Установка для испытания образцов на усталость

Авторы патента:

Дробязко Александр Александрович (UA)

G01N3/32 - путем приложения повторяющихся или пульсирующих усилий (создание таких усилий вообще, - см. такие классы, как B06,G10 )

Владельцы патента RU 2624595:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) (RU)

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания на усталость. Установка содержит основание, пассивный захват образца, установленный на основании, активный захват образца, одним концом связанный с активным захватом и установленный соосно с ним рычаг, электромагнитный возбудитель колебаний и измерительное устройство, фиксатор, выполненный с возможностью периодического соединения рычага с основанием, захваты установлены с возможностью фиксированного поворота вокруг своей оси, связь рычага с активным захватом выполнена в виде разъемного соединения, а возбудитель колебаний и измерительное устройство выполнены в виде двух П-образных магнитных систем, закрепленных на другом конце рычага одна симметрично другой относительно его оси и двух катушек, закрепленных на основании, каждая из которых выполнена с возможностью взаимодействия с соответствующей П-образной магнитной системой. Установка снабжена устройством индукционного нагрева, катушка которого расположена по периметру испытуемого образца и закреплена на основании. Технический результат: повышение достоверности результатов испытаний путем устранения влияния наклепа при испытании образцов на усталость. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания на усталость.

Известные методы испытаний образцов материалов наиболее полно изложены в фундаментальных монографиях (см. Школьник Л.М. Скорость роста трещин и живучесть металла. - М.: Металлургия, 1973. - 216 с.; Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний. Справочник. М.: Металлургия, 1978. - 304 с.).

Применение того или иного метода определяется целью исследования образцов. Для усталостных испытаний обеспечивают различные виды нагружения образца, затем изучают его свойства, например положение и размеры микротрещин. Количество циклов нагружения образца определяет его полный ресурс работы.

Определяющим при испытании образцов на усталость является механизм развития микротрещин для различных материалов. Однако известные установки для испытаний материалов на усталость не позволяют наблюдать развитие микротрещин в процессе испытаний без демонтажа образца. Их отличительной особенностью является наличие сложных кинематических цепей, что приводит к снижению долговечности установок. Механизм накопления усталостного повреждения очень сложен. Например, фактор повышения частоты циклового нагружения. Пластическая деформация запаздывает относительно прилагаемого нагружения. Чем больше продолжительность действия максимальных напряжений, тем интенсивнее идут процессы упрочнения. Например, при испытаниях с частотой 40 цикл/мин максимальную твердость металл приобретает уже к 40 нагружениям, тогда как при 2400 цикл/мин на это требуется нагружений в 100 раз больше, т.е. 4000 циклов. При этом в первом случае степень упрочнения сплава в 1,5 раза больше, чем во втором, при одинаковых условиях максимальных напряжений цикла (см. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний. Справочник. М.: Металлургия, 1978, с. 113). Неоднозначно определение количества циклов нагружения при одном и том же значении прироста твердости из-за влияния наклепа, что приводит к неопределенности усталостного повреждения образцов на усталость. Это также характерно при испытании образцов при консольном изгибе с вращением, где прогибы образцов неоднозначно определяют количество циклов нагружения из-за влияния наклепа.

Известна установка для усталостных испытаний образцов материалов (см. Установка для усталостных испытаний образцов материалов: пат. на изобретение 2051359 Рос. Федерации: МПК G01N 3/32/ Лодус Е.В. - №5003492/28; заявл. 26.09.1991; опубл. 27.12.1995.), содержащая корпус, размещенные в нем взаимно перпендикулярно две рейки, взаимодействующее с ними зубчатое колесо, механизм возвратно-поступательного перемещения, взаимодействующий с концом одной из реек, пассивный захват для образца, закрепленный на торце второй рейки, и активный захват с инерционным грузом, предназначенным для соединения с образцом, она снабжена дополнительной рейкой, установленной параллельно второй рейке, дополнительным зубчатым колесом, взаимодействующим с основным зубчатым колесом и дополнительной рейкой, и дополнительным активным захватом с инерционным грузом, предназначенным для соединения с дополнительным образцом и основным инерционным грузом.

Установка позволяет проводить испытания на усталость двух образцов.

Образцы материала закрепляются на пассивных захватах принадлежащим концам двух реек, а активные захваты соединены с инерционными грузами. Эти две рейки сопряжены с двухзвенником, за счет которого пассивные захваты получают встречное движение. Осевое перемещение реек обеспечивается от привода через механизм возвратно-поступательного движения, дополнительную рейку и два сопрягаемых зубчатых колеса.

Однако данная установка не позволяет получать информацию о текущем состоянии образцов материалов, а механический тип нагружения сопряжен с его повышенным износом, что влияет на режим испытания.

Известна установка для испытания образцов материала на усталость (см. Установка для испытания образцов материалов на усталость: пат. на изобретение 2029281 Рос. Федерации: МПК G01N 3/32/ заявитель и патентообладатель Власов В.П. - №5040478/28; заявл. 29.04.1992; опубл. 20.02.1995), содержащая основание, соосные захваты образца, нагружающее приспособление, выполненное в виде установленного на основании кривошипно-ползушного механизма, шатуна регулируемой длины, связанного с ползуном кривошипно-ползушного механизма, установленного на основании направляющего цилиндра, в котором размещен ползун, и размещенной в направляющем цилиндре силовой пружины, одним концом контактирующей с ползуном, а другим связанной с одним из захватов, и связанный с кривошипно-ползушным механизмом привод, снабжена расположенным в направляющем цилиндре поршнем, один торец которого закреплен на захвате, а другой контактирует с силовой пружиной, и двумя дополнительными нагружающими приспособлениями, каждый из которых выполнен в виде связанного с приводом кривошипно-ползушного механизма с закрепленной на основании направляющей ползуна, связанного с последним шатуна регулируемой длины, закрепленных на основании блоков с охватывающей их гибкой тягой, один конец которой связан с ползуном, силовой пружиной, связанной с другим концом гибкой тяги, и связанного с пружиной рычага, конец которого закреплен на захвате, на котором закреплен поршень, кривошипы механизмов нагружающих приспособлений установлены соосно друг с другом, рычаги расположены по разные стороны от захватов, а другой захват закреплен на основании и обеспечивает одновременно деформации растяжения-сжатия и кручения образца.

Образец материала закрепляется в пассивном захвате на основании установки и в активном захвате, установленном на двухплечем рычаге. Одна кинематическая цепь от привода через кривошипно-шатунный механизм и ползун с пружиной создает осевую нагрузку на образец, две другие кинематические цепи, в которых имеются дополнительные гибкие тяги перекинутые через блоки, обеспечивают пару сил на концах рычага с активным захватом, создавая деформацию кручения образца.

Этой установке свойственны те же недостатки, что и предыдущей: отсутствие информации о текущем состоянии образцов материалов; сложность конструкции; влияние на режим испытания зазоров и износа в кинематических цепях устройства нагружения.

Известна установка для испытания материалов на усталость (см. Установка для испытания материалов на усталость: пат. на изобретение 2373512 Рос. Федерации: МПК G01N 3/32/ Лодус Е.В., патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)» (RU) - №2008138480/28; заявл. 26.09.2008; опубл. 20.11.2009), содержащая основание, размещенные на нем в ряд три диска, средний из которых предназначен для размещения на нем кольцевого образца и установлен на основании, обкладку в виде гибкого элемента, предназначенную для контактирования с наружной поверхностью образца и охватывающую два крайних диска, приводы вращения дисков и платформу с приводом перемещения, отличающаяся тем, что два крайних диска установлены на платформе, на основании установлен сосуд для поверхностно-активного вещества, а платформа выполнена с обеспечением частичного погружения крайних дисков в сосуд.

Установка предназначена для испытания кольцевых образцов в условиях взаимодействия с поверхностно-активным веществом.

Устройство нагружения этой установки содержит приводы двух дисков, связанных гибким элементом, который взаимодействует с поверхностью кольцевого образца, установленного на основании, приводя его во вращение. Диски установлены на платформе, которая имеет свой привод с эксцентриком. Качающаяся платформа обеспечивает взаимодействие гибкого элемента с поверхностно-активным веществом, налитым в сосуд под дисками.

Данное устройство нагружения также достаточно сложно, содержит три привода. Информация о результатах испытания может быть получена только после анализа образца. Рассматриваемая установка имеет узкий диапазон по типоразмерам образцов - только кольцевые образцы.

Наиболее близкой по технической сущности из известных является установка для испытания образцов на усталость (см. Установка для испытания образцов на усталость: авт. свид. 1755110 СССР: МПК G01N 3/38/ Иванов Г.П., Елгаев Н.А., Уткин А.В., заявитель Владимирский политехнический институт - №4692360/28; заявл. 22.05.1989; опубл. 15.08.1992, бюл. №30), которая содержит основание, пассивный захват образца, установленный на основании, активный захват образца, одним концом связанный с активным захватом и установленный соосно ему рычаг, электромагнитный возбудитель колебаний и измерительное устройство, фиксатор, предназначенный для периодического соединения рычага с основанием, захваты установлены с возможностью фиксированного поворота вокруг своей оси, связь рычага с активным захватом выполнена в виде разъемного соединения, а возбудитель колебаний и измерительное устройство выполнены в виде двух П-образных магнитных систем, закрепленных на другом конце рычага симметрично относительно друг другу относительно его оси и двух катушек, закрепленных на основании, каждая из которых предназначена для взаимодействия с соответствующей П-образной магнитной системой.

Таким образом, данное устройство и все известные установки для усталостных испытаний не позволяют устранить влияние наклепа на изменение жесткости образца в процессе усталостного нагружения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение достоверности результатов испытаний путем устранения влияния наклепа при испытании образцов на усталость.

Поставленная цель достигается тем, что установка для испытания образцов на усталость, содержащая основание, пассивный захват образца, установленный на основании, активный захват образца, одним концом связанный с активным захватом и установленный соосно с ним рычаг, электромагнитный возбудитель колебаний и измерительное устройство, фиксатор, выполненный с возможностью периодического соединения рычага с основанием, захваты установлены с возможностью фиксированного поворота вокруг своей оси, связь рычага с активным захватом выполнена в виде разъемного соединения, а возбудитель колебаний и измерительное устройство выполнены в виде двух П-образных магнитных систем, закрепленных на другом конце рычага одна симметрично другой относительно его оси и двух катушек, закрепленных на основании, каждая из которых выполнена с возможностью взаимодействия с соответствующей П-образной магнитной системой, снабжена устройством индукционного нагрева, катушка которого расположена по периметру испытуемого образца и закреплена на основании.

Пример реализации предлагаемого устройства показан на чертеже конструктивной схемы установки для испытания образцов на усталость.

Устройство содержит основание 1, пассивный захват 2 образца 3, установленный на основании, активный захват 4 образца, одним концом связанный с активным захватом и установленный соосно ему рычаг 5, электромагнитный возбудитель колебаний 8 и измерительное устройство 9, фиксатор 12, предназначенный для периодического соединения рычага с основанием, захваты установлены с возможностью фиксированного поворота вокруг своей оси, связь рычага с активным захватом выполнена в виде разъемного соединения, а возбудитель колебаний и измерительное устройство выполнены в виде двух П-образных магнитных систем 7 и 10, закрепленных на другом конце рычага симметрично относительно друг другу относительно его оси, двух катушек 6 и 11, закрепленных на основании, каждая из которых предназначена для взаимодействия с соответствующей П-образной магнитной системой, полку 13, поворотный стол 16, устройство индукционного нагрева 15, катушка 14 которого расположена по периметру испытуемого образца и закреплена на основании.

Работа установки для испытания образцов на усталость осуществляется следующим образом.

Испытуемый образец 3 закрепляют одним концом в пассивный захват 2, а другим концом в активный захват 4, установленный на рычаге 5, производится фиксация рычага фиксатором 12, расположенным на полке 13, при этом поворотный стол 16 установлен в нулевое положение, освобождают рычаг из фиксатора и производят включение возбудителя колебаний 8. В результате взаимодействия тока, протекающего по катушке 6, и магнитного поля П-образной односвязной магнитной системы 7 образец совершает заданное количество изгибных колебаний. Производится включение устройства индукционного нагрева 15 с катушкой 14 и снимается наклеп. Нагрев осуществляется выше температуры рекристаллизационного отжига (Т_рек)_. Температура нагрева зависит от вида материала и определяется по формуле Т_рек=α×T_плав., где α - коэффициент, зависящий от вида материала, а Т_плав. - температура плавления в градусах Кельвина. Потом производится оценка усталостного повреждения в различных продольных плоскостях образца, начиная с положения нагружения образца, затем фиксируется рычаг фиксатором и образец освобождается из активного захвата. Осуществляется поворот образца с помощью поворотного стола на определенный угол, после чего производится фиксация верхнего конца испытуемого образца, освобождение рычага и оценка усталостного повреждения по информации о процессе колебаний, которая поступает с катушки 11 на измерительное устройство 9. Затем процесс повторяется до тех пор, пока не будет произведена оценка повреждения образца в различных продольных плоскостях. После установки образца в начальное положение осуществляется следующее циклическое нагружение и последующая оценка анизотропии усталостного повреждения.

Предлагаемая установка позволяет устранить влияние наклепа на измерение усталостного повреждения материала.

Установка для испытания образцов на усталость, содержащая основание, пассивный захват образца, установленный на основании, активный захват образца, одним концом связанный с активным захватом и установленный соосно с ним рычаг, электромагнитный возбудитель колебаний и измерительное устройство, фиксатор, выполненный с возможностью периодического соединения рычага с основанием, захваты установлены с возможностью фиксированного поворота вокруг своей оси, связь рычага с активным захватом выполнена в виде разъемного соединения, а возбудитель колебаний и измерительное устройство выполнены в виде двух П-образных магнитных систем, закрепленных на другом конце рычага одна симметрично другой относительно его оси и двух катушек, закрепленных на основании, каждая из которых выполнена с возможностью взаимодействия с соответствующей П-образной магнитной системой, отличающаяся тем, что она снабжена устройством индукционного нагрева, катушка которого расположена по периметру испытуемого образца и закреплена на основании.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд содержит корпус, установленные на нем захваты образца, механизм нагружения, включающий две гибкие тяги, кинематически связанные с захватами, натяжной механизм тяг, платформу, привод вращения, установленный на платформе, возбудитель колебаний нагрузки в форме треугольника, установленного на валу привода вращения и расположенного между тягами, и привод перемещения платформы вдоль оси вала.

Способ неразрушающего контроля скрытых дефектов в технически сложном элементе конструкции, к которому нет доступа, и устройство для его осуществления // 2619812

Изобретение относится к неразрушающим методам и средствам дефектоскопии технически сложных элементов конструкции. Сущность: элемент конструкции, к которому есть доступ, нагружают переменной механической нагрузкой и вызывают его перемещения.

Способ прогнозирования циклической долговечности металлов // 2619480

Изобретение относится к области усталостных испытаний металлических материалов для определения их циклической долговечности. Сущность: осуществляют определение размера зерна стали в зависимости от режима технологической обработки и на основании выявленной корреляции (уравнения) между циклической долговечностью в диапазоне 105-106 циклов и размером величины зерна стали, определяют ожидаемую ее циклическую долговечность.

Способ определения скорости роста трещины в образце и устройство для этого // 2603939

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при исследовании процессов разрушения материалов с образованием трещин. Сущность: измеряют начальную длину трещины.

Способ определения предела выносливости металлических материалов // 2603243

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов и может быть использовано для определения усталостной прочности конструкционных материалов, работающих в условиях циклического нагружения.

Способ определения предела выносливости материала при растяжении-сжатии // 2599069

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам определения предела выносливости материала. Сущность: измеряют радиусы кривизны поверхности испытуемого материала в сечениях двумя плоскостями главных кривизн и радиус сферического индентора, по которым определяют приведенный радиус кривизны.

Имитатор повреждаемости клубней // 2598883

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для изучения физико-механических свойств корнеклубнеплодов и определения уровня повреждаемости клубней картофеля при оптимизации работы картофелеуборочных машин, а также для оценки механических повреждений при селекции сортов картофеля, предназначенных для механизированного возделывания.

Способ испытаний труб на долговечность // 2591873

Изобретение относится к области гидравлических испытаний, в частности к способам проведения циклических испытаний натурных образцов труб внутренним давлением и изгибом с целью получения фактических данных по их прочности и долговечности.

Установка на переменное раздельное нагружение образца на кручение, консольный изгиб, сжатие и консольный изгиб за один одновременный оборот трёх зубчатых колёс // 2586256

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания образцов материалов на прочность, и может быть применено в заводской и исследовательской лабораториях.

Стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород // 2581389

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений.

Установка для определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов // 2628737

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности области исследования динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов. Установка для определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов содержит основание, на котором жестко закреплены составные образцы, каждый из которых выполнен в виде пластины из высокодобротного материала с закрепленным на ней исследуемым материалом, возбудитель колебаний в составном образце и система измерений колебаний. При этом каждый составной образец закреплен на основании таким образом, что исследуемый материал расположен на поверхности пластины, контактирующей с основанием, и закреплен на пластине методом заливки. Система измерения колебаний выполнена в виде бесконтактной лазерной системы измерения, включающей измерительную головку, обеспечивающую измерение параметров образцов на основе эффекта Доплера. Технический результат: повышение точности определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов и увеличение количества резонансных частот, для которых определяются динамические характеристики низкомодульных полимерных материалов. 1 ил.

Стенд для испытаний элементов беспилотного вертолета с соосными винтами // 2628873

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам, и может быть использовано в авиационной испытательной технике для испытаний элементов беспилотного вертолета с соосными винтами. Устройство содержит фундамент стенда, силовой каркас, зажимные приспособления, раму монтажную, каркас фюзеляжа, амортизаторы, мотораму, двигатель внутреннего сгорания, подредукторную раму, редуктор, выходные соосные валы, автомат перекоса, соосные винты, муфту, рычаги, коромысла, нагрузочное устройство, устройство пилотирования с приводами управления автоматом перекоса, систему топливную, смазки, системы охлаждения, систему управления двигателем, устройство пожаротушения, систему приточно-вытяжной вентиляции, также устройство содержит пульт управления. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении безопасности. 18 ил.

Геометрические формы композитных образцов, способствующие их разрушению в исследуемой области при проведении усталостных испытаний // 2640776

Изобретение относится к геометрическим формам образцов для испытания материалов. Сборная конструкция образца (10) для испытаний содержит множество слоев, выполненных из армированного волокном полимерного материала, совместно образующих слоистый материал постоянной толщины. Слоистый материал имеет геометрию, включающую первую и вторую трапецеидальные части (16, 18), соединенные исследуемой областью, в которой указанный образец имеет минимальную ширину. Первая трапецеидальная часть, вторая трапецеидальная часть и исследуемая область образуют соответствующие части передней поверхности и соответствующие части задней поверхности образца для испытаний. Каждая из передней и задней поверхностей имеет профиль с формой наподобие "галстука-бабочки" и выполнена параллельной указанным слоям. Первый и второй выступы, приклеенные к первой трапецеидальной части на соответствующих первых частях передней и задней поверхностей. Третий и четвертый выступы, приклеенные ко второй трапецеидальной части на соответствующих вторых частях передней и задней поверхностей. Каждый из первого, второго, третьего и четвертого выступов выполнен из армированного волокном полимерного материала и имеет трапецеидальный профиль. Образец для испытаний имеет минимальную ширину в указанной исследуемой области (20) и постоянную толщину. Первая трапецеидальная часть (16) имеет первую и вторую прямолинейные скошенные стороны (12а и 12b). Вторая трапецеидальная часть (18) имеет третью и четвертую прямолинейные скошенные стороны (12с и 12d). Исследуемая область (20) содержит первую и вторую радиусные стороны (14а и 14b). При этом первая радиусная сторона (14а) соединена с первой и третьей прямолинейными скошенными сторонами (12а и 12с), а вторая радиусная сторона (14b) соединена со второй и четвертой прямолинейными скошенными сторонами (12b и 12d). Высота указанной первой радиусной части не превышает 3% указанной высоты образца (10) для испытаний. Обеспечивается гарантированное разрушение в исследуемой области (20) во время усталостных испытаний. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Центробежная установка для циклических испытаний // 2643189

Изобретение относится к испытательной технике, к исследованию образцов и изделий на прочность при циклическом нагружении. Центробежная установка содержит корпус, установленную на нем платформу с приводом вращения, расположенные на ней дополнительные платформы по количеству циклов нагружения по одной из осей образца, размещенные последовательно одна на другой и снабженные приводами вращения, захват для образца, закрепленный на дополнительной платформе для размещения захвата, согласно изобретению установка снабжена дополнительным приводом вращения, соединенным с захватом для образца и закрепленным радиально оси вращения на платформе для размещения захвата. Технический результат: расширение технологических возможностей центробежных установок путем обеспечения испытаний как при осевом, так и при плоском напряженном состоянии с многоцикловым или плавным нагружением по одной из осей. 1 ил.

Экспериментальная установка (стенд) для изучения многофакторной зависимости коэффициента демпфирования сваи при взаимодействии с грунтом // 2646540

Изобретение относится к области вибрационной техники, а именно к конструкциям свайных фундаментов зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения. Экспериментальная установка состоит из лотка, грунтового массива и моделируемой сваи. Вибрируемый на вибростенде металлический лоток с грунтом и забитой в него сваей, верхняя часть которой соединена с металлическим наголовником, в котором жестко, симметрично и радиально под углом 180° закреплены две горизонтальные шпильки и одна вертикальная шпилька, ориентированная вдоль продольной оси сваи, с перемещающимися по резьбе шпилек грузами - гирями. Технический результат: возможность изучения особенностей демпфирования сваи при ее взаимодействии с грунтом. 2 ил.

Установка для испытания образца материала на усталость при изгибе и ударном сжатии // 2647500

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания образцов материалов на усталость при изгибе и ударном сжатии, и может быть применено в учебной, заводской и исследовательской лабораториях. Установка содержит корпус, закрепленный на нем пассивный захват образца, ротор с приводом, рычаг, активный захват образца, платформу, связанную через кривошипно-ползунный механизм со вторым приводом, толкатели и пружины, активный захват образца закреплен на одном из концов рычага так, чтобы их продольные оси совпадали, в роторе выполнены радиально расположенные отверстия, шатун кривошипно-ползунного механизма выполнен с возможностью изменения его длины, а каждая пружина - опирающейся с одной стороны на дно отверстия ротора, а с другой - на толкатель, выполненный с возможностью перемещения в отверстии и взаимодействия с рычагом, ротор с приводом установлены на платформе, а второй привод - на дне корпуса и ротор снабжен упорами, прикрепленными к его поверхности около отверстий. Рычаг изготовлен в форме трубы, введены гибкий канат, одним концом соединенный с грузом, а другим - с пазом зубчатого колеса, которое соединено с другим зубчатым колесом, имеющим зубья на половине колеса, привод этого колеса, колеса соединены шпонками и осями с каркасом, а гибкий тросик соединен одним концом с зубчатым колесом, а другим - с каркасом. Технический результат: расширение функциональных возможностей путем испытания образца на усталость не только при изгибе, но и при сжатии одновременно. 3 ил.