DE2309811A1

DE2309811A1 - Vorrichtung fuer dynamische zugpruefung von materialien mit grosser verformungsgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE2309811A1
Application number: DE19732309811
Authority: DE
Inventors: Carlo Albertini; Mario Forlani; Mario Montagnani
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1972-02-24
Filing date: 1973-02-23
Publication date: 1973-09-06
Also published as: BE795769A; IT952659B; FR2173575A5; NL7302576A; GB1426759A; LU67070A1

Description

PATENTANWÄLTE

iffer körner & QPey

BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE β8 8 MÜNCHEN 22 · WIOENM AYERSTRASSE 4β

25 2ηΌ BERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER

Europäische Atomgemeinschaft München: dipl.-ing. hans-h. wey (EURATOM) Berlin, den 23. Februar 1973

Vorrichtung für dynamische Zugprüfung von Materialien mit großer Verformungsgesohwin-

digkeit

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für dynamische Zugprüfungen von Materialien mit großer Verformungsgeschwindigkeit ι bei der ein Prüfkörper axial zwischen zwei Stangen befestigt und mit ihnen verbunden jtet.

Es sind insbesondere Vorrichtungen und Apparaturen bekannt, um Materialien einer dynamischen Druckprüfung zu unterziehen, Da jedoch der Bruchmeohanismus einer Struktur fast stets infolge einer Zugverformung stattfindet, ist die dynamische Zugprüfung unerläßlich, um ein generelles Verhaltensmodell zu finden.

Es ist die sogenannte "block-bar"-Vorriohtung bekannt, die aus zwei Führungsschienen besteht, auf denen ein Geschoß läuft, das sowohl von Sprengkörpern als auch von Federn betätigt werden kann. Die Vorderseite des Geschosses stößt gegen die Grundfläche von zwei zylindrischen Puffern, die an

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der anderen Grundfläche mit einer Art von Tragbalken verbunden sind. Im Mittleren Querschnitt ist der Prüfkörper befestigt, verbunden Bit einer zentral und parallel zu den Sohienen stehenden Stange. Dieses System hat jedoch den Nachteil, daß der größte Teil der Energie von den Zylindern aufgenommen wird, außerdem hängt die Prüfungswiederholung von der vollkommenen Parallelität der Zylinder ab, die nicht immer konstant ist.

Um diese Naobteile zu beseitigen, wird erfindungsgemäß eine besondere Vorrichtung vorgeschlagen, die die Erzeugung eines Druokimpulses auf zwei verschiedene Weisen vorsieht.

Nach dem Hauptmerkmal der Erfindung besteht die Vorrichtung aus einem Energiespeicher und einem auf einem Stangenende montierten Kolbenelement, wobei das Ende der anderen Stange gehalten wird, sich aber in Riohtung der Halterung der Vorrichtung nach außen verstellen kann, so daß die plötzlich be freite Speioberenergie den genannten Kolben duroh Zug auf den Prüfkörper betätigt,und die zwei Stangen mit Zugmeßelementen versehen sind.

Nach einem anderen Merkmal besteht der Energiespeicher aus einem am Umfang oder wenigstens symmetrisch zur Stange angebrachten und axial zwisohen zwei Stoßdiffusoren,von denen einer mit einer beweglichen massiven Platte und der andere mit einem als Kolben wirkenden, mit jener Stange verbundenen, massiven Block in Berührung steht, komprimierten Sprengkörper, ist die zweite Stange auf dem entgegengesetzten Ende des Prüfkörpers mit einem weiteren feststehenden als Grundsockel dienenden massiven Sockel verbunden und ist schließlich eine mit dem Vorrichtungsgerüst verbundene Stoß-Schutzvorrichtung gegen Splitter an der Stange vorgesehen, um die Stange mit dem Sprengkörper zu schützen.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Energiespeicher aus einem in einer primären Sektion des Stoßrohres enthaltenen Druckgasvolumen, das von der sekundären Sektion mittels einer Membrane getrennt ist und ein Gasvolumen mit einem niedrigaen Druck als in der primären Sektion enthält, und befindet sich der Prüfkörper zwischen zwei Stangen,und zwar enthält eine mit dem Stoßrohr verbundene Befestigungsrippen und die andere einen als Kolben wirkenden Dichtungsstöpsel, wobei die beiden Stangen in der Nähe des Prüfkörpers mit Dehnungsmessern versehen sind.

Die Dehnungsmesser sind in jeder Lage paarweise zu 180 aufgesetzt und serienmäßig verbunden, so daß eine eventuelle Stangenbiegung ausgeglichen wird.

l/eitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen und der beiden dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzip einer Sprengstoff verwendenden Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 ein praktisches AusfUhrungsbeispiel gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 ein mit Druckgas arbeitendes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Zündkapsel 1 über eine Zündschnur 2 mit einem zwischen Diffusoren k und 5 befindlichen Sprengkörper 3 verbunden; eine obere Stange 6 ist mit einem Ende an einem massiven Block 7 und mit dem anderen Ende am Prüfkörper 8 befestigt. Eine weitere massive Platte 9» die während der Explosion als bewegliches Unterteil dient, ist um die Stange 6 angeordnet. Ein Dehnungsmesser 10 ist auf der Stange 6 in Nähe des Prüfkörpers 8

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angebracht. Eine untere Stange 11 ist oben an dem Prüfkörper 8 und unten an einem weiteren massiven Sockel 12 befestigt, der große Abmessungen hat und als Sockel dient} auch diese Stange ist mit einem Dehnungsmesser 14 in N :he des Prüfkörpers ausgerüstet. "Weiterhin ist eine Schnell—Filmkamera 13 vorgesehen, um den Prüfkörper 8 während der Zugprüfung aufzunehmen.

In Fig. 2, bei der gleiche Bezugszahlen für die entsprechenden Elemente nach Fig. 1 übernommen wurden, ist ein praktisches AusfUhrungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt.

Eine Stoß-Schutzvorrichtung 15 ist an der Stange 6 angeordnet, um den unteren Teil der Anlage vor eventuellen, von der massiven Platte 9 stammenden Splittern zu schützen.

Der Prüfkörper 8 mit einem Drchmesser von 3 mm ist an den Enden der Stangen 6 und 11 angeschraubt, die einen Durchmesser von 8 mm haben. Die Außenenden der Stangen sind befestigt und in dem massiven Block bzw. Sockel bei 16 und 17 eingespannt.

Der Sprengkörper 3 wird zwischen den zwei Stoßdiffusoren k und 5 aus porösem Gummi gezündet, die den Zweck haben, den Sprenghöchstwert zu begrenzen und einen kleineren Druckimpuls während einer längeren Zeitspanne entsprechend der Zugprüfungsdauer zu erzeugen. Die Verlängerung der Druckwelle wird mit Hilfe der massiven Platte 9 erhalten, die als bewegliches Unterteil dient. Der Vorteil des beweglichen Unterteils besteht darin, daß durch Änderung seines Gewichts die Druckzeit und der Druokimpuls geändert werden; die Änderung kann bis zum Bruch des Prüfkörpers fortgesetzt werden, da der Vorgang leioht wiederholbar ist. Die Druckwelle überträgt nach Durchschreiten des oberen Diffusors k die Längsbewegung des massiven Blocks 7> der die obere Stange 6 unter Zugspannung setzt. Eine Zugwelle, deren

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Höchstwert und Dauer von den Diffusoren k und 5 und der massiven Platte 9 eingestellt werden, wird duroh die obere Stange 6 Übertragen, vom Dehnungsmesser 10 gemessen und erreicht den Prüfkörper 8, der bis zum Bruch beansprucht wird. Seine Verformung kann mit einer nioht dargestellten Sohnell-Filmkamera 13 beobaohtet werden, die mit der Zündkapsel synchronisiert ist·

Die Zugwelle breitet sioh nicht nur bis zum Prüfkörper 8 hin aus, sondern auch zur unteren Stange 11, wird vom Dehnungsmesser Ik gemessen und gelangt bis zum massiven Sockel 12, wo sie sioh in eine Druckwelle umformt, die sich in entgegengesetzter Riohtung ausbreitet. Die Prüfdauer wird von der Impulsdauer und auoh vom Auftreten dieser Druckwelle im Prüfkörper begrenzt. Diese zweite Begrenzung vermeidet man, wenn beliebig lange Stangen benutzt werden.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung, die zur Energieerzeugung keine Sprengladung, sondern ein Druckgas verwendet.

Ein Behälter oder Stoßrohr 18 ist in zwei Teile aufgeteilt: der obere oder primäre Teil 19 enthält ein Hochdruokgas und ist vom unteren oder sekundären Teil 20 durch eine Membrane 21 getrennt, der dasselbe Gas nur mit niedrigerem Druck enthält. Im Innern des Stoßrohres befindet sioh ein in der sekundären Zone angebrachtes Element 22, das die obere Stange 6 enthält, die starr mit Rippenwänden 2h verbunden ist. Diese Stange trägt den Dehnungsmesser 10 in Nähe des Prüfkörpers 8j die untere Stange 11 trägt den weiteren Dehnungsmesser lh und einen Dichtungsstöpsel 29, der die Arbeit eines Kolbens verrichtet und dem massiven Block 7 des vorherigen Ausführungsbeispiels entspricht. Dieser Stöpsel gewährleistet die Abdichtung des im sekundären Teil enthaltenen Gases im Gleichgewichtszustand.

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Dur oh den Bruch der Membrane 21, der durch Erhöhung des Gasdruckes im primären Teil 19 erreicht wird, breitet sich eine Gas-Stoßwelle vom primären zum sekundären Teil 20 aus, passiert ohne besonderen Widerstand die vier Befestigungsrippen 24 des Elementes 22, streioht die gesamte Länge des Elements entlang und stößt schließlich gegen den Diohtungsstöpsel 29· Die Stöpseibewegung erzeugt eine Zugwelle, die sioh entlang des Materials der Stange 11 tiberträgt. Die Belastung des Prüfkörpers 8 sowie die Druok- und Verformungsmessung finden in ähnlicher Weise wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel statt.

Diese abgewandelte Vorrichtung kann benutzt werden, um Zugwellen mit einer bedeutend längeren Dauer ds bei der vorherigen Anlage zu erzeugen. Mit dem Stoßrohr 13 kann man leioht Impulse bedeutender Dauer erzielen.

Bei dieser Vorrichtung ist es möglioh, den Bruch des Prüfkörpers 8 mit Hilfe einer Trommelkamera aufzunehmen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung für dynamische Zugprüfungen von Materialien mit grosser Verformungsgeschwindigkeit, bei der ein Prüfkörper axial zwischen zwei Stangen befestigt wird und mit ihnen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Energiespeicher, ein am Ende der Stange (6) montiertes Kolbenelement, die weitere Stange (11) mit am Vorrichtungsgerüst befestigtem Ende vorgesehen und die zwei Stangen (6, 11) mit Dehnungsmessern (10, 14) versehen sind, wobei die plötzlich freiwerdende Energie des Speichers den Kolben durch Zug auf den Prüfkörper betätigt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher aus einem am Umfang oder symmetrisch zur Stange (6) angebrachten und axial zwischen zwei Stoßdiffusoren (4, 5)» von denen einer mit einer beweglichen massiven Platte (9) und der andere mit einem- als Kolben wirkenden, mit der Stange (6) verbundenen massiven Block (7) in Berührung steht, komprimierten Sprengkörper (3) besteht, daß am entgegengesetzten Ende des Prüfkörpers (8) die zweite Stange (11) mit einem weiteren feststehenden massiven Sockel (12) verbunden und schließlich eine Schutzvorrichtung (15) gegen Splitter an der Stange (6) vorgesehen ist, die den Sprengkörper (3) trägt und mit ihr verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengkörper (3) eine hohe Detonationsgeschwindigkeit besitzt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, daß der Werkstoff für die Stoßdiffusoren (4, 5) aus porösem Gummi besteht.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmesselemente aus Dehnungsmessern (10, 14) bestehen.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmesser (4, 5) sich auf jeder Stange (6, 11) in beliebiger Lage befinden, paarweise zu 180° angebracht und serienmässig verbunden sind.
7· Vorrichtung nach, den Ansprüchen 1 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß Halbleiter als Dehnungsmesser (4, 5) verwendet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzvorrichtung (15) gegen Splitter aus einem Zylinder mit Radialrippen besteht, wobei der Zylinder mit der Stange (6) koaxial und mit dem äusseren Gerüst verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher aus einem sich in einer primären Sektion (19) eines Stoßrohres (18) befindendem Druckgasvolumen besteht, das von einer sekundären Sektion (20) mit Hilfe einer Membran (21) getrennt ist und ein Gasvolumen mit einem niedrigeren Druck als in der primären Sektion enthält, daß der Prüfkörper (8) zwischen zwei Stangen (6, 11) montiert ist, und zwar eine davon mit Befestigungsrippen (24) zum Stoßrohr (18) hin und die andere mit einem als Rolbeiywirkenden Dichtungstöpsel (29)» wobei die beiden Stangen (6, 11) Dehnungsmesser (4, 5) in der Nähe des Prüfkörpers (8) tragen.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch, gekennzeichnet, daß der Druckwert der den Kolben antreibenden Energie und die Dauer dieses Druckes variabel sind.

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