устройство для испытания на сжатие образцов из листового материала

Формула изобретения

Устройство для испытания на сжатие образцов из листового материала, содержащее станину с двумя стойками, прижимной упор, нагружающую и сменную опорную плиты, клин с углом в клиновом механизме, отличающееся тем, что одна стойка выполнена в виде клина с одной рабочей поверхностью и углом /2, а угол клина определяют решением системы уравнений





где - угол клина; f - коэффициент трения в кинематических парах клинового механизма; b₀, t₀ - соответственно исходные ширина и толщина образца; Q - результирующая поперечная поддерживающая нагрузка, препятствующая искривлению образца; А, n - характеристики материала образца; - относительная деформация сжатия образца; - верхний предел интегрирования, равный необходимой степени сжатия образца; G - вес клина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для определения физико-механических характеристик материалов и может применяться в качестве технологической оснастки в авиастроении, судостроении и других отраслях машиностроения.

Известно устройство [1] для сжатия образца из листового материала, включающее станину с двумя стойками, установленный на ней прижимной упор из двух частей, клин с углом а между ними для образования клинового механизма и сменная опорная плита. Устройство позволяет производить сжатие образца приложенной к нагружающей плите силой без изгиба.

К недостаткам данного устройства относится низкая точность сжатия образца из листового материала в условиях линейного напряженного состояния из-за невозможности определения оптимального значения угла клина в клиновом механизме.

Изобретение направлено на повышение точности сжатия образца из листового материала в условиях линейного напряженного состояния за счет определения оптимального значения угла клина в клиновом механизме.

Это достигается тем, что одна стойка выполнена в виде клина с одной рабочей поверхностью и углом /2, а угол клина в клиновом механизме определяется решением системы уравнений

где - угол клина; f - коэффициент трения в кинематических парах клинового механизма; b₀, t₀ - соответственно исходные ширина и толщина образца; Q - результирующая поперечная поддерживающая нагрузка, препятствующая искривлению образца; А, n - характеристики материала образца; - относительная деформация сжатия образца; ^/ - верхний предел интегрирования, равный необходимой степени сжатия образца; G - вес клина.

На фиг.1 представлена расчетная схема устройства (вид сверху) для определения угла клина . На фиг.2 показана расчетная схема сжимаемого образца для определения результирующей поперечной поддерживающей нагрузки Q.

Устройство, схема которого представлена на фиг.1, включает в себя следующие основные элементы: станина 1 (смотри фиг.2) с двумя боковыми стенками 2 и стойками 3, 4, одна 4 из которых выполнена в виде клина с одной рабочей поверхностью и углом /2; сменная опорная 5 и нагружающая 6 плиты, прижимной упор 7 в виде клина с одной рабочей поверхностью и углом /2 и другой рабочей поверхностью для контакта со сжимаемым образцом; клин 8 с двумя рабочими поверхностями и углом , установленный на станину между прижимным упором 7 и стойкой 4 для образования клинового механизма.

Устройство работает следующим образом.

При приложении сжимающей силы Р к нагружающей плите 6 образец 9 с исходными размерами l₀×b₀×t₀ (длина × ширина × толщина) начинает деформироваться. Увеличение его толщины вызывает воздействие на него результирующей поперечной поддерживающей нагрузки Q со стороны прижимного упора 7, вследствие чего последний начнет перемещаться вправо на величину увеличения толщины образца 9 - t, вызывая при этом движение клина 8 относительно стойки 4 и упора 7 в направлении от вершины клинового угла .

Для определения угла клинового механизма, при котором устройство обеспечивает равномерное сжатие образца без изгиба, рассматривается условие равновесия всех действующих в устройстве сил, в результате чего получают уравнение (1).

Для расчета результирующей поперечной поддерживающей нагрузки Q применяется изложенная в [2] методика. На изображении фиг.2 показана расчетная схема сжатия образца. Здесь 2 - опорная стенка корпуса устройства, 7 - нагружающая плита, 6 - основание корпуса, 8 - сменная подкладка, 9 - образец. Рассматривается критерий положительности работы добавочных нагрузок dP и dQ [2], который в данном случае записывается в виде

Здесь dl - изменение длины образца; знак "-" принят в связи с тем, что добавочная нагрузка dQ направлена на встречу направлению искривления оси образца при потере устойчивости; - максимальный прогиб изогнутой оси образца при его искривлении.

Величину сжимающей силы можно определить по формуле

Здесь - напряжение сжатия в образце; F - текущая площадь поперечного сечения образца; b и t - текущие ширина и толщина образца, которые можно рассчитывать по соотношениям

где - относительная деформация образца.

Величину напряжения можно определять по аппроксимированному соотношению, определяющему кривую течения материала

где А, n - характеристики материала.

Поддерживающая поперечная нагрузка определяется по формуле

где q - интенсивность постоянной распределенной по ширине b образца нагрузки, Н/мм.

Изменение длины образца в (3) определяется по соотношению

а максимальный прогиб - по формуле

После подстановки всех вышеприведенных соотношений в (3) получим поддерживающую поперечную нагрузку (2).

Для осадки образца 9 часть его длиной должна выступать из стойки 2 и прижимного упора 6. После сжатия образца на величину и полной разгрузки устанавливают на станину 1 новую сменную плиту 5 толщиной больше на величину по сравнению с первоначально установленной в устройстве сменной плитой. По мере деформирования образца процесс замены плиты 5 одна на другую продолжают до достижения необходимой степени сжатия ^/.

Таким образом, предлагаемый способ определения угла клина в клиновом механизме позволит назначить оптимальные значения геометрических размеров основных элементов устройства и тем самым обеспечивать деформирование образца без изгиба с достаточной точностью.

Источники информации

1. Патент РФ № 2138034 «Устройство для испытания на сжатие образцов листового материала», Бюл. № 26 от 29.09.1999.

2. Хван Д.В. «Устойчивость при пластической осадке цилиндрической заготовки». Техника машиностроения. 1988 г. № 3, с.40-41.