позволяет получить важные экспериментальные результаты, необходимые при проектировании судовых корпусных конструкций, в частности бортовых перекрытий. Эти конструкции в процессе эксплуатации многократно подвергаются действию внешних нагрузок, что приводит к накоплению остаточных прогибов пластин обшивки. При этом из-за деформирования смежных с нагружаемой шпаций изменяются распорные характеристики, что влияет на деформирование нагружаемой пластины. Учет этого обстоятельства становится возможным при реализации предлагаемого способа испытаний плоских образцов на изгиб.

Таким образом, изобретение позволяет 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.

Способ испытаний плоских образцов на изгиб, заключающийся в том, что концы образцов закрепляют на опоре, изгибают и определяют величину прогиба в условиях сложного изгиба, отличающийся тем, что опора выполняется в виде замкнутой рамы с двумя подвижными распорками и коэффициент распора является переменным в процессе нагружения.