способ нагружения плоского образца

Формула изобретения

Способ асимметричного нагружения плоского образца, при котором на образец в четырех точках, равномерно расположенных по окружности, закрепляют клиновые сегменты, взаимодействующие с двумя клиновыми платформами, расположенными с двух сторон образца, и путем давления на платформы в направлении, перпендикулярном плоскости образца, создают в нем усилия в двух взаимно перпендикулярных направлениях, отличающийся тем, что испытания ведут на крестообразном образце, одна пара плеч которого снабжена сегментами, работающими на растяжение, а другая пара плеч - сегментами, работающими на сжатие и выполненными с одинаковыми углами наклона поверхностей, взаимодействующих с платформами, в процессе нагружения определяют истинные относительные деформации растяжения и сжатия рабочей части образца, периодически при превышении абсолютного значения деформации сжатия над деформацией растяжения на заданную величину разгружают образец, устанавливают прокладки одинаковой заданной толщины между сегментами растяжения и соответствующими поверхностями платформ и продолжают нагружение образца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для асимметричного двухосного (плоского) нагружения крестообразных образцов материалов при их испытаниях.

Известен способ нагружения плоских образцов, при котором крестообразный образец закрепляют с помощью захватов в гидравлических механизмах и растягивают в направлении плеч образца [1].

Недостаток известного способа: ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия механизмов сжатия образца с целью получения асимметричного нагружения материала.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ нагружения плоских образцов, при котором на образец в четырех точках, равномерно расположенных по окружности, закрепляют (приваривают) клиновые сегменты, взаимодействующие с двумя распорными элементами (платформами) и путем давления на платформы в направлении, перпендикулярном плоскости образца, создают в нем усилия растяжения в двух взаимно перпендикулярных направлениях [2].

Недостатком способа-прототипа является отсутствие возможности получения в образце усилий сжатия, в частности получения асимметричного плоского нагружения.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение функциональных возможностей способа за счет реализации асимметричного двухосного (плоского) нагружения испытуемых материалов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе нагружения плоского образца, при котором на образец в четырех точках, равномерно расположенных по окружности, закрепляют клиновые сегменты, взаимодействующие с двумя клиновыми платформами, расположенными с двух сторон образца, и путем давления на платформы в направлении, перпендикулярном плоскости образца, создают в нем усилия в двух взаимно перпендикулярных направлениях, согласно изобретению испытания ведут на крестообразном образце, одна пара плеч которого снабжена сегментами, работающими на растяжение, а другая пара плеч - сегментами, работающими на сжатие и выполненными с одинаковыми углами наклона поверхностей, взаимодействующих с платформами, в процессе нагружения определяют истинные относительные деформации растяжения и сжатия рабочей части образца, периодически при превышении абсолютного значения деформации сжатия над деформацией растяжения на заданную величину разгружают образец, устанавливают прокладки одинаковой заданной толщины между сегментами растяжения и соответствующими поверхностями платформ и продолжают нагружение образца.

Проведение испытаний материалов на крестообразных образцах позволяет реализовать на рабочей (центральной) части образца асимметричное нагружение материала (растяжение по одному направлению и сжатие по взаимно перпендикулярному направлению), а определение в процессе нагружения истинных относительных деформаций сжатия и растяжения и поддержание их близкими друг к другу по модулю в процессе всего нагружения (за счет периодического разгружения образца и установки прокладок под сегменты растяжения) обеспечивает равномерное плоское, без вспучивания, деформирование материала вплоть до разрушения образца.

Нами не обнаружены технические решения с признаками, сходными с существенными отличительными признаками предлагаемого способа, поэтому считаем, что он соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано устройство для нагружения крестообразного образца (сечение в направлении растяжения), на фиг.2 - то же для направления сжатия, на фиг.3 - зависимость условных ( ) и истинных (e) относительных деформаций рабочей части крестообразного образца по главным направлениям от условной относительной деформации растяжения _pc в процессе нагружения образца.

Устройство для асимметричного нагружения крестообразного образца 1 (фиг.1, 2) состоит из четырех клиновых сегментов 2 растяжения (фиг.1), симметрично закрепленных на двух противоположных плечах образца, и четырех клиновых сегментов 3 сжатия (фиг.2), симметрично закрепленных на двух других плечах образца. Сегменты 2 и 3 выполнены взаимодействующими с соответствующими наклонными (например, под углом 45° к плоскости образца) плоскими поверхностями двух клиновых платформ 4, расположенных с двух сторон от образца и испытывающих давление Р со стороны пресса (направление усилия на фиг.1, 2 показано стрелкой). На центральной (рабочей) части образца 1 установлены датчики 5 (например, тензорезисторы) измерителей деформации (тензометров) для определения относительных деформаций образца в двух направлениях - растяжения и сжатия (фиг.1, 2). Между сегментами 2 растяжения и соответствующими наклонными поверхностями платформ 4 могут быть установлены четыре жестких прокладки 6 заданной, одинаковой для всех сегментов, толщины (фиг.1).

Способ нагружения плоского образца осуществляется следующим образом. На плечах крестообразного образца 1 (фиг.1, 2) закрепляют сегменты 2 растяжения и 3 сжатия, например, путем приваривания к образцу или с помощью штифтов, как показано на фиг.1 и 2. Образец с сегментами устанавливают между двумя платформами 4 и деформируют путем увеличения давления Р на платформы со стороны пресса. В процессе нагружения измеряют абсолютные деформации l с помощью датчиков 5 тензометров (фиг.1, 2) и определяют истинные относительные деформации образца в направлениях сжатия (е_сж) и растяжения (e_pc) по формуле , где l₀ - база тензодатчиков (см. фиг.1) для измерения абсолютных деформаций - условная относительная деформация. При отклонении абсолютного значения (модуля) деформаций сжатия и растяжения друг от друга на заданную величину, например на 3%, образец разгружают путем снятия давления с платформ 4. Между наклонными плоскостями четырех сегментов 2 растяжения и соответствующими поверхностями платформ 4 (фиг.1) устанавливают прокладки 6 одинаковой заданной толщины, например 0,1 мм, после чего продолжают нагружение образца. При отклонении модуля деформации |е_сж| от е_рс на заданную величину производят повторное разгружение образца, установку дополнительных прокладок 6 (или замену прокладок на прокладки большей толщины) под сегменты 2 и последующее нагружение образца. Указанный цикл нагружения образца, его разгружения, установку прокладок и последующего нагружения образца периодически повторяют до завершения всего процесса нагружения образца, вплоть до его разрушения.

Зависимость истинной относительной деформации растяжения е_рс и модуля условной | _сж| и истинной |е_сж| относительных деформаций сжатия от условной относительной деформации растяжения _рс в процессе периодического нагружения-разгружения образца показана на фиг.3 (зависимости условных относительных деформаций от _pc изображены пунктиром). При первоначальном (из исходного состояния) нагружении образца все относительные деформации практически (до долей процента) равны по модулю друг другу, однако в дальнейшем (уже в области пластического течения материала) деформация |е_сж| начинает существенно превышать е_рс (например, при _рс=3% е_рс=2,96%, |е_сж|=3,05%, т.е. разность модулей истинных относительных деформаций составляет около 3%). Если при некотором заданном соотношении истинных деформаций |е_сж1| и e_pc1 (фиг.3) разгрузить образец до Р=0 (изменение деформаций при разгрузке составляет около 0,1-0,2% и на фиг.3 не показано), ввести прокладки под сегменты растяжения и продолжить нагружение образца, то сначала происходит одноосное нагружение, при котором деформация сжатия отстает от деформации растяжения. В результате отношение |е_сж|/е_рс плавно уменьшается до 1 (точка А на фиг.3), а затем становится меньше 1. Все это время между сегментами 3 сжатия (фиг.2) и соответствующими поверхностями платформ 4 имеется зазор, уменьшающийся по мере одноосного нагружения образца.

В момент, когда указанный зазор становится равным нулю (деформация _pc2 на фиг.3), начинается ускоренный рост деформаций | _сж| и |е_сж|, поскольку снова начинается двухосное нагружение образца, при котором выполняется равенство | _cж|= _pc (прямая | _сж| становится параллельной прямой _pc). Когда в процессе нагружения деформация |е_сж| снова превысит е_рс на заданную величину, образец разгружают, устанавливают под сегменты растяжения прокладки большей толщины и снова нагружают, следя за соотношением истинных деформаций |е_сж| и е_рс. Толщину прокладок под сегментами растяжения, определяющую момент перехода от одноосного к плоскому нагружению (деформация _рс2 на фиг.3), подбирают эмпирически или расчетным путем исходя из геометрических параметров элементов нагружателя и заданного расхождения (или отношения) между деформациями |е _сж| и е_рс.

Предлагаемый способ нагружения плоских образцов обеспечивает равномерное плоскопараллельное перемещение материала при его деформировании в процессе асимметричного нагружения, позволяет предотвратить потерю устойчивости деформируемого участка образца в направлении сжатия вплоть до момента его разрушения.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР № 1051406 А, МПК G01N 3/08, 1983.

2. Авт. свид. СССР № 148940, МПК G01N 3/08, 1962 [прототип].