Устройство для испытания на растяжение дугообразных образцов из токопроводящего материала при повышенной температуре

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 механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токопроводящих материалов с целью получения диаграммы деформирования при одноосном растяжении и импульсном нагреве в вакууме или инертной среде.

Во многих областях промышленности и техники необходимы знания упругопластических свойств материала при повышенной температуре. Для определения упругопластических свойств материалов при повышенной температуре обычно используются устройства, обеспечивающие одноосное растяжение образцов, нагретых до заданной температуры, с регистрацией зависимости удлинения образца от приложенной нагрузки. Например, известна установка для механических испытаний материалов при высоких температурах (патент RU 2240531 с приоритетом от 26.02.2003 г.), в которой заданная температура испытаний обеспечивается размещением образца в герметичной нагревательной камере. Такие устройства эффективны при испытаниях прямолинейных стержневых образцов, рабочая часть которых не контактирует с элементами устройства, что минимизирует теплообменные процессы и способствует обеспечению в образце однородного температурного поля.

Однако в некоторых областях техники данные устройства не применимы. В частности, механические свойства широко распространенных тонкостенных криволинейных оболочек, работающих под давлением при повышенной температуре (трубопроводы в тепловой энергетике, в химической промышленности, и т.п.), зависят не только от исходного качества материала, но и от технологии изготовления оболочек, а также от условий и длительности эксплуатации. Под действием этих факторов формируется анизотропия свойств в различных направлениях оболочки. Экспериментальную оценку механических свойств материала таких оболочек получают при испытаниях вырезанных из них криволинейных образцов, которые невозможно провести в режиме простого растяжения.

Известно устройство, позволяющее создавать одноосное растяжение при испытаниях вырезанных из оболочек дугообразных образцов (патент RU 2402009 с приоритетом от 02.09.2009 г.). Для этого круговые дугообразные образцы устанавливаются на составную круговую направляющую, состоящую из двух фрагментов. Фрагменты круговой направляющей обеспечивают возможность относительного поворота вокруг общей оси, создающего в образце напряженно-деформированное состояние, практически идентичное одноосному растяжению.

Данное устройство обеспечивает достижение качественных результатов при нормальной температуре, но по ряду причин не применимо для исследований материала при повышенных температурах. Равномерному нагреву образца препятствует его плотный контакт с круговой направляющей, способствующей интенсивному теплообмену между этими элементами. Это исключает возможность создания в образце необходимого для испытаний однородного температурного поля. Проблема осложняется недопустимостью нагрева круговой направляющей из-за наличия в ее составе прецизионных подшипниковых узлов, не допускающих высокотемпературного нагрева и связанных с этим тепловых деформаций. Таким образом, возможен только локальный нагрев образца, например, пропусканием по нему электрического тока, но между холодной направляющей и нагретым образцом возникает интенсивный теплообмен, который препятствует созданию однородного и стабильного температурного поля. Кроме того, созданию в образце электрического тока с заданными параметрами препятствует электропроводность круговой направляющей и концевых захватов, приводящая практически к короткому замыканию системы.

Устройство для определения упругопластических свойств материала при одноосном растяжении дугообразных образцов (патент RU 2402009) выбрано в качестве прототипа.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является возможность точного определения механических свойств дугообразных образцов из токопроводящих материалов при одноосном растяжении и импульсном нагреве в вакууме с возможностью управления уровнем достигаемой температуры, при достаточной однородности и стабильности температурного поля, достигаемой за счет высокой скорости нагрева и быстрого автоматического начала процесса нагружения в момент достижении заданной температуры.

Кроме того, обеспечивается защита персонала и окружающей среды от негативного воздействия при испытании образцов из экологически опасного материала.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для испытания на растяжение дугообразных образцов из токопроводящего материала при повышенной температуре, выполненном в виде составной круговой направляющей, образованной двумя, имеющими возможность поворота относительно общей оси, фрагментами, опорные поверхности которых совпадают по форме с вогнутой поверхностью образца, оснащенными механизмами для крепления к ним образца и соосными шарнирными хвостовиками, соединенными с нагружающим устройством. Согласно изобретению, 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.

Также в состав устройства включена герметичная охватывающая рабочая камера, оснащенная токовводами силовой электрической цепи нагрева образца и электрически изолированным разъемом для подключения датчиков измерения усилия, температуры и деформации образца.

Герметичная охватывающая рабочая камера служит для защиты персонала и окружающей среды при испытаниях образцов из экологически опасного материала, а также для предотвращения возгорания пирофорного материала образца за счет создания инертной среды. Для создания инертной среды или вакуума в рабочей камере предусмотрен штуцер. Коммутирующее устройство осуществляет автоматическое включение механизма деформирования при достижении заданной температуры образца.

На фиг. 1 показан пример реализации механической части устройства;

на фиг. 2 показан пример конкретного исполнения устройства для испытаний образцов из экологически опасного материала со схемой токоподводов и размещения датчиков.

Устройство состоит из следующих составных частей:

а) герметичная охватывающая рабочая камера, состоящая из колпака 1, основания 2 с манжетой 3 и штуцера 4;

б) механическая часть устройства, включающая в себя два фрагмента направляющей 5 с подшипником 6; дугообразный образец 7, установленный с помощью механизмов крепления образцов с токоподводами 8; захваты 9, соединенные с тягой 10 нагружающего устройства 11 и датчиком усилия 12, и защищенные от прохождения электрического тока изолирующими втулками 13.

в) подача тока в колпак с помощью токовводов 14 от источника электрического тока 15 через коммутирующее устройство 16;

г) регистрирующая часть устройства, включающая в себя датчик деформации 17, датчик температуры 18, датчик усилия 12, закрепленный на силовой раме 19 и герметичный разъем 20.

Работает устройство для растяжения дугообразных образцов 7 (фиг. 1) следующим образом. Один из захватов 9 (фиг. 2) соединен с датчиком измерения усилия 12, закрепленным на силовой раме 19, второй захват 9 соединен с тягой 10 нагружающего устройства 11, проходящей через силовую раму 19 и манжету 3. Манжета 3 обеспечивает герметичность рабочей камеры, состоящей из колпака 1 и основания 2. На основании 2 закреплена силовая рама 19. Для обеспечения относительного поворота круговых направляющих 5 они соединены друг с другом подшипником 6. На опорные криволинейные поверхности фрагментов направляющей 5, выполненные из токонепроводящего и теплоизолирующего материала, устанавливается и прикрепляется к ним с помощью механизмов крепления образцов с токоподводами 8 дугообразный образец 7. Для подачи на дугообразный образец 7 через механизмы крепления образцов с токоподводами 8 импульса электрического тока от источника электрического тока 15 устройство оснащено токовводами 14. В состав устройства входят датчик деформации 17 и датчик температуры 18, размещенные на рабочей части дугообразного образца 7. В колпаке 1 размещен также электрически изолированный герметичный разъем 20 для вывода сигналов с датчиков деформации 17, температуры 18 и усилия 12. С помощью штуцера 4 в колпаке 1 можно создать вакуум либо инертную газовую среду. В электрическую схему устройства включено коммутирующее устройство 16 для отключения импульса электрического тока при достижении заданной температуры и автоматического включения в этот момент нагружающего механизма 11, обеспечивающего перемещение тяги 10 в направлении растягивающего усилия.

Благодаря заявляемой совокупности признаков устройства появляется возможность определения механических свойств дугообразных образцов из токопроводящих материалов при точно зафиксированной повышенной температуре материала, достигаемой импульсным токовым нагревом, с возможностью защиты персонала и окружающей среды при испытаниях экологически опасных материалов, а также для предотвращения возгорания при пирофорных свойствах материала путем создания в рабочей камере вакуума или инертной газовой среды.

1. Устройство для испытания на растяжение дугообразных образцов из токопроводящего материала при повышенной температуре, выполненное в виде составной круговой направляющей, образованной двумя, имеющими возможность поворота относительно общей оси, фрагментами, опорные поверхности которых совпадают по форме с вогнутой поверхностью образца, оснащенными механизмами для крепления к ним образца и соосными шарнирными хвостовиками, соединенными с нагружающим устройством, отличающееся тем, что 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.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в его состав включена герметичная охватывающая рабочая камера, оснащенная токовводами силовой электрической цепи нагрева образца и электрически изолированным разъемом для подключения датчиков усилия, температуры и деформации образца.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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 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