Способ оценки области линейности механических свойств материалов при деформировании



Способ оценки области линейности механических свойств материалов при деформировании
Способ оценки области линейности механических свойств материалов при деформировании
Способ оценки области линейности механических свойств материалов при деформировании
Способ оценки области линейности механических свойств материалов при деформировании
Способ оценки области линейности механических свойств материалов при деформировании
Способ оценки области линейности механических свойств материалов при деформировании
Способ оценки области линейности механических свойств материалов при деформировании
Способ оценки области линейности механических свойств материалов при деформировании
Способ оценки области линейности механических свойств материалов при деформировании

 


Владельцы патента RU 2546712:

Сазонов Василий Глебович (RU)
Свободин Виктор Николаевич (RU)

Изобретение относится к испытательной технике, к методам определения механических свойств материалов. Сущность: испытывают одновременно два объекта испытаний. На каждый объект действует нагрузка одной и той же величины. Разные объекты имеют разную длину и площадь сечения, при этом площадь сечения объекта прямо пропорциональна его длине. Один объект представляет собой образец, площадь сечения которого So, длина Lo, а другой объект представляет собой два рядом расположенных образца, нагружаемых одновременно одинаковыми силами, каждый из этих двух образцов имеет площадь сечения So, длину 2×Lo. Оба объекта одноименными концами с помощью гибких, но жестких на растяжение элементов, перекинутых через ролики, вращающиеся без трения вокруг неподвижно закрепленных осей, связывают между собой. На ролике устанавливают стрелочный индикатор. Другие одноименные концы объектов с помощью гибких, но жестких на растяжение элементов крепят к подвижной жесткой легкой траверсе. Объекты крепят так, что при нагружении они и линия действия приложенной к этой траверсе нагрузки располагаются вдоль параллельных прямых. Посередине между точками крепления образцов к траверсе предусмотрена зона приложения нагрузки. О достижении предела линейности механических свойств материала судят по величине угла поворота стрелочного индикатора. Технический результат: облегчение процедуры поддержания пропорциональности нагрузок, действующих на два разных образца для каждого момента времени, отсчитываемого от начала процесса. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике, к методам определения механических свойств материалов. Изобретение может использоваться при испытании образцов из вязкоупругих материалов, других полимерных материалов, а также при испытаниях тонкой проволоки или образцов в виде тонкостенных колец.

Чтобы охарактеризовать рассматриваемую проблему, приведем некоторые данные, указанные в книге «Механика полимеров» (см. раздел «Линейная теория вязкоупругости», стр.117 в книге: Огибалов П.М., Ломакин В.А., Кишкин Б.П. Механика полимеров. Изд-во Московского университета. 1975, 528 с.), а также комментарии к этим данным.

Характерными особенностями жестких полимеров являются малая деформируемость и сильное влияние времени деформирования на их поведение. Эти особенности являются определяющими при математической формулировке задачи о расчете на прочность и деформируемость изделий из жестких полимеров. //Этот вопрос является актуальным не только для жестких полимеров, но и для полимеров другой жесткости.//

Пусть εij - тензор малых деформаций, отнесенный к декартовой ортогональной системе координат Xi, σij - соответствующий тензор напряжений. Тогда соотношения

,

где Fij - функционалы по времени от деформаций и температуры Т, замыкают систему уравнений механики сплошной среды и проблема построения теории деформирования тех или иных жестких полимеров сводится к конкретизации функционалов Fij.

В некоторой области состояний материала, вблизи исходного состояния (т.е. ненапряженного и недеформированного состояния) для жестких полимеров имеет место линейность их механических свойств, т.е. функционалы Fij удовлетворяют условиям:

//Строго говоря, в общем случае, для проверки выполнения соотношений (1) и (2) требуется бесконечное число экспериментов.//

Рассмотрим простой случай - растяжение одноосных образцов, обозначим σ11 - осевое напряжение, ε11 - осевая деформация образца.

Соотношение (2) означает следующее. Пусть есть два одинаковых образца. Если у первого образца деформация меняется во времени по закону ε11(1)(τ), а у второго образца по закону ε11(2)(τ)=a×ε11(1)(τ), то между величинами напряжений в первом образце σ11(1)(τ) и во втором образце σ11(2)(τ) должно выполняться соотношение

причем это соотношение должно выполняться для каждого момента времени. Таким образом, в данном случае, способ оценки пределов линейности может заключаться в следующем. Берется два идентичных образца, один образец деформируется по закону ε11(1)(τ), а второй образец по закону

ε11(τ)=а×ε11(1)(τ),

в процессе деформации замеряют приложенное усилие и вычисляют напряжения в этих образцах (проводится непрерывная запись величины усилия или для дискретных моментов времени) и проводится проверка выполнения условия (3). Если при малых деформациях соотношение (3) выполнялось достаточно точно, а при увеличении деформации с какого-то момента различия между правой и левой частями соотношения (3) начинают заметно возрастать, то можно считать, что мы превысили предел линейности. За оценку предела линейности (по деформациям) можно принять то значение деформации, при котором разность

11(2)(τ)-а×σ11(1)(τ)|

станет заметной, например, превысит 5% или 10% от |σ11(2)(τ)|.

Соотношение (1) (при его использовании совместно с соотношением (2)) означает следующее. Пусть есть три одинаковых образца. Если у первого образца деформация меняется во времени по закону ε11(1)(τ), у второго образца по закону ε11(2)(τ), а у третьего образца по закону

ε11(3)(τ)=а×ε11(1)(τ)+b×ε11(2)(τ),

то между величинами напряжений в первом образце σ11(1)(τ), во втором образце σ11(2)(τ) и в третьем образце σ11(3)(τ) должно выполняться соотношение

причем это соотношение должно выполняться для каждого момента времени.

Таким образом, в данном случае, способ оценки пределов линейности может заключаться в следующем. Берется три идентичных образца, один образец деформируется по закону ε11(1)(τ), второй образец - по закону ε11(2)(τ), а третий образец - по закону

ε11(3)(τ)=а×ε11(1)(τ)+b×ε11(2)(τ),

в процессе деформации замеряются усилия и вычисляют напряжения в этих трех образцах (проводится непрерывная запись величин усилия или для дискретных моментов времени) и проводится проверка выполнения условия (4). Если при малых деформациях соотношение (4) выполнялось достаточно точно, а при увеличении деформации с какого-то момента различия между правой и левой частями соотношения (4) начинают заметно возрастать, то можно считать, что мы превысили предел линейности. За оценку предела линейности (по деформациям) можно принять то значение деформации, при котором разность

11(3)(τ)-[а×σ11(1)(τ)+b×σ11(2)(τ)]|

станет заметной, например, превысит 5% или 10% от |σ11(3)(τ)|.

Известен способ определения усилия текучести при испытании проволочного образца на растяжение (см. описание изобретения к А.с. СССР SU 1779975 A1, G01N 3/08, Б.и. №45, 1992 г.), заключающийся в следующем. Образец проволоки (например, длиной 900 мм) закрепляют в захватах разрывной (испытательной) машины, рабочую часть образца посредством контактов включают в качестве плеч в схему уравновешенного моста Уитсона с источником питания и нуль-индикатором. Суть изобретения заключается в том, что в качестве критерия начальной пластической деформации принято изменение электрического сопротивления в локальной зоне рабочей части образца, вызванное пластическим течением, по сравнению с упругонапряженной остальной зоной рабочей части образца.

Локальное изменение электросопротивления улавливается путем включения рабочей части образца в роли четырех плеч в схему уравновешенного моста Уитсона, а усилие локальной текучести определяется в момент разбалансировки моста по нуль-индикатору.

В описании к А.с. СССР SU 1779975 A1 приведен следующий пример. Образец наклепанной стальной проволоки толщиной 1,05 мм и длиной 900 мм установлен в разрывную машину FPZ-10. На рабочую часть образца установлены пять зажимов типа «крокодил». Зажимы присоединены к источнику питания на 0,5 А и к самопишущему вольтметру Н399 на предел 5 мВ по схеме моста Уитсона, причем участки образца между зажимами представляют собой плечи моста. Дано предварительное нагружение образца, перемещением среднего зажима вдоль образца нуль-индикатор приведен к нулю. Нагружение продолжили. Испытание вели с записью диаграммы растяжения. Разбалансировка моста произошла в момент, предшествующий явному излому кривой, записанной на диаграмме. Таким образом, способ обеспечивает выявление максимально допустимого нагружения изделия из материала образца с повышенной точностью и достоверностью. Дополнительно к этому, способ позволяет упростить испытания за счет исключения операции разгружения образца и обмера длины рабочей части для определения остаточного удлинения. Способ пригоден для испытания проволоки, холоднокатаной и сплющенной ленты, в том числе элетротехнического назначения.

Совпадающими признаками данного способа и заявляемого способа являются следующие. Рабочая часть исследуемого материала разделена на участки, каждый из которых может рассматриваться как самостоятельный образец. В результате при испытаниях нагружается одновременно несколько объектов испытания, причем одинаковым усилием в каждый момент времени (рассматриваются квазистатические процессы нагружения, когда можно пренебречь инерционными силами).

Недостатками этого способа являются следующие. Этот способ применим только для токопроводящих материалов.

Известен способ оценки предела линейности механических свойств (см. стр.366, строки 15-20 (пункт 2)) в статье: Огибалов П.М., Тюнеева И.М. Область линейности механических свойств армированных пластиков. Стр.366-370 в журнале: Механика полимеров, 1969, №2), заключающийся в следующем. «Если с двумя одинаковыми телами за время t проведены два опыта деформации двумя различными системами сил, то в третьем опыте с таким же телом за такое же время t при условии, что действует система сил, равных сумме соответствующих сил первого и второго опытов, перемещения в каждый момент времени будут равны сумме соответствующих перемещений в первых двух опытах.»

Совпадающими признаками этого известного способа и заявляемого способа являются следующие. Нагружают более чем один объект испытания, причем различными системами сил и сравнивают перемещения в каждый момент времени.

Недостатки этого известного способа заключаются в следующем. На практике сложно реализовать синхронно во времени нагружение (время отсчитывается от начала процесса), при котором действует система сил, равных сумме соответствующих сил первого и второго опытов (для каждого момента времени).

Известен способ оценки области линейности механических свойств (см. стр.366, строки 13-15 (пункт 1)) в статье: Огибалов П.М., Тюнеева И.М. Область линейности механических свойств армированных пластиков. Стр.366-370 в журнале: Механика полимеров, 1969, №2), заключающийся в следующем (этот способ принят в качестве прототипа). В указанной статье в пункте 1) (см. стр.366, строки 13-15) сказано следующее. «Если в любых двух опытах в одинаковые (от начала процесса) моменты времени силы различаются множителем n, то и перемещения будут различаться тем же множителем n.»

Из сказанного выше следует следующее.

Образец №1 нагружают силой P1(t), при этом напряжение, вызванное этой нагрузкой, будет σ1(t), а соответствующая деформация будет ε1(t) и перемещение U1(t).

Образец №2 нагружают силой Р2(1)=n×P1(t), при этом напряжение, вызванное этой нагрузкой, будет σ2(t)=n×σ1(t), а соответствующая деформация будет ε2(t)=n*×ε1(t) и перемещение U2(t)=n*×U1(t).

В области линейности механических свойств перемещения будут различаться тем же множителем, т.е. n*=n. // Естественно, что экспериментальные данные могут иметь какой-то разброс. Поэтому следует определять некоторое предельное значение напряжения (или деформации), когда при дальнейшем увеличении напряжения разница между значениями n* и n начинает возрастать. Можно выделить характерные значения напряжения (или деформации), когда эта разница превысит, например, 5% или 10%.

Совпадающими признаками этого известного способа и заявляемого способа являются следующие. Нагружают два объекта испытания; в одинаковые (от начала процесса) моменты времени приложенные к образцам силы различаются множителем n. Сравнивают значения перемещений - в области линейности перемещения будут различаться тем же множителем n.

Недостатки этого известного способа заключаются в следующем. На практике сложно реализовать два режима нагружения, при которых силы различаются множителем n для каждого одинакового (от начала процесса) момента времени.

Задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить режим нагружения двух объектов испытаний, при котором нагрузки различаются множителем n для каждого одинакового (от начала процесса) момента времени.

Задача решается тем, что одновременно испытываются нагрузкой одной и той же величины два объекта испытаний, имеющих разное сечение и разную длину; причем длина объекта испытаний прямо пропорциональна его площади поперечного сечения. В частности, один объект испытаний может представлять собой образец длиной Lo, сечением So, а другой объект испытания представляет собой два рядом расположенных образца, каждый из которых имеет сечение So, а длину 2Lo. Эти объекты испытания одноименными концами с помощью гибких элементов (но жестких на растяжение), перекинутых через ролики, вращающиеся без трения вокруг жестко закрепленных осей, связаны между собой. Причем, для удобства замера угла поворота ролика при «прокате» по ролику гибкого элемента, на ролике установлен стрелочный индикатор. При этом другие одноименные концы объектов испытания с помощью гибких, но жестких на растяжение элементов крепят к подвижной жесткой легкой траверсе. Причем объекты испытания крепят так, что при нагружении они и линия действия приложенной к траверсе нагрузки располагаются вдоль параллельных прямых. Посередине между точками крепления образцов к легкой подвижной траверсе предусмотрена зона приложения нагрузки. При приложении нагрузки траверса без трения может отклоняться от первоначального своего положения.

Сущность изобретения заключается в том, что обеспечивается одновременное нагружение двух объектов испытаний и при этом в любой момент времени (от начала нагружения) сохраняется неизменным соотношение между величинами нагрузок, действующими на образцы.

Технический результат изобретения заключается в том, что облегчается процедура поддержания пропорциональности нагрузок, действующих на два разных образца для каждого момента времени, отсчитываемого от начала процесса.

Предполагается, что инерционные силы малы, при этом динамические нагрузки не рассматриваются.

Практика показала, что, например, для закрепления образцов в виде кусков резиновой трубки велониппеля, кусков «рыболовного» кембрика (трубки из эластомерного материала) и т.п. вполне подходят зажимы типа «крокодил». Эти зажимы позволяют надежно закрепить концевую часть образца и при растяжении образца не происходит «проскальзывания» (в рабочей части образца остается практически тот же участок исследуемого (растягиваемого) материала).

Например, испытывалась резиновая трубка велониппеля. Длина рабочей части одного образца составляла 70 мм, длина рабочей части другого образца составляла 140 мм (наружный диаметр резиновой трубки 3,4 мм, внутренний диаметр 2,4 мм).

На фиг.1 показана схема крепления и нагружения образцов, а также схема замера перемещений. //Размеры образцов: «ширина» (диаметр), длина на фиг.1 показаны условно.//

На фиг.1 обозначено.

1 - образец, имеющий в рабочей части площадь сечения So, а длину Lo.

2 и 3 - представляют собой второй объект испытаний, например, 2 и 3 одинаковые образцы, площадь сечения каждого из них So, а длина 2×Lo, в итоге этот объект испытаний имеет площадь сечения 2×So, а длину 2×Lo.

4 и 5 - жесткие элементы, к которым с помощью гибких (но жестких на растяжение) элементов 14, 15, 16, 17 крепятся образцы 2 и 3.

6, 7, 8 - ролики, оси вращения которых неподвижно закреплены на жесткой станине, ролики без трения вращаются вокруг своих осей вращения.

9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 - гибкие (но жесткие на растяжение) элементы (например, куски гибкого, тонкого троса или жесткой на растяжение нити; 10, 11, 12, 13 - это участки одного гибкого элемента, перекинутого через блоки 6, 7, 8).

19 - подвижная жесткая легкая траверса (далее используется наименование: «траверса 19»), служащая для нагружения испытуемых образцов 1, 2 и 3.

20 - стрелочный индикатор, закрепленный на ролике 8; поворот ролика 8 вызывает поворот стрелочного индикатора 20.

21 и 22 - зоны крепления гибких элементов, соответственно 18 и 9, к траверсе 19.

23 - точка приложения нагрузки P к траверсе 19.

24 - шкала с делениями, по которым замеряются величины смещения траверсы 19 при приложении нагрузки P.

Для обеспечения условия, что на образец 1 в любой момент времени действует та же сила, что и на систему образцов 2 и 3, необходимо, чтобы соблюдалась симметрия в расположении деталей. В частности, симметрия в расположении роликов 6, 7, 8; чтобы при приложении силы P детали 9, 10 и 13, 18 и 14, 16 и 15, 17 располагались на параллельных прямых, чтобы сила P была направлена вертикально вниз, чтобы в зонах точек 21 и 22 возникали одинаковые силы реакции, направленные по вертикали вверх и т.п.

При необходимости в зоне крепления элемента 9 к траверсе 19 (см. точку 22) могут крепиться дополнительные грузы для компенсации веса деталей 4 и 5 и дополнительного веса образцов 2 и 3 (эти дополнительные грузы на фиг.1 не показаны).

Испытания с целью получения оценки предела линейности механических свойств материалов при деформировании проводят следующим образом. Выбирают длину рабочей части образца 1 (например, длина рабочей части образца в виде резиновой трубки велониппеля была 70 мм, плюс два раза по 10 мм для закрепления образца, итого длина заготовки 90 мм). Образцы 2 и 3 имели длину рабочей части вдвое большую (длина заготовки была 160 мм). Оказалось (экспериментально проверено), что образцы в виде резиновой трубки велониппеля хорошо закрепляются зажимами типа «крокодил». Поэтому к концам гибких элементов 9, 10, 14, 15, 16, 17 крепятся зажимы типа «крокодил» (на фиг.1 эти зажимы не показаны). С помощью зажимов типа «крокодил» крепятся образцы 1, 2, 3, при этом длина рабочей части образцов 2 и 3 вдвое больше длины рабочей части образца 1. Затем прикладывается малая начальная нагрузка. Фиксируется начальное положение φо стрелочного индикатора 20 и по шкале 24 фиксируется начальное положение Zo траверсы 19.

Поэтапно увеличивают нагрузку P и фиксируют значения угла φ, характеризующего положение стрелочного индикатора 20 и координату Z1, характеризующую положение траверсы 19.

Сила, растягивающая образец 1, и сила, растягивающая систему одинаковых образцов 2 и 3, равны между собой. Но образцы 2 и 3 вдвое длинней, а на каждый из них приходится нагрузка, вдвое меньшая. В итоге, если материал деформируется в линейной области, то перемещения в обоих случаях должны быть одинаковыми, а значит стрелочный индикатор 20 при возрастании нагрузки не будет поворачиваться, а будет оставаться в первоначальном положении.

Фактически обычно не наблюдается четкой границы между областями линейного и нелинейного деформирования, поэтому следует получить оценки, когда отклонения (например, по деформациям) от линейности характеризуются величиной 5% или 10%.

Рассматриваем малые отклонения от линейности (угол φ мал, см. фиг.1). В этом случае для расчетов можно использовать представленные ниже соотношения.

Итак, при малой начальной нагрузке зафиксированы значения Z0 и φ0. Приложена нагрузка P и зафиксированы значения Z1 и φ1. Расчеты проводятся по следующим формулам (здесь Lo - начальная длина более короткого образца):

Δφ=φ1о (в данном случае значение угла φ выражается в радианах).

Rэкв≈Rрол+Rн (Rрол - радиус ролика; Rн - радиус нити (гибкого троса)).

ε1 - деформация образца 1;

2×ε2 - удвоенная деформация образца 2 (и образца 3); //на практике возможны случаи, когда ε1<2×ε2, в этом случае величина Δ считается отрицательной//.

С использованием данного способа можно испытывать также металлические образцы в виде тонких колец. В этом случае образец 1 представляет собой кольцо, к которому вдоль диаметра приложена растягивающая сила. А образцы 2 и 3 представляют собой «цепочки» из двух последовательно соединенных таких же кольцевых образцов.

//При испытании податливых материалов или податливых образцов в виде колец элементы 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 и зоны их крепления (см., например, точки 21, 22, 23) не испытывают больших нагрузок. Если образцы 1, 2, 3 достаточно жесткие и для их растяжения требуются значительные усилия, то и остальные детали, включая зажимы для крепления образца, должны быть рассчитаны на высокие нагрузки.//

Следует заметить, что при испытании одноосных образцов нелинейность может быть обусловлена не только нелинейностью свойств материала, но и тем, что при растяжении меняется площадь сечения образца. Резиноподобные материалы относятся к классу так называемых малосжимаемых материалов. У этих материалов модули Е и G на несколько порядков меньше модуля объемного сжатия К, при этом часто принимается, что при деформировании объем материала не изменяется.

Пусть деформированный образец имеет длину L1 (недеформированный образец имеет длину L1,0):

L1=L1,0×(1+ε)

и соответственно площадь поперечного сечения S1 (недеформированный образец имеет площадь поперечного сечения S1,0). Из условия сохранения объема получим:

Аналогично для второго образца получаем

Так как у нас один из объектов испытаний представляет собой два рядом расположенных образца, каждый из которых имеет то же сечение, но вдвое длинней, чем другой объект испытаний, для получения приближенных оценок примем, что соотношение между деформациями объектов испытаний характеризуется соотношением: ε2=0,5×ε.

В этом случае получаем, что

Таким образом, при малых деформациях ε (ε - осевая деформация короткого образца) относительная разность площадей сечения растянутых образцов из двух разных объектов испытания (нагружаемых одновременно) будет составлять примерно 0,5×ε.

Нагрузка P равномерно распределяется между объектами испытаний: усилие P/2 растягивает правую ветвь рассматриваемой системы (т.е. образец 1); усилие P/2 растягивает левую ветвь (т.е. образцы 2 и 3). При испытании эластичных или мягких материалов, а также тонкой проволоки надо учитывать вес захватных приспособлений и вес самих образцов 1, 2, 3. Захватные приспособления, используемые для крепления образцов, на правой ветви и левой ветви должны иметь примерно одинаковый вес. Желательно уравновешивать правую и левую ветви системы. Это замечание относится к случаю, когда рассматриваемая система располагается вертикально и нагрузка P направлена вертикально вниз. Рассматриваемая система может располагаться в горизонтальной плоскости, при этом поверхность, по которой перемещаются («скользят») образцы 1, 2, 3, траверса 19 и другие детали, должна быть гладкой, чтобы не возникало заметных сил трения.

Т.к. у объекта испытаний № II (образцы 2 и 3) площадь сечения вдвое больше, чем площадь сечения у объекта испытаний № I (образец 1), то при одинаковой нагрузке P/2 в образцах 2 и 3 будут вдвое меньшие напряжения, чем в образце 1, это означает что, при деформировании в пределах линейности, деформация образцов 2 и 3 будет вдвое меньше, чем деформация образца 1. Но, т.к. образцы 2 и 3 вдвое длиннее образца 1, то удлинение образцов 2 и 3 будет таким же, как у образца 1, поэтому стрелочный индикатор 20 не должен вращаться, т.е. при возрастании нагрузки P он должен оставаться неподвижным.

Если нагрузка P достигнет такой величины, что будет превышен предел линейности механических свойств материала, то образец 1 будет растягиваться сильней, чем образец 2 (и образец 3), поэтому стрелочный индикатор 20 начнет вращаться.

Способ реализуется следующим образом. Для обеспечения условия пропорциональности деформаций двух объектов испытаний для любого момента времени, отсчитываемого с момента нагружения объекта испытаний, с помощью гибких элементов составляют цепочку образцов, состоящую из двух объектов испытаний. Причем объекты испытаний имеют разную длину и разную площадь сечения. Причем площадь сечения объектов испытания прямо пропорциональна длине, например один объект испытаний может представлять собой образец, площадь сечения которого So, длина Lo. При этом другой объект испытаний представляет собой два рядом расположенных образца, нагружаемых одновременно, каждый из этих двух образцов имеет площадь сечения So, длину 2×Lo, в итоге этот объект испытаний имеет площадь сечения 2×So, а длину 2×Lo. О том, что превышен предел линейности судят по величине угла отклонения стрелочного индикатора 20 от своего первоначального положения.

Объекты испытания закрепляют в захватах испытательной установки, проводят нагружение двух объектов испытания, замеряют приложенное усилие, определяют деформацию объектов испытаний и следят за величиной угла поворота стрелочного индикатора 20 от своего первоначального положения.

Для вязкоупругих материалов удобно предварительно наметить план изменения нагрузки во времени, например, изменять во времени нагрузку по закону, имитирующему ожидаемый процесс нагружения материала в элементе конструкции.

Малая начальная нагрузка может составлять, например, около 5% от максимального значения нагрузки.

Если система располагается вертикально, то в качестве начальной нагрузки, возможно, достаточным будет вес траверсы 19.

Если система располагается горизонтально, то должна быть предусмотрена плоская горизонтальная гладкая поверхность, по которой свободно (без трения или с незначительными силами трения) могли бы перемещаться детали 1, 2, 3, 4, 5, 19, их соединяющие гибкие элементы и зажимы типа «крокодил» для крепления образцов.

Для удобства в описании изобретения подробно рассмотрен случай, когда второй объект испытаний представляет собой два рядом расположенных образца того же сечения, что и первый образец (первый объект испытаний), но имеющий вдвое большую длину рабочей части образца. Но второй объект испытаний может представлять собой, например, три рядом расположенных образца, нагружаемых одновременно равными нагрузками, но эти образцы имеют втрое большую длину рабочей части. В общем случае одновременно нагружаются одинаковыми силами объекты испытания, имеющие разное сечение и разную длину, причем длина рабочей части второго объекта испытаний пропорциональна площади его сечения.

В частности, при испытаниях были получены следующие результаты. Испытывалась резиновая трубка велониппеля белого цвета, наружный диаметр 3,0 мм; внутренний диаметр 2,1 мм, площадь сечения 3,605 мм2, длина рабочей части короткого образца 70 мм, длинного образца 140 мм, Rэкв≈7,7 мм (см. (5)). Результаты испытаний показаны в таблице 1.

Таблица 1
Результаты испытаний
Величина Числовое значение
Нагрузка, Н ≈0 2,5 4,0 5,0
Напряжение, МПа 0 0,347 0,555 0,693
Δφ - угол поворота стрелочного индикатора 20, град., радианы 1,5 град. 0,02618 рад. 11 град. 0,1920 рад. 26,8 град. 0,4677 рад.
Δ - величина «проката» гибкого элемента по ролику, мм 0,2016 1,4783 3,6017
Координата Z1, мм 35,5 40 44,5 47,5
Деформация ε1, % 6,717 14,97 22,29
Деформация: 2×ε2, % 6,141 10,75 12,00
1-(2×ε2)]/ε1×l00, % 8,58 28,19 46,16

В таблице 1 указаны следующие величины. Нагрузка - это приложенное к системе усилие; при выдержках при постоянной деформации значение нагрузки заметно уменьшается, в таблице 1 приведены максимальные, зафиксированные в опыте значения нагрузок. Т.к. имеется две (одинаково нагруженных) «ветви» образцов, то на образец 1 приходится вдвое меньшая нагрузка, чем нагрузка, указанная в таблице 1. Напряжение - это напряжение в образце 1, вычисленное путем деления силы, приходящейся на образец 1, на значение начальной площади сечения (3,605 мм2). Δφ - угол поворота стрелочного индикатора 20. Δ - величина «проката» гибкого элемента по ролику 8. Координата Z1 - это экспериментально замеренное значение, характеризующее положение траверсы 19. При «нулевой» нагрузке координата Z1 совпадает с координатой Z0 (см. фиг.1). Величины Δ, ε1, 2×ε2 вычисляются по формулам (5)-(7).

Из таблицы 1 следует, что при деформации ε1≈6,7% разность деформаций образца 1 ε1 и удвоенной деформации 2×ε2 второго образца составляет примерно 8,6%; если ε1≈15%, то эта разность достигает 28,2%. Значит, если за предел линейности взять условия, когда рассматриваемая разность будет равна 10%, то в этом случае предел линейности (по деформации) будет расположен в области: 6,7%<ε1<15%.

В таблице 1 приведены данные о величинах деформаций. Но, считая, что материал образцов деформируется равномерно, можно считать, что величины перемещений пропорциональны соответствующим деформациям.

Способ оценки области линейности механических свойств материалов при деформировании, заключающийся в том, что проводят нагружение двух объектов испытания, причем при испытании второго объекта испытаний нагрузка в одинаковые (от начала процесса) моменты времени отличается в n раз от нагрузки, приложенной к первому объекту испытания, определяют перемещения и сопоставляют между собой результаты, полученные при испытаниях этих двух объектов испытаний, отличающийся тем, что для обеспечения условия пропорциональности нагрузок двух объектов испытаний для любого момента времени, отсчитываемого от начала процесса нагружения, испытывают одновременно два объекта испытаний, причем на каждый объект испытаний действует нагрузка одной и той же величины, причем разные объекты испытаний имеют разную длину и площадь сечения, при этом площадь сечения объекта испытания прямо пропорциональна его длине, в том числе один объект испытаний может представлять собой образец, площадь сечения которого So, длина Lo, при этом другой объект испытаний представляет собой два рядом расположенных образца, нагружаемых одновременно одинаковыми силами, каждый из этих двух образцов имеет площадь сечения So, длину 2×Lo, эти два объекта испытаний одноименными концами с помощью гибких, но жестких на растяжение элементов, перекинутых через ролики, вращающиеся без трения вокруг неподвижно закрепленных осей, связывают между собой, причем, для удобства замера угла поворота ролика при «прокате» по ролику гибкого элемента, на ролике устанавливают стрелочный индикатор, при этом другие одноименные концы объектов испытания с помощью гибких, но жестких на растяжение элементов крепят к подвижной жесткой легкой траверсе, причем объекты испытания крепят так, что при нагружении они и линия действия приложенной к этой траверсе нагрузки располагаются вдоль параллельных прямых, при этом посередине между точками крепления образцов к этой траверсе предусмотрена зона приложения нагрузки, причем при приложении нагрузки эта траверса без трения может смещаться от первоначального своего положения, причем точки крепления соответствующих гибких элементов к этой траверсе равноудалены от точки приложения внешней нагрузки к этой траверсе, а о том, что при нагружении достигнут предел линейности механических свойств материала судят по величине угла поворота стрелочного индикатора (точнее, с учетом этого угла поворота вычисляют деформации объектов испытания для их сравнения между собой).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству, в частности к способам испытания строительных материалов на прочность, и может быть использовано при определении прочностных характеристик строительных материалов с получением нисходящей ветви диаграммы растяжения.
Изобретение относится к области определения прочностных свойств металлов и их сплавов путем приложения растягивающих нагрузок к стандартным плоским или круглым образцам исследуемых металлов, геометрические размеры которых регламентируются ГОСТ 10006-80.

Изобретение относится к механическим испытаниям на растяжение хрупких образцов из композиционных материалов и предназначено для авиастроения, судостроения, машиностроения, атомной энергетики.

Изобретение относится к области испытания материалов и может быть использовано для определения сопротивления протяженному вязкому разрушению высокопрочных трубных сталей класса прочности К65 и выше с ударной вязкостью более 2,5 МДж/м2.

Изобретение относится к области физики материального (контактного) взаимодействия, а именно к способу определения угла φн внутреннего трения и удельного сцепления - сн материальной связной среды нарушенной структуры, воспринимающей давление свыше гравитационного.

Изобретение относится к испытательной технике для определения механических свойств материалов и изделий. Преимущественная область применения - исследование эксплутационных характеристик антисейсмических гидроамортизаторов атомных реакторов и другого оборудования АЭС.

Изобретение относится к методам определения эксплуатационных характеристик строительных материалов, конкретно к способам определения прочности древесины различных пород на скалывание.

Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедической стоматологии, и предназначено для использования при реставрации окклюзионной поверхности комбинированных зубных протезов любой протяженности, поврежденной при частичных сколах керамического облицовочного покрытия.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания образцов материалов на прочность при постоянной и переменной нагрузках при комнатной и повышенной температурах и может быть применена в заводской и исследовательской лабораториях.

Изобретение относится к области исследования, а именно измерения механических свойств твердых материалов, например твердых геологических пород в условиях гидростатического давления, и может быть использовано для оценки их качества, а именно их прочности и модуля упругости при сжатии.

Изобретение относится к области исследований и анализа физических свойств изделий и материалов и может быть использовано преимущественно для определения физических свойств текстильных изделий путем приложения сжимающих нагрузок.

Изобретение относится к испытательной технике и, в частности, к определению коэффициента сцепления транспортного средства с дорожным покрытием. Метод заключается в измерении параметров дорожного покрытия непосредственно на транспортном средстве с учетом его параметров.

Изобретение относится к области методов контроля качества сталей и сплавов. Технический результат - повышение точности измерений.

Использование: для изучения первичной рекристаллизации. Сущность: заключается в том, что осуществляют нагартовку образца и повышение его температуры до температуры прохождения рекристаллизации, при этом к образцу прикладывают постоянную нагрузку, приводящую к упругой деформации, а при повышении температуры фиксируют изменение модуля упругости, находят на зависимости изменения модуля упругости в функции температуры зону повышения градиента модуля упругости, продолжают линию, предшествующую началу зоны смены градиентов модуля упругости, продолжают линию после завершения зоны смены градиентов модуля упругости до пересечения с линией, предшествующей зоне смены градиентов модуля упругости, и идентифицируют абсциссу этой точки с температурой начала рекристаллизации.

Использование: для лазерной вибродефектоскопии крупногабаритных оболочек из полимерных многослойных клееных материалов. Сущность: заключается в том, что устройство лазерного вибропреобразователя содержит корпус с размещенным в нем оптоволокном с объективом лазерного излучения, соединенным с преобразователем, при этом преобразователь выполнен в виде подпружиненного бойка, взаимодействующего одним концом с оптоволокном, установленным в корпусе с возможностью качания, а другим с исследуемым объектом, при этом на подпружиненном бойке жестко закреплена упругая пластина, конец которой жестко связан с корпусом, а подпружиненный боек имеет паз под выступы ротора, установленного в корпусе, при этом оптоволокно оптически связано с отражающим зеркалом, которое также взаимодействует с чувствительным элементом, электрически связанным с вычислительной машиной, при этом сам корпус связан с динамометром посредством пружины сжатия и с устройством перемещения, взаимодействующие между собой с помощью направляющей, при этом в корпусе установлены шаровые опоры, перемещающиеся по исследуемому объекту, обеспечивающие зазор.

Изобретение относится к области анализа материалов, преимущественно смазочных масел, в частности для оценки влияния масел на поверхности деталей двигателей внутреннего сгорания в зонах высоких температур, и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности для оценки моющих свойств масел при их допуске к производству и применению в технике.

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для идентификации материалов в насыпном виде и экспресс-контроля микромеханических, реологических и микро-электромеханических характеристик продукции, их стабильности на разных стадиях производства продукта и отклонений от эталонных образцов.

Изобретение относится к области определения реологических характеристик пищевых продуктов и применяется для сравнения условной когезии рубленых мясных кулинарных изделий (котлет, биточков, шницелей и др.).

Изобретение относится к области измерительно-испытательной техники и направлено на обеспечение возможности исследования воздействия интенсификаторов на напряжение сдвига материалов и грунтов по поверхности сдвига при изменении угла взаимодействия грунта и поверхности сдвига, что обеспечивается за счет того, что сдвиговый стенд включает обойму со съемным кольцом для размещения образца грунта, пригрузочное приспособление, приводной механизм и поверхность наклонного стола, размещенную под обоймой.

Изобретение относится к области механики деформируемого твердого тела, а именно к методам испытания и анализа физико-механических свойств материалов, преимущественно фрикционных.

Изобретение относится к области инженерных изысканий и предназначено, в частности, для определения распределения реактивных нормальных напряжений грунтовых оснований по площади приложения нагрузки, необходимых для расчета внутренних усилий в теле фундаментов, и может быть использовано для определения деформационных характеристик грунтов. Устройство содержит нагрузочный штамп, блок приложения нагрузки, упорную систему и измерительную систему. Штамп выполнен в виде жесткой конструкции квадратной формы. Под штампом размещена упругая пластина с размерами штампа в плане, толщиной 0,05-0,1 размера сторон штампа и модулем упругости 30-50 МПа. На боковых сторонах упругой пластины нанесена координатная прямоугольная сетка. В измерительную систему введены регистратор приложенной нагрузки и регистратор осадки штампа. На штампе с боковых сторон по осям его симметрии с помощью кронштейнов жестко закреплены видеорегистраторы деформации упругой пластины с возможностью полного обзора боковых сторон упругой пластины. Технический результат: упрощение и удешевление определения распределения реактивного напряжения грунтового основания в любых произвольных точках по подошве штампа и повышение достоверности результатов при одном испытании. 2 ил.
Наверх