Устройство для испытания кольцевых образцов на динамическую вязкость разрушения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (u>932364 (6i) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 231080 (21) 299б859/25-28 (54) М. Кл.з с присоединением заявки ¹

С 01 Я 3/30

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 620.178.. 72 (088. 8) Опубликовано 300582, Бюллетень ¹ 20

Дата опубликования описания 300582 (72) Авторы изобретения

Г.В.Степанов и В.А.Маковей

Институт проблем прочности АН Украинской CCP (71) Заявитель нием скорости деформирования и неприменимо для испытаний . со ступенчатым увеличением скорости, что ограничивает объем получаемой информации.

Наиболее близким по техническому существу к предлагаемому является устройство для испытания кольцевых образцов на динамическую вязкость разрушения, содержащее сТанину, раэжимную оправку, устанавливаемую на станине в отверстие кольцевого образца, разжимной элемент с выступающей . из оправки верхней частио,боек для приложения ударной нагрузки к раэ15 жимному элементу, который (боек).взаимодействует с выступающей верхней частью разжимного элемента (2) .

Недостаток данного устройства— возможность испытания образцов только при постоянной скорости нагружения, определяемой скоростью движения бойка, так как конический разжимной элемент в процессе нагружения движется совместно с бойком с постоянной скоростью.

Цель изобретения — проведение испы. таний со ступенчатым изменением скорости нагружения. укаэанная цель достигается тем, что устройство снабжено прикрепленнык

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к устройствам для испытания кольцевых образцов на динамическую вязкость разрушения при ударном нагружении.

Известно устройство для испытанная материалов на ударное растяжение, содержащее раму со средствами для закрепления одного из концов образца испытуемого материала, прикрепленный ко второму концу образца двухступенчатый стержень, несущий на свободном конце наковальню и сбрасываемый на наковальню груз. Сечение стержня возрастает в направлении к наковальне,. а размеры участка с меньшим сечением выбрации такими, что позволяют проводить на ударное растяжение со ступенчатым уменьшением скорости деформации после растяжения образца на заданную величину (.1) .

Недостаток данного устройстваво-первых, оно не приспособлено для прОведения испытаний на ударное растяжение кольцевых образцов, используемых для определения динамической вязкости разрушения, и во-вторых, устройство позволяет проводить испытания только со ступенчатым уменьше(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ ОБРАЗЦОВ

НА ДИНАМИЧЕСКУЮ ВЯЗКОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ

932364 к нижней части разжимного элемента стержнем длиной L 7 й„ с 2с наковальней на конце, служащей для восприятия удара бойка, а длина ?выступающей из оправки верхней части разжимного элег мента выбрана иэ условия

z = с(2, 5 где „ „ — время испытания, в течение которого происходит разрушение образца; с — продолжительность вре- 10 менй от начала нагружения образца до момента изменения скорости; с — скорость распространения упругих волн в материале раэжимного эл мента.

Выступающая из оправки верхн яя часть разжимного элемента может быть выполн ен а ступенчатой .

Кроме того, выступающая из оправки верхняя часть разжимного элемен— та может быть соединена со станиной.

На фиг.1 изображено устройство; на фиг.2 — сечение А-A на фиг.1; на фиг.3 — разжимной элемент с выступающей частью постоянного сечения, обеспечивающей ступенчатое уменьше- 30 ние скорости нагружения; на фиг. 4 то же, с выступающей частью постоянного сечения, обеспечивающей ступенчатое ув еличение скорости; н а фи г. 5 то же, с двухступенчатой выступающей 35 частью, обеспечивающей ступенчатое уменьшение скорости; н а фиг. 6 то же,c двухступенчатой выступающей частью, обеспечивающей ступенчатое ув ели чение скорости; н а фиг. 7 40 вариант соединения разжимного элемен-. та со станиной.

Устройство содержит станину 1, выполненную в виде рамы с двумя траверсами 2 и 3 и установленную на фун-4 даменте 4. На траверсу 3, имеющую

5 отверстие 5, устанавливается кольце- вой образец 6 с двумя радиальными трещинами 7, в отверстие которого устанавливается раэжимная оправка 8 со вставленным в нее конусным разжимным элементом 9 с выступающей из оправки 8 верхней частью 10. Разжимной элемент 9 pF ýüáoâûì хвостовиком 11 соединен со стержнем 12 с н аковальн ей 13, воспринимающей удар бойка 14.Стержень 12 располагается в соосных направляющих отверстиях 5 и 15 станины 1. Для гашения излишней кинетической энергии бойка 14 служит резиновый амортизатор 16. 60

Подъем бойка 14 в верхнее положение осуществляется лебедкой (не показана), а фиксация в верхнем положении фиксирующим устройством (не показано). Выступающая верхняя часть 10 разжимного элемента 9 может быть соединена с траверсой 2 станины 1 с помощью навинченной на резьбу 17 гайки 18 (фиг.7).

Длина L стержня 12 с наковальней

13 на конце выбирается из условия исп 4 где „,.д — время испытания, в течение которого происходит разрушение испытуемого образца; с — скорость распространения упругих волн в материале стержня 12.

В свою очередь длина L выступающей из оправки 8 верхней части 10 разжимного элемента 9 выбирается из условия ГС

I где — продолжительность времени от начала нагружения образца до момента изменения скорости.

Выступающая верхняя часть 10 разжимного элемента 9 может быть выполнена цилиндрической постоянного сечения, диаметр которого меньше или больше диаметра основания конусной части разжимного элемента 9, к которому примыкает выступающая верхняя часть 10, и цилиндрической двухступенчатой, при этом диаметр второй ступени, в свою очередь,меньше или больше диаметра первой ступени, Устройство работает следующим образом.

Предварительно на поверхность кольцевого образца 6 с двумя радиальными трещинами 7 вблизи вершины одной и з трещин наклеивается тен зодатчик (не показан) для замера упругой деформации, а для определения момента страгивания трещины наклеивают около вершины трещины датчик разрыва (не показан). Затем образец 6 устанавливают на нижнюю траверсу 3 станины 1. В отверстие образца 6 вставляют разжимную оправку 8 с разжимным элементом 9, например, с выс тупающей в ерхн ей час тью 10 пос тоянного сечения, обеспечивающей ступенчатое увеличение скорости (фиг, 4 ) . На стержень 12 с наковальней 13 насажи вают боек 14, а затем стержень 12 устанавливают в отверстия 5 и 15 и соединяют при помощи резьбового хвостовика 11 с конусным разжимным элементом 9. Боек 14 поднимают с помощью лебедки на заданную высоту и фиксируют на стержне 12.

При ударе бойка 14 со скоростью которая регулируется высотой подъема бойка, по наковальне 13, по стержню 12 распространяется упругая волна напряжений, за фронтом которой массовая скорость П (скорость движе1

932364 ния материала) и напряжение g, определяются по формулам

/ и = V6-,. О = P« где Р и с — плотность и скорость распространения упругой волны в материале стержня.

Прохождение волны через область ступенчатого изменения сечения сопровождается распадом волны на отражен— ную и проходяющую, за фронтами кото- 10 рых состояние материала характеризуется массовыми скоростями и напря/ / жениями и О, (за фронтом проходящей о волны), u, O (за фронтом отраженной волны) . Расчет скорости деформирова- 15 ния образца б сводится к расчету скорости движения разжимного элемента

9 (влиянием кольцевого образца на скорость разжимно го элемен та прен ебрегаем) . Для расчета скорости движе20 ния разжимного элемента используется формула, определяющая массовую скорость по обе стороны от области ступенчатого изменения сечения разжимного элемента

u =2(4+9 и где u — массовая скорость непосредственно перед прохождением волны в область изменения сечения;

u — массовая скорость, отно- З0 сящаяся к состоянию материала после прохождения волны;

Формула изобретения

2. Устройство по п.l, о т л и ч аю щ е е с я тем, что выступающая иэ

Fo

F — отношени е площадей в 35 области изменения сечения (свободной поверхности соответствует

Y= О, вследствие чего массовая скорость за фронтом упругой волны напряжений, отраженной от свободной поверхности удваивается

2 и при защемлении 9 =, скорость движения разжимного элемента 45 ступенчато умен ьшаетс я до нуля) .

Высота подъема бойка 14, например, выбирается экспериментально такой, чтобы при начальной скорости нагруже- -50 ния образца до ее ступенчатого изменения не происходило динамическое распространение трещины (датчик раз- рыва у вершины трещины не разрушится), а ступенчатое повышение скорости нагружения вызывало динамическое ðàñпростран ение трещины.

В процессе испытания регистрируют диаграмму изменения упругой деформа- 60 циИ на поверхности образца вблизи вершины трещины 7 с помощью осцилло графирования сигнала от тензодатчика и момент .динамического инициирования трещины с помощью датчика Разрыва. $5

По величине упругой деформации на поверхности образца в момент динамического инициирования трещины находят характеристику динамической вязкости разрушения, при этом учитывается влияние на вязкость разрушения истории нагружения.

Таким образом, предлагаемое устройство дает возможность проведения испытаний на вязкость разрушения кольцевых образцов с трещинами с заданным ступенчатым изменением скорости деформирования после деформировакия образца на заданную величину, что обеспечивает Расширение получаемой экспериментальной информации, необходимой для расчетов процессов разрушения с режимами нарушения, соответствующим реальным условиям экс- . плуатации конструкций, и оценки возможности использования тех или иных конструктивных материалов в различных условиях эксплуатации с реальными режимами нагружения.

Предлагаемую установку целесообразно использовать в НИИ и заводских лабораториях для исследования материалов .

1. Устройство для испытания кольцевых образцов на динамическую вязкость разрушения, содержащее станину,разжимную оправку, устайавливаемую на станине в отверстие кольцевого образца, разжимной элемент с выступающей из оправки верхней частью, боек для приложения ударной нагрузки к разжимному элементу, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью проведения испытаний со ступенчатым изменением скорости нагружения, оно снабжено прикрепленным к нижней части разжимного элемента стержнем длиной

Ь y t пcjlc наковальней на конце, служащей для восприятия удара бойка, а длина Х. выступающей верхней части разжимного элемента выбрана из условия

СС

2ю где t — время, в течение котороисп го происходит разрушение образца; продолжительность времени от начала нагружения образца до момента изменения скорости; с — скорость распространения упругих волн в материале разжимного элемента.

932364

% . б

Фиг.4

Фиг. 5

Фиг, б

Фиг. /

Составитель A,Êîëòóíoâ

Редактор М. Голаковски Техред Т. Фанта Корректор М.Демчик

Заказ 3773/63 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва,Ж-35,Раушская наб.ф .4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул. Проектная, 4 оправки верхняя часть разжимогс элемен та выполнен а с туп ен чатой.

3. Устройство по пп.1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что выступакицая из оправки верхняя часть разжимного элемента соединена со ста- 5 ниной устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 728040, кл. G 01 N 3/30, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2795084/25-28, кл. 6 0 и 3/30, 1979 (прототип) .