Установка для испытания материалов на ударное растяжение

 

О П И С А Н И Е 728О4О

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-вуМ,463036 (22) Заявлено 240778 (21) 2647268/25-28 51 М „г а 01 Ы 3/30 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано150480. Бюллетень ¹14

Дата опубликования описания 150480 (53) УДК 620, 178.7 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Г.В.Степанов и В.N.Òîêàðåâ

Институт проблем прочности АН Украинской CCP (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

НА УДАРНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ

Изобретение относится к технике для испытания материалов на растяжение при ударном нагружении.

По основному авт.св, Р 463036 известна установка для испытания материалов на ударное растяжение, содержащая станину со средствами для закрепления одного иэ концов образца, наковальню, соединенную с противоположным концом образца с -. помощью ступенчатого стержня, сечение которого возрастает в направлении к наковальне, и подвижную массу, взаимодействующую с наковальней.

Недостатком известной установки является то, что скорость перемещения головки образца, связанной со ступенчатым стержнем (скорость деформирования V ), остается примерно постоянной в процессе испытания вплоть до разрыва образца.

Однако характеристики материалов при постоянной скорости растяжения могут отличаться от характеристик при ступенчатом нагружении, и испытания с постоянной скоростью деформирования сужают диапазон получаемой экспериментальной информации и тем самым снижают достоверность расчетов процессов деформирования с режимами нагружения, соответствующими реальным условйям эксплуатации и технологической обработки конструкционных материалов.

Следует отметить, что в такой системе со тупенчатым стержнем скорость деформирования образца Ч рассчитывается по величине скорости падения подвижной массы

15 где т = — и Е., F — соответственF но, площади пойеречных сечений участков стержня с большим и меньшим поперечнйм сечением.

Цель изобретения — проведение

20 испытаний со ступенчатым изменением скорости деформации после растяжения образца на заданную величину.

Эта цель достигается тем, что стержень выполнен двухступенчатым а размеры участка с меньшим сечением выбраны из условий . — аа; Г= о. где L u F — длина и площадь попе728040 речного сечения участка стержня с меньшим сечением, Ю вЂ” заданная величина деформации образца, п —коэффициент уменьшения скорости

U деформацииу н=у ., С вЂ” скорость звука в материале образца, Ч-,V— начальная и уменьшенная скорости деформации образца, à — площадь поперечного сечения участка стержня с большим сечением.

На чертеже представлена предлага- Ц емая установка.

Она содержит станину 1 со средствами для закрепления одного из концов образца 2, наковальню 3, соединенную с другим концом образца 2 с помощью двухступенчатого стержня 4, сечение которого возрастает в направлении к наковальне 3, и подвижную массу 5, взаимодействующую с наковальней 3.

Участок стержня с уменьшенным. сечением выполнен сменным, а его . размеры (длина и площадь поперечного сечения) выбираются в зависимости от задаваемого коэффициента и уменьшения скорости деформации, после 25 достижения образцом заданной величины деформации лР. в момент уменьшения скорости.

Установка работает следующим образом. 30

При .ударе поднижной массы 5 со скоростью V по наковальне 3 по стержню 4 распространяется упругая волна напряжений, эа фронтом которой массовая скорость U (скорость движе- 35 ния материала) и напряжение б определяются по формулам (2):

uî /б бо 0ГС где д и С вЂ” плотность и скорость энука н материале стержня.

Прохождение волны через область ступенчатого изменения сечения со провождается распадом волны на отраженную и проходящую, эа фронтами которых состояние материала характе- 45 риэуется массовыми скоростями и нао а пряжениями Uo б (и участке стержня с большим сечением) и U б а а (в участке стержня с меньшим сечением) Отражение прошедшей вОлны от 50 торца стержня 4, связанного с головкой образца 2, сообщает ему скорость движения, равную начальной скорости дефо мирования V . Прохождение отраже ной от торца волны через область сту нчатого изменения сечения вновь

55 сопровождается ее распадом на про- ходящую и отраженную. Выход послед.— ней на торец стержня снижает его скорость, а следовательно, и скорость деформиронания, до V. Расчет @ скорости деформиронания образца сводится к расчету скорости движения .торца стержня, связанного с образцом. Для расчета используются Соотношения теории распространения упругих волн в стержнях, основанные на равенстве усилий (F6 = Г„б ) и массовых скоростей (U = () ) по обе стороны от поверхности ступенчатого изменения площади сечения после распада волн, и увеличение скорости торца стержня на величину, равную удвоенному скачку массовой скорости на фронте упругой волны при ее отра . жении от торца (2):

1 г

u =u = — u я() А"о

О -1+ О п 1 б = —,„„j6 6. (U -U )yc); "ц " о (1) где штрих относится к состоянию материала непосредственно перед прохождением волны в область изменения сечения, двойной штрих — к состоянию материала после ее прохождения через эту область. Параметры с индексом 0 соответствуют участку стержня с большей площадью сечения, беэ индекса— участку стержня с меньшей площадью сечения.

По этим соотношениям последонательно определяются параметры состояния материала (массовая скорость и напряжение)..по обе стороны от области ступенчатого изменения сечения стержня. При прохождении прямой волны от наковальни по формулам (1) ((-) =(.) 6 =6,u =б =o),: (.) = „ 0 ;

= — (.) - 6 = « u

При отражении волны от торца, связанного с образцом, последний приобретает скорость начального деформирования, равную удвоенному скачку скорости 0 на фронте вол2. ны (влиянием усилия деформирования образца на скорость деформиронания можно пренебречь)г..

При прохождении через область ступенчатого изменения сечения отраженной от торца волны 2И+з 4

" --н=ж™..

Скачок массовой скорости, вызванный распадом волны при ее прохождении через область ступенчатого изменения сечения стержня

2ь1), т.е. скорость деформиронания снижается до

Q=U +2аU = — -р. U

8ч о (fig) o () отсюда, коэффициент уменьшения скорости деформирования и ч И

n =- — - = —— / 2 (4) 728040

Формула изобретений

Учитывая что М= — из (1) наF

FO. ходим для площади уменьшенйого сечения: гп-1

Начальная скорость остается примерно постоянной Ч до момента уменьшения скорости, т.е. в течение промежутка времени, равного времени удвоенного пробега волной участка стержня длиной L с умень2L шенным сечением; t= — .. Эа это время образец удлийится на величину

Ю=Ч t= о

Отсюда, для ступенчатого умень- шения скорости после заданного цеформирования образца на величину необходимо использовать стержень с участком уменьшенного сечения, длиной с

L= — g9..

Q.

Таким образом, предлагаемая установка дает возможность проведения испытаний на ударное растяжение с заданным ступенчатым уменьшением скорости после деформации образца на заданную величину, что обеспечивает расширение получаемой экспериментальной информации, необходимой для расчетов процессов деформирования с режимами нагружения, соответствующими реальным условиям эксплуа тации и технологической обработки конструкционных материалов, и оцен-, ки возможности использования материалов в различных условиях эксплуатации с реальными режимами нагружения.

УСтановку целесообразно использовать в НИИ и заводских лабораториях для исследования материалов.

Установка для испытания материалов на ударное растяжение по

10 авт.св. 9 46303б, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью проведения испытаний со ступенчатым изменени м скорости деформации после растяжения образца на заданную величину, стержень выполнен двухступенчатым, а размеры участка с меньшим сечением выбраны из условий "

Fo

I„— — аВ F=— и-1

20 где Ь и F — длина и площадь попереч« ного сечения участка стержня с меньшим сечеI нием у

h f — заданная величина деформации образца;

n — коэффициент уменьшения

cKQpQcTH деформации я=-в

С вЂ” скорость звука в материале образца;

V,,V — начальиая и уменьшенная скорости деформации обраэца1

F — площадь поперечного о сечения участка стержня с большим сечением.

ЦНИИПИ Заказ 1128/43

Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4