Устройство для исследования про-цесса пластического деформированияпри высокоскоростном нагружении

 

(11)

И ЗОБ РЕТЕ Н Ия

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВЙДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 15.02.79 (21) 2725270/25-28 (51) М.Кл.з С 01 N 3/28 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.01.81. Бюллетень № 1 (45) Дата опубл икован ия описания 12.02.81

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 620.172.254 (088.8) (72) Авторы изабретевия

Н. В. Новиков, А. П. Ульяненко, Н. И. Городыский и М. Д. Митликин

Ордена Трудового Красного Знамени институт сверхтвердых материалов АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА.—

ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРИ

ВЫСОКОСКОРОСТНОМ НАГРУЖЕН И И

Изобретение относится к средствам контроля свойств материалов,и может быть использовано при .исследовании физико-,механических свойств материалов в условиях динамического нагружения.

Известно устройство для деформирова:ния образца на заданную величину при высокоскоростном нагружении, состоящее из двух, захватов, в которых жестко крепится образец (1). Подвижный захват выполнен в виде «челюстей» и удерживающей их плиты. Деформирование образца на заданную величину регулируется положением удерживающей плиты. При выходе «челюстей» из паза удерживающей плиты, они 15 размыкаются, и образец освобождается от нагрузки.

Недостаток этого устройства — жесткое крепление образца .в неподвижном .захвате, что вызывает его скручивание .и .изгиб 2О в результате, воздействия упругой энергии, накопленной в образце и неподвижном захвате. Кроме того, деформации происходят после размьгкания «челюстей» .и освобождения образца от растягивающей нагрузки, что снижает точность .и достоверность исследования.

Иззесгно также устройство для деформации образца на заданную величину при скоростном нагружении, содержащее вертика "IbHO закрепленную направляющую, по которой может свободно падать тарелка с грузом, необходимым для деформации образца, под тарелкой с грузом расположена тяга, которая соединена тросом .и системой полиспастов с образцом, а под тягой с зазорами расположены амортизаторы и домкрат 12). При падении тарелки с грузом захваттявает тягу, после чего начинает деформироваться образец. Процесс деформиро;вания заканчивается после соприкосновения тяги с домкратом:и освобождения ее от грузов с помощью амортизаторов.

Недостатки данного устройства заключаются в следующем.

До момента соприкосновения груза с амортизаторами образец деформируется со скоростью, которая свободно задается падающими грузами с определенной высоты. После соприкосновения грузов с амортизаторами, а позже — тарелки с домкраТ0 vI:энергия падающего груза начинает поглощаться упругими пружинами, а затем н домкратом. Скорость груза замедляется.

В этот момент образец продолжает деформироваться с неопределенной скоростью до того момента, пока кинематнческая энергия груза не перейдет в упругую энерппо пружин амортизаторов и домкрата.

Установив тягу так, чтобы тарелка с грузами одновременно .захватывала тягу и соприкасалась с амортизаторами, получают скорость деформации до соприкосновения с домкратом, зависящую от параметров пружины амортизаторов и высоты подъема груза. Зазор, между тягой:и амортизаторами обусловливается тем, что скорость деформации образца до соприкосновения тарелки с амортизаторами отличается от скорости деформации после соприкосновения их с грузами. После соприкосновения тарелки с домкратом скорость .нагружения снова изменяет свое значение.

Таким образом, если образец продеформирован íà Al лм, то это значение состоит из трех составляющих Л1=Л1„+Л1, + Л1„ где Л1„— удлинение, полученное при .нагруженин со скоростью, заданной свободно падающими грузами (V,.); Л1, — удлинение, полученное при .нагружении с изменяющейся скоростью после соприкосновения грузов с амортизатором (V, ; Л1, — удлинение, полученное при нагружении со скоростью, получающейся после соприкосновения тарелки с домкратом (V,).

Удлинение Лl, +,Л1,(Лl „при развитых пластических деформациях, а в области малых пластических деформаций они соизмеримы и даже возможно, что Л1,+Л1„)Л1,.

Это устройство хотя,и позволяет деформировать образец на заданную, величину, но не обеспечивает точности эксперимента из-за составляющих Л1,, и Л1, .

Кроме того, данное устройство неуниверсально, так как его невозможно применять на таких машинах высокоскоростного нагружения, как ротационные. Оно громоздко, поскольку;включает узел амортизаторов. При высокоскоростном деформиро,вании со скоростями порядка 10 — 10 ; потребуются очень мощные амортизаторы, что сделает устройство еще более громоздким.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является устройство для исследования процесса пластического деформирования при высокоскоростном нагруженпи, содержащее соосно расположенные неразрушаемый и разрушаемый захваты для исследуемого образца и полую наковальню, охватывающую разрушаемый захват и размещенную относительно него с зазором, равным задаваемому абсолютному удлинению образца (3!.

Однако указанное устройство не обеспечивает точность исследования процесса пластического деформирования, поскольку после снятия растягивающей нагрузки образец скручивается и изгибается в результате освобождения упругой энергии, так как он жестко заделан B:Håðàçðóøàåìoì неподвижном захвате. Скручивание особенно заметно при испытаниях плоских образ5

25 зо

I>O

65 цов. Из-за упругих деформаций платформы с грузом и наковальни деформирующее усилие мгновенно, т. е. как только платформа ударяется о наковальню, не, снимается и часть кинетической энергии затрачиваегся на дополнительное удлинение образца за период от начала соприкосновения платформы и наковальни до отделения упора от .платформы. Кроме того, это устройство громоздко,,поскольку наковальня и дети,. н e= крепления представляют самостоятельный узел, не связанный ни с одним из захватов, который требует места для его размещения.

Целью, изобретения является повышение точности контроля деформации путем сохранения постоянства скорости нагружения и устранения деформации изгиба и кручения образца.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено демпфером, неразрушаемый захват выполнен в виде полого цилиндра, иа одном конце котОрого размещена втулка, предназначенная для головки образца, установленного с возможностью осевого перемещения, на другом конце цилиндра жестко закреплена наковальня, разрушаемый захват выполнен,в виде поперечины, предназначенной для приложения нагрузки, жестко закрепленного,в ней одним концом ложного образца и муфты для соосного соединения вторых, концов исследуемого и ложного образцов, а демпфер установлен между неразрушаемым и разрушаемым захватами концентрично исследуемому образцу.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, разрез.

Устройство содержит неразрушаемый захват, который состоит из двух полых цилиндров 1 и 2, соединенных между собой резьбовым соединением. В цилиндре 1 выполнено гнездо с нерегулируемой опорной поверхностью 8 под головку исследуемого образца 4 с втулкой, выполненной из двух сухарей б и б. В цилиндр 2 ввинчена полая наковальня 7 с опорной поверхностью 8.

Разрушаемый захват соосно расположен с Hpðàçðóøàeìûì .и с исследуемым образцом 4 и,выполнен в виде поперечины

9, в которой одним концом закреплен ложный образец 10 с опорной поверхностью 11, и разрезной муфты 12, обе половинки которой удерживаются втулкой 18. Ложный образсц 10 и исследуемый образец 4 установлены соосно,и соединены с помощью разрезной муфты 12 так, что между торцовыми поверхностями головок образцов 4 и

10 имеется зазор для предотвращения изгиба образца 4 при снятии с него .нагрузки.

Концентрично исследуемому образцу 4 между торцовой поверхностью 14 муфты 12 и поверхностью 1á цилиндра 1 расположен демпфер 1б. Набор наковальни 7 различной высоты позволяет регулировать зазор h

794424 между опорной поверхностью 8 наковальни и опорной поверхностью 11 ложного ооразца. Переходник 17 одним,концом:ввинчивается в цилиндр 1 неразрушаемого захвата, а другим концом соединяется с тягой испытательной машиной (не показана). Расстояние между торцовой поверхностью переходника 17 и торцовой поверхностью головки исследуемого образца 4 должно быть!

5 грузки с исследуемого образца ложный образец выполнен так, что он разрушается в упругой области. Хрупкое разрушение ложного образца 10 при достижении .исследуемым образцом 4 заданной величины абсолютного удлинения материала ложного

65 не меньше суммы максимально, возможного lO абсо;потного удлинения исследуемого материала образца и зазора между торцовой поверхностью 14 муфты 12 и поверхностью

15 цил,индра 1.

Устройство .работает следующим образом.

С помощью переходника 17 устройство крепится к тяге:испытательной машины, например,к ротационному копру (не показан) и маховик копра,раскручивается до необходимой скорости, например до 30 мlс.

При достижении заданной скорости,нажатием кнопки выбрасываются ножи, которые бьют по поперечине 9. Приложенное усилие через ложный образец 10 и муфту 12 передается на исследуемый образец 4. Последний деформируется tHa величину зазо,ра h, установленного между опорной поверхностью 8 наковальни 7 и опорной поверхностью 11 ложного образца 10.

После того,как зазор выбран, ложный образец упирается в опорную, поверхность

8 наковальни, в результате чего разрушается. Время от начала соприкосновения опорных ловерхностей 8 и 11 до разрушения ложного образца 10 составляет, время процесса прерывания .нагружения исследуемого образца 4 (снятие с него нагрузки).

По окончании процесса прерывания нагружения исследуемый образец 4 под действием накопленной упругой энергии выходит из гнезда и вместе с муфтой 12 и оставшейся частью разрушенного ложного образца совершает отскок в обратную сторону. Наличие зазора между торцовой по- 45 верхностью переходника 17 и торцовой поверхностью головки исследуемого образца

4 исключает удар образца о торец переходника 17, что предотвращает изгиб образ. ца 4. 50

Демпфер 16, выполненный, .например, из пластилина, гасит энергию, накопленную в системе и предотвращает многократные отскоки образца 4, которые могут вызвать изгиб. Наличие зазора между торцами ro- 55 ловок обоих образцов,,расположенных,в муфте 12, исключает изгиб исследуемого образца 4.

Для уменьшения времени снятия наобразца и размеры его поперечного сечения в месте .кольцевого надреза определяют экспериментально.

Предлагаемое устройство компактно, просто и технологично в изготовлении и .позволяет деформировать образец на заданную величину как,в области малых пластических деформаций (до в=1О/о), так и в области больших деформаций, например прерывать процесс растяжения .при наличии развитой шейки со скоростью деформации 20 л/с.

Кроме того, устройство проводит исследование структурных превращений, накопления повреждаемости, распределения остаточных деформаций по рабочей длине исследуемого образца на различных стадиях высокоскоростного пластического деформирования, а также влияния предварительного динамического деформирования на комплекс прочностных .и пластических свойств материала образца.

Формула изобретения

Устройство для исследования процесса пластического деформирования при высокоскоростном нагружении, содержащее соосно расположенные неразрушаемый и разрушаемый захваты для исследования образца,и полую наковальню, охватывающую разрушаемый захват и размещенную относительно него с зазором, равным задаваемому абсолютному удлинению образца, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля деформации гутем сохранения постоянства скорости нагружения,и устранения деформации, изгиба .и кручения образца, оно снабжено демпфером, неразрушаемый захват выполнен в,виде полого цилиндра, .на одном конце которого размещена, втулка, предназначенная для головки образца, установленного с возможностью осевого перемещения, а на другом конце жестко закреплена наковальня, разрушаемый захват выполнен в виде поперечины, предназначенной для приложения нагрузки, жестко закрепленного в ней одним концом ложного образца,и муфты для соосного соединения, вторых концов исследуемого и ложного образцов, а демпфер установлен между неразрушаемым и разрушаемым захватами концентрично исслед емому образцу.

Источники информации, принятые во в:;;;.isa ..ис при экспертизе:

1. Вагпез С. В., Hawkins Е. Н., Davis И. V. А method for interrupting à high

$1гaiп rate tension test before Specimen

1гacture, Ма1епа1з lesea .ch and Standards, 1966, 6, Ы 11, р. 560 — 564.

". Яценко Ю. В. и Синельников М. И.

Усовершенствование нагружающего устройства установки ИМАШ-5с для скорост794424

Составитель Н. Долгова

Корректор С, Файн

Редактор М. Стпельниксва Тскрсд А. Кяв|ыпп1икова

Заказ 1750/132 Изд. ¹ 133 Тираж 925 Подписное

IIllO «Поиск» Государственного коми".:та СС(P по аслам нзобзетсннй и откпьггпй !!3035, Москва, Ж-35, Раушскяп наб., д. 4/5

Тип. Хярьк. фил. пред. «Патентэ иой деформации.— Заводская лаборатория, 1975, № 10, т. 41, с. 1280 — 1281.

3. Duwez P. Е., Clark D. S. An experimental Stredy of propagationof practic deformation under conditions of longitudinal

impact, — Proceedings of the American

Society for Testing Materials, 1947, vol. 47, р. 502 — 532 (ирототип).