CS210979B1 - Zařízení pro zkoušení mechanických vlastností materiálu - Google Patents

Abstract

Vynález se týká oboru ochrana proti korozi a řeší způsob provádění zkoušek mechanických vlastnosti materiálu s požadovanou velikostí síly, posunutí a jejich časového průběhu; předmětem vynálezu je i zařízení k provádění uvedeného způsobu. Podstatou vynálezu je použití nejméně jednoho teplotně dilatujícího prvku v zatěžovacím systému k vyvození požadované síly a posunutí a jejich časového průběhu na vzorku. Teplotní změny dilatujícího prvku je možno realizovat kombinací ohřevu odporovým elektrickým topením a nucenou cirkulací tekutiny, které jsou ve styku s povrchem dilatujícího prvku; v závislosti na časovém průběhu teploty dilatujícího prvku je možno dosáhnout časově proměnného průběhu různých způsobů namáhání. Vynález je možno využít i při mechanických zkouškách stárnutí materiálu., radiačního zkřehnutí, nízkocyklové únavy, tečení a jejich kombinací - ve všech oborech strojírenství.

Description

Vynález se týká zařízení pro zkoušení mechanických vlastností materiálu, při němž se na zkoušený vzorek působí silou, resp. vyvozuje jeho posunutí.

Dosud jsou pro zkoušky statických mechanických vlastností materiálu užívány většinou pákové zatěžovací mechanismy. Těmito mechanismy je síla vyvozené závažím převedena soustavou pák na zkoušený vzorek, přičemž zvětšení síly na zkoušeném vzorku způsobuje i jeho menší posunutí - deformaci, při srovnání s tíhou závaží a jeho posunutím.

Teoreticky možné, i když v praxi málo používané, je i obrácené uspořádání zatěžovacího mechanismu, tj. zvětšení posunutí na zkoušeném vzorku doprovázené menší silou, při srovnání s posunutím závaží a jeho tíhou. Při požadavku dosáhnout velkých zvětšení sil a posunutí, tj. velkých převodových poměrů, je nutno tyto mechanismy volit poměrně robustní a rozměrné.

Časově proměnné mechanické vlastnosti materiálu jsou v současné době většinou zjištovány na zatěžovacich - trhacích strojích s mechanickým nebo hydraulickým vyvozením síly a posunutí pro mechanické namáhání zkoušeného vzorku. Tato zařízení jsou poměrně složité a nákladná a protože jsou vyráběna jako universální, v mnoha případech jsou využívány všechny jejich možnosti.

Uvedené nedostatky se do značné míry odstraňují zařízením pro zkoušení mechanických vlastností materiálu, obsahujícím zatěžovací systém zkoušeného vzorku podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že zatěžovací systém obsahuje alespoň jeden teplotně dilatující prvek, kolem něhož je umístěna topné spirála, připojená ke zdroji elektrického proudu. U výhodného provedení vynálezu je osa teplotně dilatujíoího prvku totožné s osou vedenou zatěžovací tyčí. Zatěžovací systém může obsahovat dva teplotně dilatující prvky, umístěné po stranách prostoru pro zkoušený vzorek, paralelně s osou zatěžovací tyče. Je výhodné, je-li alespoň ječen teplotně dilatující prvek připojen na řízený zdroj elektrického proudu a opatřen dutinami připojenými k regulovanému přívodu a odvodu chladicího prostředí v závislosti na požadovaném režimu zatěžování.

Při teplotních změnách dilatujících prvků dochází v důsledku vedení tepla i k teplotním dilatacím, mechanickému namáhání a deformacím ostatních částí zatěžovacího mechanismu. Proto teplota dilatujíoího prvku a její změna, kterými mé být docíleno požadované namáhání zkoušeného vzorku, je řízena zpětnou vazbou velikostí a časovým průběhem požadovaných veličin celého děje, které jsou snímány přímo na zkoušeném vzorku. Při použití vyššího stupně regulační a řídicí techniky je možno tímto způsobem docílit na zkoušeném vzorku i velmi složitých způsobů namáhání s deterministickým i stochastickým průběhem, jehož maximální frekvence je dána časovou konstantou systému, která je určena tepelnou setrvačností systému - tepelnou vodivostí a teplotní roztažností jednotlivých prvků a jejich vzájemným poměrem.

Teplotně dilatující prvky jsou tepelně izolovány od ostatních částí zatěžovacího systému, přenášejícího vyvozenou sílu a posunutí na zkoušený vzorek. Teplotní změny dilatujícího prvku je možno realizovat kombinací ohřevu odporovým elektrickým topením a nucenou cirkulací tekutiny chlazené nebo ohřívané, které jsou ve styku s povrchem dilatujícího prvku, a v závislosti na časovém průběhu teploty dilatujících prvků je možno dosáhnout časově proměnného průběhu různých způsobů namáhání zkoušených vzorků - tah, tlak, ohyb, krůt.

Uspořádání celého zatěžovacího systému je možno volit podle požadovaného účinku na zkoušený vzorek. Pro požadované malé posunutí a velké síly na zkoušeném vzorku je možno volit krátké teplotně dilatační prvky bez dodatečných převodů v zatěžovacím mechanismu. Pro docílení velkých posunutí a malých sil na zkoušeném vzorku je třeba použít rozměrnějších dilatujících prvků a je proto výhodnější volit tento prvek s kratší délkou a požadované posunutí docílit dodatečným převodem pákovým mechanismem, kterým dojde ke zvětšení posunutí a snížení síly na zkoušeném vzorku.

Vynález je dále blíže osvětlen na popisu příkladů jeho konkrétního provedení pomocí při210979 pojených výkresů, kde obr. 1 znázorňuje řez zařízením s dvěma teplotně dilatujícími prvky a obr. 2 řez zařízením s jedním teplotně dilatujícím prvkem.

V zatěžoveoím systému na obr. 1 je použito dvou teplotně dilatujících prvků,! ve tvaru trubek ohřívaných na vnějším povrchu elektrickým odporovým topným tělesem 2 a s vnitřním povrchem chlazeným nucené cirkulující tekutinou. Oba dilatujíoí prvky J. jsou uchyceny jedním koncem v tuhém příčníku 17 pomocí matic 2 ^a tepelně izolovány od příčníku 17 keramickými pouzdry 2 a podložkami 4. Druhým koncem jsou dilatující prvky 4 stejným způsobem uchyceny v nosné desce 6 zatěžovacího systému, které je současně dnem pro skleněnou nédobu 14 s agresivní zkušební kapalinou. V nosné desce 6 je déle upraveno ukotvení 16 pro demontovatelný třmen 10 pro uchycení zkoušeného vzorku 48. Horním víkem 13 nádoby prochází dolní část zatěžovací tyče 2 zkoušeného vzořku 18 skládající se ze dvou dílů. Mezi obě části zatěžovaoí tyče 2, které je uchycena pomocí dvou matic 2 ^v příčníku 42, je vložena tenzometrická měřicí jednotka 11.

Při ohřevu dilatujících prvků 4 ^ve tvaru trubek dochází k jejioh prodlužování a prostřednictvím příčníku 42 ^a zatěžovací tyče 2 k vyvození tahového pnutí na zkoušeném vzorku 18. Ochlazováni dilatujících prvků 4 vyvolá naopak tlakové pnuti na zkoušeném vzorku 18. Matice 2> 2> upevňující dilatující prvky 4 ^a zatěžovací tyč 2 v příčníku 17 na nosné desce 6, slouží k vymezení počátečních vůlí v zatěžovacím systému a k nastavení počáteční hodnoty mechanického namáhání a posunutí předepnutím. Tímto způsobem je možno volit např. různé typy cyklického zatěžování - střídavé, míjivé a pulsující.

Ohřev a ochlazování dilatujících prvků 4 mohou být řízeny hodnotou snímané síly tenzometrickou jednotkou 44· Na základě rozdílu údajů tenzometrů g je možno vyloučit různým ohřevem dilatujících prvků 4 přídavné ohybové namáhání zkoušeného vzorku 18. vzniklé např. rozdílným prodloužením či zkracováním těchto dilatujících prvků 4· Dané uspořádání umožňuje volit řídící veličinu celého děje zatěžování, kterou může být např. časový průběh zatěžovací síly, rozevření trhliny, rychlost růstu trhliny na zkoušeném vzorku 18 apod.

Jiné konkrétní uspořádání zatěžovacího systému dle navrhovaného 'principu je uvedeno na obr. 2. V tomto provedení je mechanické namáhání zkoušeného vzorku 18 vyvozeno jedním teplotně dilatujícím prvkem 4 umístěným v příčníku 17 zatěžovacího systému tak, že osa dilatujíoího prvku 4 js totožné s osou zatěžovací tyče 2· Celá zatěžovací jednotka válcového tvaru je kompaktní a pevně uložena do příčníku 42· Teplotně dilatující prvek 4 3θ pevně uchycen k příčníku 17 maticemi 2 ^a 2 ^a současně od něj tepelně izolován keramickým pouzdrem 2, keramickou podložkou 4 ^a těsněním 42.

Pří ohřevu dilatujícího prvku 4 topným elektrickým odporovým elementem 2 dochází k jeho prodlužování a prostřednictvím matic 2 ^a 4 ^a zatěžovací tyče 2 ^s třmenem 10 k vyvození tlakového namáhání na vzorku 18. Při ochlazováni dilatujíoího prvku 4 tekutinou rozvedenou systémem otvorů v tělese zatěžovací jednotky dochází ke zkracování dilatujíoího prvku 4 ^a k vyvozeni tahové síly na zkoušeném vzorku 18. Vymezení počátečních vůlí v zatěžovacím systému po montáži a nastavení předpětí na zkoušeném vzorku 18 se provédí maticemi 2, li 42.· Průběh síly na zkoušeném vzorku 18 je snímán tenzometrickou jednotkou 11 s tenzometry 8. Řešení celého procesu zatěžování v tomto konstrukčním uspořádání je obdobné řízení v systému dle obr. 1 .

Zatěžovací jednotka na obr. 2 představuje pouze komplikovanější uchycení vzorků v příčníku 42 zatěžovacího systému z obr. 1. Proto zatěžovacích systémů podle obr. 1 a 2 lze použít v jednom zatěžovacím přípravku současně a vyvození požadovaného průběhu namáhání docilovat buá každým samostatně nebo oběma společně.

Uvedený princip vyvození sily a posunutí teplotně dilatujícím prvkem může být déle využit i při mechanických zkouškách statické únavy - stárnutí materiálu, radiačního zkřehnutí, nizkocyklové únavy, tečení a jejich kombinacích. Při jiném konstrukčním řešení celého zatě3 210979 žovacího systému lze tímto způsobem vyvodit na vzorku i další typy namáhání - ohyb, krůt, smyk apod.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   1. Zařízení pro zkoušení mechanických vlastností materiálu obsahujícího zatěžovací systém zkoušeného vzorku vyznačující se tím, že zatěžovací systém obsahuje alespoň jeden teplot ně dilatující pivek (1), kolem něhož je umístěna topná spirála (2), připojená je zdroji elektrického proudu.
2. 2. Zařízení podle bodu 1 vyznačující se tím, že osa teplotně dilatujícího prvku (1) je totožná s osou vedenou zatěžovací tyčí (9).
3. 3. Zařízení, podle bodu 1 vyznačující se tím, .že zatěžovací systém obsahuje dva teplotně dilatující pivky (1), umístěné po stranách prostoru pro zkoušený vzorek (18), paralelně s osou zatěžovací tyče (9).
4. 4. Zařízení podle bodů 1 až 3 vyznačující se tím, že alespoň jeden teplotně dilatující prvek (1) je připojen na řízený zdroj elektrického proudu a je opatřen dutinami připojenými k regulovanému přívodu a odvodu chladicího prostředí v závislosti na požadovaném režimu zatěžování.