BR102012022279B1

BR102012022279B1 - compact device for applying compressive static loads on a specimen

Info

Publication number: BR102012022279B1
Application number: BR102012022279-5A
Authority: BR
Inventors: Matsuyoshi Mori; Fernando Igai; Mikiya Muramatsu; Diogo Soga; Ísis Andrea Venturini Pola Poiate; Edgard Poiate Junior; Ivo Contin; Tomie Toyota De Campos; Reinaldo Missaka; Julio Celso Nogueira; Dalva Cruz Laganá
Original assignee: Universidade Federal Fluminense - Uff; Universidade De São Paulo - Usp
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2021-05-11
Also published as: BR102012022279A2; BR102012022279A8

Abstract

DISPOSITIVO COMPACTO Dispositivo compacto para aplicação de cargas estáticas compressivas sobre um corpo de prova que compreende uma base (2), hastes (3), um cabeçote móvel (4) um mandril (5) e pontas (6), que serve para a aplicação de carregamento compressivo.COMPACT DEVICE Compact device for applying compressive static loads on a specimen comprising a base (2), rods (3), a movable head (4), a mandrel (5) and tips (6), which serves for the application of compressive loading.

Description

FIELD OF THE INVENTION

[001] A presente invenção pertence ao campo dos dispositivos e equipamentos de medição e teste, especificamente, aos dispositivos de investigação das propriedades dos materiais.[001] The present invention belongs to the field of measuring and testing devices and equipment, specifically, devices for investigating the properties of materials.

TECHNICAL STATUS

[002] Para aprimorar ou desenvolver materiais e para aplicá-los com eficácia é necessário testar o seu comportamento, que pode ser realizado através da mensuração de suas propriedades, como por exemplo, as propriedades mecânicas de resistência à tração, à compressão e à flexão. Para isto é fundamental a realização de ensaios mecânicos em corpo de prova (corpo de prova) dos materiais. Os ensaios podem ser realizados em equipamentos capazes de aplicar forças de tração e compressão, e que são conhecidos como máquinas universais de ensaios (MUE), podendo ser servohidráulica, servoelétrica ou eletromagnética.[002] To improve or develop materials and to apply them effectively it is necessary to test their behavior, which can be performed by measuring their properties, such as the mechanical properties of tensile, compression and bending strength . For this, it is essential to carry out mechanical tests on the specimen (test specimen) of the materials. Tests can be performed on equipment capable of applying traction and compression forces, and which are known as universal testing machines (MUE), which can be servo-hydraulic, servo-electric or electromagnetic.

[003] As MUE basicamente possuem uma célula de carga para mensurar a força aplicada, um cabeçote fixo ou base, para servir de apoio do corpo de prova, um cabeçote móvel para aplicar o carregamento de forças de tração ou compressão, o qual se movimenta através de uma ou duas colunas/fusos, controlados/acionados por um sistema elétrico através de programa e computador ou painel de comandos. Elas podem ser autoportantes ou de bancada e possuem uma vasta gama de acessórios para fixação dos corpos de prova, pois estes dependem do tipo de ensaio a ser realizado, da geometria e das dimensões dos corpos de prova a serem ensaiados.[003] The MUE basically have a load cell to measure the applied force, a fixed head or base, to serve as support for the specimen, a movable head to apply the loading of traction or compression forces, which moves through one or two columns/spindles, controlled/activated by an electrical system through a program and a computer or command panel. They can be self-supporting or benchtop and have a wide range of accessories for fixing the specimens, as these depend on the type of test to be performed, the geometry and dimensions of the specimens to be tested.

[004] Para aplicação das MUE convencionais em ensaios em mesa inercial com objetivo de avaliar deformações resultantes pela aplicação de cargas compressivas nos corpos de prova ou objeto de estudo, por exemplo, através de técnicas ópticas como a Interferometria holográfica e a Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) ou técnicas como a extensometria elétrica, existem algumas limitações, que podem ser atribuídas, às dimensões, peso e custos das MUE.[004] For the application of conventional EMU in inertial table tests in order to evaluate deformations resulting from the application of compressive loads on the specimens or object of study, for example, through optical techniques such as holographic interferometry and Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) or techniques such as electrical extensometry, there are some limitations that can be attributed to the dimensions, weight and costs of the EMU.

[005] Outro problema com as MUE usuais consiste no fato de não serem compactas, serem de difícil operação exigindo mão de obra treinada, o que torna difícil o manuseio e transporte.[005] Another problem with the usual EMUs is the fact that they are not compact, they are difficult to operate, requiring trained labor, which makes handling and transport difficult.

[006] A literatura de patentes apresenta um bom número de documentos referentes à MUEs. O MU 7400351-8 U descreve um MUE contendo um trilho duplo de movimentação da carga teste e pode exercer tração e compressão sobre o corpo de prova; esta MUE possui um motor elétrico, que proporciona o funcionamento do equipamento; uma célula de carga e um processador digital, sendo os elementos de carga molas presentes no equipamento.[006] The patent literature presents a good number of documents referring to MUEs. The MU 7400351-8 U describes an MUE containing a double test load movement rail and can exert traction and compression on the specimen; this MUE has an electric motor, which makes the equipment work; a load cell and a digital processor, the load elements being spring loaded in the equipment.

[007] O documento US2011132078A1 descreve um equipamento capaz de realizar todos os tipos de testes de dureza, como por exemplo, os testes de Rockwell, Brinell, Vickers, Micro Vickers e Knoop, que demandam aplicações de força que podem variar de 0,1 kg até 3000 kg. O equipamento é dotado de um motor elétrico e os dados são obtidos por meio de gráficos produzidos meio de softwares específicos em uma unidade de processamento acoplada ao equipamento.[007] The document US2011132078A1 describes equipment capable of performing all types of hardness tests, such as the Rockwell, Brinell, Vickers, Micro Vickers and Knoop tests, which demand force applications that can vary from 0.1 kg up to 3000 kg. The equipment is equipped with an electric motor and the data are obtained through graphics produced through specific software in a processing unit coupled to the equipment.

[008] O documento US2008184807A1 descreve um aparato que tem como função executar uma leitura das cargas compressivas aplicadas sobre um determinado corpo de prova, em ensaios com máquinas de ensaio universal, e com isso evitar que a unidade aplicadora de carga se rompa, devido a uma carga excessivamente alta.[008] The document US2008184807A1 describes an apparatus whose function is to perform a reading of the compressive loads applied on a given specimen, in tests with universal testing machines, and thus prevent the load applicator unit from breaking, due to an excessively high load.

[009] A patente US5438863 descreve um aparato de funcionamento motorizado, automatizado e controlado por computador que realiza testes universais de materiais com a possibilidade de variação de tipos de testes e de materiais analisados. O objeto reivindicado apresenta ainda um elemento que detém o corpo de prova que é fixo em relação ao elemento aplicador de carga.[009] The patent US5438863 describes a motorized, automated and computer-controlled operating apparatus that performs universal testing of materials with the possibility of varying the types of tests and materials analyzed. The claimed object also has an element that holds the specimen that is fixed in relation to the load applicator element.

[0010] A patente US20120048029 descreve um sistema hidráulico compacto para aplicação em máquinas de ensaio universais e também descreve uma máquina de ensaio universal adaptada e com a presença deste sistema hidráulico.[0010] The patent US20120048029 describes a compact hydraulic system for application in universal testing machines and also describes a universal testing machine adapted and with the presence of this hydraulic system.

[0011] O estado da técnica, entretanto, não fornece MUE de pequeno porte, de fácil utilização e transporte, e que possa ser utilizado em ensaios de pequenas cargas, de até 200N e que apresente versatilidade no posicionamento dos corpos de prova, característica muito importante em ensaios utilizando métodos ópticos de análise, uma vez que a montagem pré-estabelecida determina um feixe de luz laser que permanece imóvel.[0011] The state of the art, however, does not provide small MUE, easy to use and transport, and that can be used in tests of small loads, up to 200N and that presents versatility in the positioning of specimens, a very characteristic important in tests using optical analysis methods, since the pre-established assembly determines a laser light beam that remains immobile.

PURPOSE OF THE INVENTION

[0012] Considerando os problemas apresentados acima e no intuito de superá-los foi desenvolvido um dispositivo compacto para aplicação de cargas estáticas em ensaios em mesa inercial, de fácil manuseio, transporte e operação, além de um baixo custo de produção, solucionando assim as limitações das máquinas universais de ensaio disponíveis comercialmente.[0012] Considering the problems presented above and in order to overcome them, a compact device was developed for the application of static loads in inertial table tests, easy to handle, transport and operate, in addition to a low production cost, thus solving the limitations of commercially available universal testing machines.

SUMMARY OF THE INVENTION

[0013] A presente invenção compreende uma base (2) para o assentamento dos corpos de prova, hastes (3) que são guias de movimentação de um cabeçote móvel (4) que serve para a aplicação de uma força de carregamento e um mandril (5) para a fixação das pontas (6). O dispositivo serve para a aplicação de carregamento compressivo sobre um corpo de prova.[0013] The present invention comprises a base (2) for the seating of specimens, rods (3) that are guides for moving a movable head (4) that serves for the application of a loading force and a mandrel ( 5) for fixing the tips (6). The device is used to apply a compressive load on a specimen.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0014] Para se obter uma total e completa visualização do dispositivo compacto (1), objeto de patente de invenção, acompanham os desenhos aos quais se faz referências conforme segue abaixo.[0014] In order to obtain a total and complete visualization of the compact device (1), object of an invention patent, the drawings to which references are made are attached as follows.

[0015] A Figura 1 apresenta uma vista frontal do dispositivo compacto.[0015] Figure 1 presents a front view of the compact device.

[0016] A Figura 2 mostra o dispositivo compacto em uma vista em perspectiva.[0016] Figure 2 shows the compact device in a perspective view.

[0017] A Figura 3 ilustra as pontas de aplicação de carga. Em A, ponta cônica e, em B, ponta cilíndrica.[0017] Figure 3 illustrates the load application tips. In A, conical tip and in B, cylindrical tip.

[0018] A Figura 4 mostra a vista em perspectiva dos acessórios de fixação; A = morsa oblíqua, B = morsa axial e os orifícios de passagem dos elementos de fixação do corpo de prova nos acessórios de fixação.[0018] Figure 4 shows the perspective view of the fixtures; A = oblique vise, B = axial vise and the through holes of the specimen fixtures in the fixtures.

[0019] A Figura 5 ilustra os acessórios de fixação; A = mesa de coordenadas, B = mesa seno angular.[0019] Figure 5 illustrates the fixtures; A = coordinate table, B = angular sine table.

[0020] A Figura 6 ilustra os elementos de fixação dos acessórios de fixação para fixação na base (2) .[0020] Figure 6 illustrates the fastening elements of the fastening accessories for fastening on the base (2).

[0021] A Figura 7 mostra o dispositivo compacto montado com as cargas estáticas sobre o cabeçote móvel.[0021] Figure 7 shows the compact device mounted with static loads on the tailstock.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0022] O objeto deste pedido trata de um dispositivo compacto (1) para aplicação de cargas estáticas compressivas sobre um corpo de prova que compreende uma base (2) para o assentamento dos corpos de prova, hastes (3) que são guias de movimentação de um cabeçote móvel (4) que serve para a aplicação de uma força de carregamento e um mandril (5) para a fixação das pontas (6) que servem para a aplicação de carregamento compressivo.[0022] The object of this application is a compact device (1) for applying compressive static loads on a specimen that comprises a base (2) for the seating of specimens, rods (3) that are movement guides a movable head (4) for applying a loading force and a mandrel (5) for fixing the tips (6) for applying a compressive loading.

[0023] A carga compressiva de ensaio pode ser aplicada colocando se massas aferidas (7) no cabeçote móvel (4), sendo que a carga compressiva total é dada pela soma da massa do cabeçote móvel (4), do mandril (5), da ponta (6) de aplicação de carregamento e das massas aferidas (7).[0023] The test compressive load can be applied by placing measured masses (7) in the tailstock (4), and the total compressive load is given by the sum of the mass of the tailstock (4), of the mandrel (5), the loading application tip (6) and the measured masses (7).

[0024] Preferencialmente, são acoplados acessórios (8) para fixação do corpo de prova ou objeto de estudo à base (2), pelo emprego dos elementos de fixação (9) inseridos nas perfurações (10) na base (2). Preferencialmente, os acessórios (8) que podem ser fixados à base (2) pertencem ao grupo consistido de morsa axial, morsa oblíqua, morsa seno angular, mesa angular com base giratória e, mesa de coordenadas; os elementos de fixação (9) são grampos, arruelas e/ou parafusos.[0024] Preferably, accessories (8) are coupled for fixing the specimen or object of study to the base (2), by using the fastening elements (9) inserted in the perforations (10) in the base (2). Preferably, the accessories (8) that can be fixed to the base (2) belong to the group consisting of axial vise, oblique vise, angular sine vise, angular table with swivel base and coordinate table; the fastening elements (9) are clamps, washers and/or screws.

[0025] Ainda, preferencialmente, a base (2) possui altura inferior a 20 cm de comprimento, largura máxima de 10 cm e altura de até 3,60 cm, conforme pode ser visto na figura 2.[0025] Also, preferably, the base (2) has a height of less than 20 cm in length, maximum width of 10 cm and height of up to 3.60 cm, as can be seen in figure 2.

[0026] As hastes (3) são transversais à base (2) e apresentam o formato cilíndrico e servem como trilho de movimentação vertical. Preferencialmente, o dispositivo compacto (1) tem de 2 a 4 hastes com altura máxima de 25 cm e a distância entre as hastes é de aproximadamente 14 cm.[0026] The rods (3) are transversal to the base (2) and have a cylindrical shape and serve as a vertical movement rail. Preferably, the compact device (1) has 2 to 4 rods with a maximum height of 25 cm and the distance between the rods is approximately 14 cm.

[0027] O cabeçote móvel (4) possui formato elíptico e serve como uma base superior para o posicionamento da carga estática compressiva. O cabeçote móvel (4) possui uma massa conhecida, preferencialmente de 1 kg, servindo também como carga estática para o teste compressivo.[0027] The movable head (4) has an elliptical shape and serves as an upper base for the positioning of the compressive static load. The movable head (4) has a known mass, preferably 1 kg, also serving as a static load for the compression test.

[0028] Coifas de borracha (11) são encaixadas em cada extremidade do cabeçote móvel (4) de modo a diminuir as folgas entre o cabeçote e as hastes (3) favorecendo o deslocamento homogêneo do cabeçote móvel (4) ao longo do comprimento das hastes (3).[0028] Rubber boots (11) are fitted at each end of the tailstock (4) in order to reduce the clearances between the headstock and the rods (3) favoring the homogeneous displacement of the tailstock (4) along the length of the rods (3).

[0029] O dispositivo compacto (1) para realização de ensaios universais desta invenção deve, preferencialmente, ser usado para a realização de ensaios com cargas de 10N a 200N.[0029] The compact device (1) for carrying out universal tests of this invention should preferably be used for carrying out tests with loads from 10N to 200N.

[0030] O mandril (5) é fixado ao cabeçote móvel (4) e serve para conexão das pontas (6) de impacto, que devem possuir diâmetro entre 1,00 a 10,00mm, podendo apresentar formato cilíndrico e/ou cônico.[0030] The mandrel (5) is fixed to the movable head (4) and serves for connection of the impact tips (6), which must have a diameter between 1.00 to 10.00mm, and may have a cylindrical and/or conical shape.

[0031] O dispositivo compacto (1) é produzido com materiais que apresentem tensão de escoamento entre 620,5 e 965,2 MPa, de preferência com aplicação de tratamentos térmicos para obter-se dureza superficial entre 35 e 60 Rockwell C.[0031] The compact device (1) is produced with materials that have a yield strength between 620.5 and 965.2 MPa, preferably with application of heat treatments to obtain surface hardness between 35 and 60 Rockwell C.

[0032] Um especialista na área técnica pode facilmente perceber que as dimensões acima são meramente preferenciais, e dispositivos semelhantes com dimensões maiores ou menores podem facilmente serem produzidos, sem que se fuja do espírito desta invenção.[0032] A person skilled in the art can easily see that the above dimensions are merely preferred, and similar devices with larger or smaller dimensions can easily be produced, without departing from the spirit of this invention.

[0033] Como pode ser demonstrado, o equipamento compacto para aplicação de cargas estáticas compressivas em ensaios realizados em mesa inercial permite suprir as limitações de peso e dimensões das MUE disponíveis no mercado, assim com as limitações de espaço em mesas inerciais, que exigem equipamentos compactos, além de serem versáteis em sua montagem e de ser acionada manualmente.[0033] As can be shown, the compact equipment for applying compressive static loads in tests performed on an inertial table allows to meet the limitations of weight and dimensions of the EMU available on the market, as well as the space limitations on inertial tables, which require equipment compact, in addition to being versatile in its assembly and being operated manually.

[0034] Embora a presente invenção seja suscetível a diferentes modalidades, é mostrada uma modalidade preferida da mesma, com o entendimento de que a presente descrição deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção e não pretende limitar-se ao que é ilustrado e descrito aqui.[0034] Although the present invention is susceptible to different embodiments, a preferred embodiment thereof is shown, with the understanding that the present description is to be considered an exemplification of the principles of the invention and is not intended to be limited to what is illustrated and described on here.

Example: load test.

[0035] O exemplo a seguir descreve um teste de carga utilizando o dispositivo compacto, com a aplicação de 4 cargas aferidas de 1 kg cada, que somadas à massa do cabeçote móvel de aplicação de carga, somam a massa total de 5 kg. Inicialmente o cabeçote encontra-se em uma posição mais superior possível em relação à base inferior do dispositivo, sem haver uma desconexão do mesmo com as hastes do trilho de movimentação. O próprio peso do cabeçote de aplicação de carga já é capaz de promover o movimento vertical descendente, por isso é necessário que o operador mantenha o cabeçote apoiado em sua mão para evitar algum movimento indesejado. Outra maneira de se realizar isto é utilizar um calço com a altura suficiente para manter o cabeçote distante da superfície mais superior do corpo de prova. Com a imobilidade do cabeçote garantida pelo calço ou pela mão do operador, prossegue-se com a colocação das cargas aferidas. No exemplo citado na figura 7 foram colocadas quatro cargas aferidas, figuras geométricas de seis lados, sobre a superfície superior do cabeçote de aplicação de carga, que são utilizadas como cargas aferidas de mesma massa. Para evitar o atrito entre as coifas de borracha do cabeçote aplicador de cargas estáticas e os cilindros do trilho de movimentação e uma interferência na intensidade da carga aplicada sobre o corpo de prova, é aplicada uma camada de vaselina sólida na superfície dos cilindros, o que facilita o movimento vertical descendente do cabeçote móvel e também proporciona a conservação das coifas de borracha. A figura 7 ilustra o final do movimento vertical descendente sem a presença de nenhum dispositivo de fixação dos corpos de prova. Neste exemplo apresentado na figura, o cabeçote móvel de aplicação de carga termina seu movimento descendente quando a ponta aplicadora entra em contato com a superfície da base para assentamento dos corpos de prova. Quando existe um corpo de prova sendo analisado, a ponta aplicadora de carga vai encerrar o seu movimento vertical após o contato com a superfície do corpo de prova.[0035] The following example describes a load test using the compact device, with the application of 4 measured loads of 1 kg each, which added to the mass of the load application tailstock, add up to a total mass of 5 kg. Initially, the head is in the highest position possible in relation to the lower base of the device, without disconnecting it from the movement rail rods. The load application head's own weight is already capable of promoting the downward vertical movement, so it is necessary for the operator to keep the head supported in his hand to avoid any unwanted movement. Another way to accomplish this is to use a shim with enough height to keep the head away from the upper surface of the specimen. With the immobility of the head guaranteed by the wedge or by the operator's hand, we proceed with the placement of the measured loads. In the example mentioned in figure 7, four measured loads, geometric figures of six sides, were placed on the upper surface of the load application head, which are used as measured loads of the same mass. To avoid friction between the rubber boots of the static load applicator head and the movement rail cylinders and an interference in the intensity of the load applied on the specimen, a layer of solid petroleum jelly is applied on the surface of the cylinders, which facilitates the downward movement of the tailstock and also provides for the conservation of the rubber boots. Figure 7 illustrates the end of the downward vertical movement without the presence of any fixture for the specimens. In this example shown in the figure, the mobile load application head ends its downward movement when the applicator tip comes into contact with the surface of the base for laying the specimens. When there is a specimen being analyzed, the charge applicator tip will end its vertical movement after contact with the specimen surface.

Claims

1. Compact device for applying compressive static loads on a specimen comprising a base (2), rods (3), movable head (4), mandrel (5), characterized in that the base (2) for the settlement of the specimens have perforations (10) and transversely, rods (3) of cylindrical shape that allow vertical movement of the mobile head (4) to which a mandrel (5) is fixed, to which the tips (6) are fixed for the application of compressive loading, the test compressive load being applied by placing measured masses (7) on the moving head (4).

2. Compact device according to claim 1, characterized in that the total compressive load is given by the sum of the mass of the tailstock (4), the mandrel (5), the loading application tip (6) and the measured masses (7 ).

3. Compact device according to claim 1, characterized in that it is coupled to the base (2) accessories (8) for fixing the specimen or object of study by using fastening elements (9) inserted in its perforations (10) .

Compact device according to claim 3, characterized in that the accessories (8) belong to the group consisting of axial vise, oblique vise, angular sine vise, angular table with rotating base and coordinate table; and the fastening elements (9) are clips, washers and/or screws.

5. Compact device according to claim 1, characterized in that it has between 2 to 4 rods of cylindrical shape, maximum height of 25 cm and the distance between the rods of 14 cm.

6. Compact device according to claim 1, characterized in that the movable head (4) has an elliptical shape and known mass.

7. Compact device according to claim 1, characterized in that the rubber boots (11) are fitted at each end of the movable head (4) in order to reduce the clearances between the head and the rods (3) favoring the homogeneous displacement of the movable head (4) along the length of the rods (3).

8. Compact device according to claim 1, characterized in that the mandrel (5) is fixed to the movable head (4) serving for connection of the impact tips (6) which must have a diameter between 1.00 to 10.00 mm, and shape cylindrical and/or conical.

9. Compact device according to claim 1, characterized in that it performs tests with loads from 10N to 200N and is produced with materials that present a yield strength between 620.5 and 965.2 MPa, with application of heat treatments to obtain surface hardness between 35 and 60 Rockwell C.