Способ определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов при индукционном нагреве



Способ определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов при индукционном нагреве
Способ определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов при индукционном нагреве
Способ определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов при индукционном нагреве
Способ определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов при индукционном нагреве
Способ определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов при индукционном нагреве

 


Владельцы патента RU 2538419:

Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (RU)

Изобретение относится к методам определения механических характеристик диэлектрических материалов с учетом условий их применения. Сущность способа заключается в определении предела прочности при растяжении стандартных образцов при высокоинтенсивном индукционном нагреве промежуточного металлического нагревательного элемента, имеющего тепловой контакт с испытываемым образцом. Способ учитывает специфику применения материалов в изделиях с высокими тепловыми нагрузками и скоростями нагрева. В условиях эксплуатации материала в таких изделиях происходит динамический нагрев при скоростях нагрева 10-100°C/с до температуры начала деструкции при общем времени нагрева от нескольких десятков секунд до нескольких минут. Вследствие этого материал в условиях эксплуатации испытывает тепловые нагрузки меньшей длительности, чем в условиях механических испытаний образцов стандартными методами. При этом время выдержки материала при высокой температуре оказывает существенное влияние на его механические характеристики. Индукционный нагрев позволяет осуществлять быстрый нагрев промежуточного металлического нагревательного элемента с возможностью точного автоматического управления нагревом, что является существенным для реализации динамического нагрева по заданному режиму. Технический результат − уменьшение погрешности определения механических характеристик. 5 ил.

 

Изобретение относится к методам определения механических характеристик диэлектрических материалов с учетом условий их применения.

Известен способ определения механических характеристик материала при нагреве образца электрическим нагревателем, расположенным вблизи поверхности образца, за счет чего возможно достижение температуры испытания 2500°C (Магнитский И.В., Пономарев К.А., Миронихин А.Н. Доработка и настройка установки для механических испытаний композиционных материалов при высоких температурах / Материалы XIX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. Москва, ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» 14-18 ноября 2011 г.). Недостатком этого способа является применение нагревателей из графита, из-за чего испытания при температурах больше 650°C проводят в инертной среде, что не соответствует условиям эксплуатации материала.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов за счет приближения условий испытания образца к эксплуатационным тепловым нагрузкам материала в изделии. Поставленная задача решается тем, что предложен способ определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов, включающий нагрев образца по заданному режиму, и определение его предела прочности при растяжении, отличающийся высокой скоростью нагрева за счет применения промежуточного металлического нагревательного элемента, имеющего тепловой контакт с испытываемым образцом и нагреваемого при помощи индукционного нагревателя.

Способ учитывает специфику применения материалов в изделиях с высокими тепловыми нагрузками и скоростями нагрева. В условиях эксплуатации материала в таких изделиях происходит динамический нагрев при скоростях нагрева 10-100°C/с до температуры начала деструкции при общем времени нагрева от нескольких десятков секунд до нескольких минут. Вследствие этого материал в условиях эксплуатации испытывает тепловые нагрузки меньшей длительности, чем в условиях механических испытаний образцов стандартными методами. При этом время выдержки материала при высокой температуре оказывает существенное влияние на его механические характеристики.

Сущность способа заключается в определении предела прочности при растяжении стандартных образцов при высокоинтенсивном индукционном нагреве промежуточного металлического нагревательного элемента, имеющего тепловой контакт с испытываемым образцом. Индукционный нагрев позволяет осуществлять быстрый нагрев промежуточного металлического нагревательного элемента с возможностью точного автоматического управления нагревом, что является существенным для реализации динамического нагрева по заданному режиму.

Изобретение поясняется конкретным примером определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов. Испытания проводят на испытательной машине, дополнительно оборудованной индукционным нагревателем 1 для нагрева металлических пластин 2, расположенных по обеим сторонам образца 3 (фиг.1). Температура образца контролируется в центре металлической пластины с помощью пирометра или термоэлектрического преобразователя, рабочий спай которого имеет надежный контакт с поверхностью пластины или приварен точечной сваркой.

Для испытаний применяются образцы по стандарту ГОСТ 11262-80 в виде пластин из композиционного материала размером 250×25 мм, толщиной от 2 до 6 мм. Рабочая зона образцов составляет 25 мм в центре образца. Для нагрева применяются металлические пластины размером 25×25 мм. Прочность при растяжении σ, кгс/мм определяется по формуле

σ = P S ,

где P - максимальная нагрузка при испытании на растяжение, кгс;

S - площадь поперечного сечения, мм2.

На фиг.2, а показана расчетная конечно-элементная модель (1/4 часть) испытываемого образца. Из расчетов следует, что рекомендуемым режимом нагрева является выход на температуру испытаний 1000°C за 60 секунд с последующей выдержкой не менее 20 секунд (фиг.2, б). При таком режиме рабочая зона образца прогревается полностью и равномерно, а термические напряжения, возникающие в образце при нагреве, не превышают 3% от разрушающей нагрузки.

Эксперимент (фиг.3) показал хорошее соответствие с результатами расчетов - время выхода на температуру испытания 1000°C составляет ~50 с. Таким образом, рассматриваемая конструкция образца и системы нагрева позволяет осуществить имитацию температурного режима рабочей части образца, соответствующего изделию и корректно провести испытания образца при осевом растяжении.

На фиг.4 показана диаграмма деформирования образца при испытании на растяжение, а на фиг.5 представлен образец после проведения испытания. Разрушение образца произошло в середине рабочей зоны. Такой характер разрушения был зафиксирован на всех образцах, прошедших испытания, что говорит о хорошей воспроизводимости условий испытаний. Полученные результаты характеризуются низким разбросом значений прочности - до 8% при температуре испытаний 1000°C.

Данное техническое предложение позволяет приблизить условия испытания материала к эксплуатационным тепловым нагрузкам в изделиях, тем самым снизив погрешность определения механических характеристик.

Способ определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов при индукционном нагреве, включающий нагрев образца до заданной температуры и определение предела прочности при растяжении образца, отличающийся тем, что нагрев образца до заданной температуры со скоростью 10-100°C/с и последующей выдержкой не менее 20 секунд осуществляют посредством промежуточных металлических элементов, расположенных в центре по обеим сторонам образца, нагреваемых индукционным нагревателем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытаниям механических свойств металлов и сплавов и может быть использовано для оценки критической температуры хрупкости металла элементов нефтегазового оборудования при эксплуатации в сероводородсодержащих средах, вызывающих охрупчивание металла.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к лабораторной испытательной технике, а именно к устройству для формирования и испытания образца тонких покрытий в нагрузочных устройствах, например, для испытания тонких керамических теплозащитных покрытий на механическую прочность растяжением. Устройство представляет собой предназначенный для размещения в нагрузочном устройстве разъемный узел, содержащий две цилиндрические и кольцевую детали, внешняя поверхность которых предназначена для нанесения, по меньшей мере, одного слоя тонкого покрытия и формирования образца. Одна из цилиндрических деталей имеет по оси цилиндрическую полость, а другая ответный цилиндрический выступ, размещаемый через отверстие кольца в полости и соединяющий детали. Внешняя поверхность цилиндрических деталей имеет адгезию, а поверхность кольца - без адгезии с наносимыми на них покрытиями, и служат, соответственно, для формирования образца в виде соединительного слоя и/или безадгезионного тонкого покрытия. Технический результат: повышение достоверности исследования прочностных свойств тонких покрытий путем формирования безадгезионного продольного поверхностного образца на разъемном узле, пригодном для нагружения продольным и температурным нагружениями. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике волоконно-оптической связи и может быть использовано для испытания стойкости оптического кабеля (ОК), предназначенного для прокладки в защитном полимерном трубопроводе (ЗПТ), к действию замерзающей воды в ЗПТ. Отличительная особенность заявленного способа испытаний стойкости ОК действию замерзающей воды заключается в том, что для испытаний дополнительно используют демпфирующую полимерную трубку, проложенную в стальной трубе вместе с ЗПТ с образцом OK. ЗПТ и стальная труба заполнены дистиллированной водой. При этом испытаниям подвергается образец ОК в заполненном водой ЗПТ, а нагрузка на ЗПТ при замерзании воды в стальной регулируется за счет изменения избыточного давления в демпфирующей полимерной трубке. Технический результат - возможность моделирования нагрузки на ОК в промерзающем грунте в условиях, близких к условиям прокладки ОК в ЗПТ в различных категориях промерзающего грунта. 1 ил.

Изобретение относится к способам определения термомеханических характеристик полимерных композиционных материалов, конкретно к способам определения температуры стеклования Tc, температуры α-перехода Tα температуры начала перехода из стеклообразного состояния в высокоэластичное Tнп и теплостойкости. Сущность: образец в виде стержня постоянного сечения с шарнирно закрепленными концами подвергают продольному изгибу до заданной величины прогиба/напряжения, производят нагрев образца при постоянном прогибе с регистрацией изменения осевой силы, и температуры нагрева. Для построения термомеханической кривой и определения температуры начала перехода Tнп, температуры стеклования Tс и температуры α-перехода Tα продольное нагружение образца осуществляют до величины прогиба/напряжения, исключающих его разрушение в исследуемом диапазоне температур, соответствующих 0,05-0,1 от разрушающего прогиба/напряжения образца, а для определения теплостойкости продольное нагружение осуществляют до величины прогиба/напряжения, обеспечивающих гарантированное разрушение образца в исследуемом интервале температур, преимущественно 0,1-0,5 от разрушающего прогиба/напряжения, при этом теплостойкость образца определяют как температуру, при которой происходит его разрушение. Технический результат: обеспечение высокой достоверности получаемых результатов, а также возможность определения комплексной характеристики полимерного композиционного материала - его теплостойкости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токопроводящих материалов с целью получения диаграммы деформирования при одноосном растяжении и импульсном нагреве в вакууме или инертной среде. Устройство выполнено в виде составной круговой направляющей, образованной двумя, имеющими возможность поворота относительно общей оси, фрагментами. Их опорные поверхности совпадают по форме с вогнутой поверхностью образца и соосными шарнирными хвостовиками, соединенными с нагружающим устройством. Опорная поверхность обоих фрагментов круговой направляющей в местах контакта с образцом выполнена из токонепроводящего и теплоизолирующего материала, механизмы для крепления образца выполнены в виде токоподводов, при этом, по крайней мере, один из них электрически изолирован от фрагментов устройства. В состав устройства включены датчики усилия, деформации, температуры образца, источник электрического тока и коммутирующее устройство, а также герметичная охватывающая рабочая камера, оснащенная токовводами силовой электрической цепи нагрева образца и электрически изолированным разъемом для подключения датчиков усилия, деформации и температуры образца. Технический результат: возможность точного определения механических свойств дугообразных образцов из токопроводящих материалов при одноосном растяжении и импульсном нагреве в вакууме или инертной среде с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых материалов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательному оборудованию, а конкретно к оборудованию для испытаний на статические силовые воздействия при повышенных температурах. Установка содержит силовую раму, тепловую камеру с нагревателем и крышкой, приспособление для установки в камере объекта испытаний (ОИ), механизм растягивающего нагружения, протоки охлаждения, регистрирующую аппаратуру, связанную с ПЭВМ. Тепловая камера закреплена сверху на силовой раме. Приспособление для установки ОИ снабжено по крайней мере двумя тягами и по крайней мере четырьмя регулируемыми по высоте съемными опорами, выполненными с возможностью размещения внутри тепловой камеры попарно симметрично вдоль ее продольной оси. Механизм растягивающего нагружения выполнен в виде двух закрепленных на силовой раме одинаковых съемных силовозбудителей, размещенных снаружи тепловой камеры соосно с ОИ и симметрично относительно ее поперечной оси, и двух нагрузочных штанг, проходящих через торцы тепловой камеры вдоль ее продольной оси, снабженных опорами, установленными на силовой раме соосно с ОИ. Один конец каждой нагрузочной штанги жестко соединен с ОИ, а другой через охлаждаемую при помощи протоков охлаждения муфту через съемный динамометр соединен с соответствующим силовозбудителем. Технический результат: обеспечение проведения испытаний крупногабаритных объектов на статические силовые воздействия до 50 тонн при температуре до 1000°С, при удобстве установки крупногабаритного ОИ соосно механизму растягивающего нагружения и обеспечение возможности изменения статического усилия на ОИ. 5 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к высокотемпературным испытаниям на прочность, и может быть использовано при исследовании свойств наплавленного металла, обладающего высокой твердостью, на установках тепловой микроскопии. Образец выполнен в виде стержневой рабочей части и конических захватных частей из разнородных материалов, удельные сопротивления которых выбраны из соотношения ρ з/ ρ р≥1.2, где ρ з и ρ р - удельные электросопротивления захватных и рабочей частей соответственно. Длина рабочей и захватных частей выбирается из соотношения Lз/Lp=(0,5-:-1,5), а материал захватных частей - из металла с большей жаропрочностью, чем материал рабочей части образца. Технический результат: повышение точности высокотемпературных испытаний на прочность и вязкость путем создания равномерности распределения температуры по длине испытуемого образца, возможность определения характеристик жаропрочности при испытаниях наплавленного металла, возможность регулирования скорости нагрева и охлаждения образцов за счет изменения длины и захватных частей материала, снижение стоимости изготовления образцов из наплавленного металла, обладающего высокой твердостью, за счет упрощения формы испытуемого образца. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов с памятью формы, а именно сплавов на основе никелида титана, и может быть использовано во всех областях народного хозяйства для определения и контроля радиальных напряжений термомеханического возврата, необходимых для обеспечения работоспособности соединений при сборке конструкций с помощью муфт из материала с эффектом памяти формы. Сущность изобретения: испытанию подвергают полый цилиндрический образец круглого сечения с аустенитной структурой. Предварительно измеряют размеры диаметра его внутренней полости и высоты, затем охлаждают цилиндрический образец до температуры образования мартенситной структуры и в этом состоянии его подвергают деформированию путем раздачи его внутренней полости на стержне с диаметром на 2-8% больше диаметра внутренней полости, измеренной в первоначальном аустенитном состоянии. Затем образец со стержнем нагревают до температуры образования аустенитной структуры и после этого прикладывают усилия для разъединения стержня и образца и в момент начала страгивания стержня из внутренней полости образца фиксируют величину приложенного усилия. Напряжение термомеханического возврата определяют из соотношения. Технический результат: создание способа определения величины термомеханических напряжений возврата, возникающих в радиальном направлении в термомеханических соединениях, осуществляемых с помощью муфт, изготовленных из материала с эффектом памяти формы.

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токсичных материалов на растяжение в условиях малоциклового нагружения в вакууме при повышенных температурах. Установка содержит вакуумируемую рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, представляющий собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой с гидравлическим домкратом, снабженным управляемым клапаном, нагреватель образца, протоки охлаждения, выполненные, по крайней мере, в одном из захватов, регистрирующую аппаратуру, установленную непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, сигналы с которой поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее на ПЭВМ. Груз подвешен к рычагу через металлическую проволоку, на участке которой имеются зажимы, соединенные с клеммами аккумулятора, один из которых соединен через тиристор, управляемый через блок сравнения регистрирующей аппаратурой, установленной на образце. Технический результат: возможность получения диаграмм деформирования в условиях малоциклового нагружения со скоростями деформирования в диапазоне 10-2-10-4 с-1 с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых токсичных материалов за счет имеющейся двойной герметизации образцов из токсичных материалов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям объектов, а именно к устройствам для испытаний объектов на вибронагружение в различных средах при высоких температурах и давлениях. Установка содержит индукционный нагреватель, включающий водоохлаждаемую катушку в виде спирали, выполненной с возможностью соосного размещения объекта испытаний (ОИ) внутри нагревателя, опоры для ОИ, нагружающее устройство, устройство охлаждения, соединенное с протоками охлаждения тоководов нагревателя, контрольно-измерительную аппаратуру, соединенные последовательно пульт управления, соединенный с контрольно-измерительной аппаратурой, преобразователь частоты, батарею конденсаторов, последовательно-параллельно подключенную по крайней мере к одной паре соосно установленных водоохлаждаемых катушек индукционного нагревателя в виде спиралей. Нагружающее устройство выполнено в виде вибровозбудителя, а опоры для ОИ установлены на скользящем столе вибровозбудителя. Устройство охлаждения, пульт управления, преобразователь частоты, батарея конденсаторов могут быть расположены на дистанции от вибровозбудителя с размещенным на его скользящем столе ОИ внутри катушек индукционного нагревателя, а устройство охлаждения снабжено независимым пультом управления подачей охлаждающей воды. Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в обеспечении испытаний крупногабаритных цилиндрических объектов на комплексные термомеханические нагрузки, сокращение времени выхода на заданный температурный режим, снижение теплопотерь, массы и габаритов, повышение температуры испытаний до 1400°C и выше, в повышении КПД установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх