IT202100023933A1 - APPARATUS FOR SIMULTANEOUS TENSILE AND TORSION TESTS - Google Patents
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Description
APPARATO PER PROVE SIMULTANEE EQUIPMENT FOR SIMULTANEOUS TESTS
DI TRAZIONE E TORSIONE OF TRACTION AND TORSION
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Campo tecnico dell?invenzione Technical field of the invention
La presente invenzione si riferisce ad un innovativo apparato del tipo a barra frazionata di Hopkinson, configurato per eseguire prove dinamiche di trazionetorsione combinate e simultanee, e un corrispondente metodo di esecuzione di tali prove. The present invention relates to an innovative apparatus of the Hopkinson fractionated bar type, configured to perform combined and simultaneous dynamic traction-torsion tests, and a corresponding method for carrying out these tests.
Background Background
Nell?ambito della progettazione, verifica e simulazione numerica di componenti meccanici sottoposti a carichi impulsivi, la caratterizzazione dei materiali a velocit? di deformazione diversa dalla quasi-statica rappresenta un aspetto cruciale. In the context of design, verification and numerical simulation of mechanical components subjected to impulsive loads, the characterization of materials at speed? of deformation other than quasi-static is a crucial aspect.
Un apparato per realizzare prove meccaniche ad elevata velocit? di deformazione, universalmente riconosciuto ed utilizzato dalla comunit? scientifica, ? la barra di Hopkinson. Nelle sue varie versioni, classica, a trazione diretta e a torsione pu? essere utilizzata per eseguire dei test di sola compressione, sola trazione e sola torsione. An apparatus for carrying out high-speed mechanical tests? of deformation, universally recognized and used by the community? scientific, ? the Hopkinson bar. In its various versions, classic, direct drive and torsion can? be used to perform compression-only, tensile-only, and torsion-only tests.
La tradizionale barra di Hopkinson ? un dispositivo costituito da tre barre cilindriche, denominate striker bar 1, input bar 2 e output bar 3, aventi lunghezze molto maggiori del diametro, come mostrato nella allegata Figura 1, a titolo esemplificativo. Sempre in Figura 1, ? mostrato lo schema di una prova di compressione classica effettuata con tale barra di Hopkinson, dove con Ic si indica l?onda incidente di compressione, con Tc l?onda trasmessa di compressione e Rt l?onda riflessa di trazione. The traditional Hopkinson bar ? a device consisting of three cylindrical bars, called striker bar 1, input bar 2 and output bar 3, having lengths much greater than the diameter, as shown in the attached Figure 1, by way of example. Still in Figure 1, ? shown is the diagram of a classic compression test carried out with this Hopkinson bar, where Ic indicates the incident compression wave, with Tc the transmitted compression wave and Rt the reflected traction wave.
Solitamente, le tre barre hanno tutte lo stesso diametro, di circa 10-20 mm, e lunghezze di alcune metri; la striker bar ? pi? corta della met? delle altre due. Usually, the three bars all have the same diameter, around 10-20 mm, and a few meters in length; the striker bar ? more half short of the other two.
In una prova in cui si vuole caratterizzare il comportamento meccanico di un dato materiale, un piccolo campione 4 di tale materiale, solitamente un cilindro di pochi mm di diametro e altezza, viene interposto fra le barre di input 2 e output 3. In a test in which the mechanical behavior of a given material is to be characterized, a small sample 4 of this material, usually a cylinder of a few mm in diameter and height, is placed between the input 2 and output 3 bars.
La striker bar 1 viene fatta impattare ad una velocit? di alcuni m/s contro l?altra l?estremit? libera dell?input bar 2. L?impatto avviene in un tempo molto breve, dell?ordine di 1 ms (millisecondo), e genera un?onda di compressione (detta onda incidente) che inizia a viaggiare nell?input bar 2 alla velocit? del suono (circa 5 km/s nelle barre metalliche) e raggiunge in breve tempo l?estremit? della input bar 2 in cui si trova il campione 4. Il campione 4 subisce uno schiacciamento, anche fino a grandi deformazioni, in un tempo molto breve, proprio dell?ordine di 1 ms. Mentre il campione 4 ? deformato, l?onda di compressione incidente viene parzialmente trasmessa, attraverso il campione 4, all?output bar 3 e parzialmente riflessa indietro nella stessa input bar 2. Appositi estensimetri 5 opportunamente posizionati sulle barre di input 2 e output 3 consentono di misurare l?intensit? dell?onda incidente, trasmessa e riflessa; da questi segnali, attraverso formule relativamente semplici e ben note, si calcolano le tensioni, la deformazione e la resistenza del campione 4 di materiale di interesse. The striker bar 1 is impacted at a speed? of some m/s against the?other l?extremity? free of the input bar 2. The impact occurs in a very short time, of the order of 1 ms (millisecond), and generates a compression wave (called incident wave) which begins to travel in the input bar 2 at the speed ? sound (about 5 km/s in the metal bars) and quickly reaches the? of the input bar 2 in which sample 4 is located. Sample 4 undergoes a crushing, even up to large deformations, in a very short time, precisely in the order of 1 ms. While sample 4 ? deformed, the incident compression wave is partially transmitted, through the sample 4, to the output bar 3 and partially reflected back in the same input bar 2. Special strain gauges 5 suitably positioned on the input 2 and output 3 bars allow to measure the? intensity? of the incident, transmitted and reflected wave; from these signals, through relatively simple and well-known formulas, the stresses, strain and resistance of the sample 4 of the material of interest are calculated.
Tuttavia, la crescente esigenza di migliorare la descrizione del comportamento plastico e la predizione della frattura per i materiali duttili sottoposti a complesse condizioni di carico ha portato i ricercatori ad implementare modelli di plasticit? e di danno sempre pi? avanzati. L?identificazione dei parametri dei suddetti modelli richiede la messa a punto di specifici test e procedure di calibrazione associate a differenti condizioni di carico. Bisogna, infatti, sottoporre i provini a differenti test in grado di imporre condizioni di carico multiassiali. Pertanto, per la loro caratterizzazione devono essere eseguite prove di trazione, prove di torsione, prove di compressione e, molto importanti, prove in stato pluriassiale di trazione-torsione combinate. However, the growing need to improve the description of plastic behavior and the prediction of fracture for ductile materials subjected to complex loading conditions has led researchers to implement plasticity models? and damage more and more? advanced. The identification of the parameters of the aforementioned models requires the development of specific tests and calibration procedures associated with different load conditions. In fact, it is necessary to subject the specimens to different tests capable of imposing multi-axial load conditions. Therefore, for their characterization, tensile tests, torsion tests, compression tests and, very important, combined traction-torsion multi-axial state tests must be performed.
Quest?ultima tipologia di prova pluriassiale, la cui esecuzione ? fattibile in condizioni quasi-statiche, diventa quasi impraticabile in condizioni dinamiche e mediante un unico apparato quale la barra di Hopkinson, a maggior ragione se si vuole registrare l?intera storia di sollecitazione/deformazione subita dal provino. This last typology of pluriaxial test, the execution of which ? feasible in quasi-static conditions, it becomes almost impracticable in dynamic conditions and using a single apparatus such as the Hopkinson bar, even more so if you want to record the entire history of stress/deformation undergone by the specimen.
In tal caso, una prima difficolt? risiede nel dover generare nello stesso istante o a istanti di tempo diversi ma ben noti, diverse onde meccaniche. In this case, a first difficulty? lies in having to generate different mechanical waves at the same instant or at different but well-known instants of time.
Una seconda difficolt? risiede nel fatto che, mentre le onde di trazione e compressione, in un determinato materiale, si propagano alla stessa velocit?, le onde di torsione si propagano ad una velocit? sensibilmente diversa, pari a circa il 60% della velocit? delle onde di trazione/compressione. Ci? significa che, anche laddove si riescano a generare simultaneamente onde di trazione/compressione e torsione, queste partirebbero dallo stesso punto e raggiungerebbero il campione in istanti diversi. A second difficulty? lies in the fact that, while the waves of traction and compression, in a given material, propagate at the same speed, the torsion waves propagate at a speed? significantly different, equal to about 60% of the speed? of traction/compression waves. There? this means that, even where it is possible to generate traction/compression and torsion waves simultaneously, these would start from the same point and reach the sample at different times.
Sommario dell?invenzione Summary of the invention
Il problema tecnico posto e risolto dalla presente invenzione ? quello di fornire un apparato per eseguire prove dinamiche di trazione e torsione combinate e simultanee su campioni di materiale. The technical problem posed and solved by the present invention ? that of providing an apparatus for performing combined and simultaneous dynamic tensile and torsion tests on material samples.
La presente invenzione fornisce un apparto che risolve i problemi sopra enunciati con riferimento alla tecnica nota come definito nella rivendicazione indipendente 1. ? altres? presente una rivendicazione indipendente 8 di metodo di esecuzione di prove dinamiche di trazione e torsione combinate e simultanee su campioni di materiale. The present invention provides an apparatus which solves the problems set forth above with reference to the prior art as defined in the independent claim 1. otherwise? there is an independent claim 8 for method of performing combined and simultaneous dynamic tensile and torsion tests on material samples.
Caratteristiche preferite della presente invenzione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. Preferred features of the present invention are the subject of the dependent claims.
La presente invenzione fornisce un apparato per prove dinamiche di trazione e torsione combinate e simultanee su campioni di materiale comprendente una barra di Hopkinson frazionata, che include una barra di input e una barra di output, associata ad un sistema di generazione di sollecitazioni di compressione e torsione collegato alla suddetta barra di Hopkinson frazionata. Le barre di input e output sono realizzate nel medesimo materiale. The present invention provides an apparatus for dynamic combined and simultaneous tensile and torsion testing of material samples comprising a fractional Hopkinson rod, which includes an input rod and an output rod, associated with a compressive stress generation system and torsion connected to the aforementioned fractional Hopkinson bar. The input and output bars are made of the same material.
In accordo ad una forma di realizzazione preferita, l?apparato comprende in totale quattro barre allineate longitudinalmente in serie, in particolare: una prima e una seconda barra ricomprese nel sistema di generazione di sollecitazioni, precaricate a torsione e trazione e configurate per trasmettere sollecitazioni alla barra di input, la barra di input e la barra di output. Tra le barre di input e di output ? interposto il campione o provino di materiale da caratterizzare, che pu? o non essere a diretto contatto con le barre suddette. In accordance with a preferred embodiment, the apparatus comprises a total of four bars longitudinally aligned in series, in particular: a first and a second bar included in the stress generation system, preloaded in torsion and traction and configured to transmit stresses to the input bar, the input bar and the output bar. Between the input and output bars ? interposed the sample or specimen of material to be characterized, which can? o not be in direct contact with the aforementioned bars.
Infatti, il campione ? interposto tra le barre di input ed output in accordo a diverse configurazioni. In accordo ad una prima variante dell?invenzione, il campione avvolge le estremit? delle barre di input e output. In alternativa, il campione ? inserito entro un collare direttamente connesso alla barra di input e alla barra di output, in corrispondenza di proprie opposte estremit? terminali. Sia la disposizione senza collare sia con il collare sono configurate in maniera tale da non consentire la trasmissione di onde di compressione al campione, ma di consentire quella di onde di trazione. In altre parole, il collare ? configurato in maniera tale da sopportare onde di compressione e di trasmetterle (cio? di farsi attraversare da tali onde) senza che interessino il campione. Indeed, the champion ? interposed between the input and output bars according to different configurations. According to a first variant of the invention, does the sample wrap around the ends? of the input and output bars. Alternatively, the sample ? inserted within a collar directly connected to the input bar and the output bar, at their opposite ends? terminals. Both the collarless and collared arrangements are configured in such a way that they do not allow compression waves to be transmitted to the sample, but allow traction waves to be transmitted. In other words, the collar ? configured in such a way as to withstand compression waves and to transmit them (that is, to be crossed by these waves) without affecting the sample.
L?apparato dell?invenzione ? in grado di generare contemporaneamente onde di torsione e onde di compressione, queste ultime trasformate successivamente in onde di trazione, in maniera tale che le onde di torsione e trazione arrivino simultaneamente al campione da caratterizzare. The apparatus of the invention ? able to generate torsion and compression waves at the same time, the latter being subsequently transformed into traction waves, in such a way that the torsion and traction waves arrive simultaneously at the sample to be characterized.
In accordo ad un primo aspetto essenziale, la configurazione dell?apparato ? tale che un?onda di torsione e un?onda di compressione sono generate e si propagano in accordo alla medesima direzione a partire dalla prima e seconda barra, attraversano la barra di input e si propagano verso il campione di materiale da caratterizzare. Tuttavia, l?onda di compressione oltrepassa il campione senza causare conseguenze, grazie ad una speciale configurazione adottata per l?accoppiamento barre di input/output e campione o alla presenza del collare entro cui il campione stesso ? inserito. La medesima onda di compressione attraversa anche la barra di output, ? poi riflessa all?estremit? terminale di quest?ultima e trasformata in un?onda di trazione che attraversa nuovamente la barra di output propagandosi all?indietro, verso il campione. Infine, l?onda di trazione raggiunge il campione nello stesso istante dell'onda di torsione. According to a first essential aspect, the configuration of the apparatus ? such that a torsion wave and a compression wave are generated and propagate according to the same direction starting from the first and second bars, pass through the input bar and propagate towards the material sample to be characterized. However, the compression wave passes the sample without causing consequences, thanks to a special configuration adopted for coupling input/output bars and sample or to the presence of the collar within which the sample itself is placed. inserted. The same compression wave also crosses the output bar, ? then reflected at? extremity? terminal of the latter and transformed into a traction wave which again crosses the output bar propagating backwards towards the sample. Finally, the tensile wave reaches the sample at the same time as the torsion wave.
Grazie alla generazione simultanea delle sollecitazioni di torsione e compressione, alla speciale configurazione nell?accoppiamento barra di input, di output e campione o alla presenza del collare entro cui ? alloggiato il provino e scegliendo una lunghezza delle barre in funzione della velocit? di propagazione delle onde di sollecitazione, si realizza un apparato che consente di effettuare in maniera semplice e affidabile prove dinamiche con carichi combinati di torsione e trazione. Thanks to the simultaneous generation of torsional and compressive stresses, the special configuration in the input, output and sample bar coupling or the presence of the collar within which ? housed the specimen and choosing a length of the bars according to the speed? of propagation of the stress waves, an apparatus is created which allows dynamic tests to be carried out in a simple and reliable way with combined loads of torsion and traction.
Vantaggiosamente, mediante l?apparato proposto ? possibile eseguire anche prove di sola compressione, sola trazione, sola torsione, torsione dinamica combinata a compressione statica, torsione dinamica combinata a trazione statica. Advantageously, by means of the proposed apparatus ? It is also possible to perform tests of compression only, tension only, torsion only, dynamic torsion combined with static compression, dynamic torsion combined with static traction.
Altri vantaggi, caratteristiche e le modalit? di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Other advantages, features and modalities? of use of the present invention will become evident from the following detailed description of some embodiments, presented by way of non-limiting example.
Descrizione breve delle figure Brief description of the figures
Verr? fatto riferimento alle Figure allegate, in cui: Will I come referring to the attached Figures, in which:
- la Figura 1 mostra schematicamente un apparato a barra di Hopkinson in accordo all?arte nota; - Figure 1 schematically shows a Hopkinson bar apparatus according to the prior art;
- la Figura 2 rappresenta schematicamente una vista laterale di una forma di realizzazione preferita di un apparato secondo la presente invenzione; Figure 2 schematically represents a side view of a preferred embodiment of an apparatus according to the present invention;
- la Figura 3 mostra nuovamente l?apparato di Figura 2, dove sono indicati gli andamenti delle sollecitazioni; - Figure 3 shows again the apparatus of Figure 2, where the trends of the stresses are indicated;
- la Figura 4 mostra una vista parziale laterale del sistema di generazione delle onde di una forma di realizzazione preferita di un apparato a barra di Hopkinson secondo la presente invenzione; Figure 4 shows a partial side view of the wave generation system of a preferred embodiment of a Hopkinson rod apparatus according to the present invention;
- la Figura 5 mostra un dettaglio di una forma di realizzazione preferita di un apparato secondo l?invenzione, in cui il provino ? in configurazione avvolgente le barre di input e output; - Figure 5 shows a detail of a preferred embodiment of an apparatus according to the invention, in which the specimen ? in enveloping configuration the input and output bars;
- la Figura 6 mostra un dettaglio di una ulteriore forma di realizzazione preferita di un apparato secondo l?invenzione, in cui ? presente un collare che evita la deformazione del provino sotto onde di compressione; - Figure 6 shows a detail of a further preferred embodiment of an apparatus according to the invention, in which ? present a collar that avoids the deformation of the sample under compression waves;
- la Figura 7 mostra una forma di realizzazione preferita di un elemento sacrificale secondo la presente invenzione. - Figure 7 shows a preferred embodiment of a sacrificial element according to the present invention.
Le Figure suindicate sono da intendersi esclusivamente a fini esemplificativi e non limitativi. The Figures indicated above are to be understood exclusively for exemplifying and non-limiting purposes.
Descrizione Description
Con riferimento alla Figura 2, si descrive una prima forma di realizzazione preferita di un apparato 1000 in accordo all?invenzione, configurato per eseguire prove dinamiche di trazione e torsione combinate e simultanee su un campione di materiale. With reference to Figure 2, a first preferred embodiment of an apparatus 1000 according to the invention is described, configured to perform combined and simultaneous dynamic tensile and torsion tests on a sample of material.
L?apparato 1000 comprende un sistema 100 di generazione di onde di compressione-torsione ed una barra di Hopkinson frazionata 200. Apparatus 1000 includes a compression-torsion wave generation system 100 and a fractional Hopkinson rod 200.
La barra di Hopkinson frazionata 200 comprende una barra di input 3 una e una barra di output 4, realizzate nel medesimo materiale e disposte allineate in serie, in maniera tale da risultare coassiali lungo un asse longitudinale L. Le barre 3 e 4 presentano conformazione cilindrica piena e sono preferibilmente realizzate dello stesso materiale. Le barre devono essere sollecitate entro il loro limite elastico. Al fine di ottenere elevati spostamenti ed angoli di torsione, si utilizzano preferibilmente acciai o leghe di titanio ad alta resistenza. The fractionated Hopkinson bar 200 comprises an input bar 3 and an output bar 4, made of the same material and arranged in series alignment, so as to be coaxial along a longitudinal axis L. The bars 3 and 4 have a cylindrical shape full and are preferably made of the same material. The bars must be stressed within their elastic limit. In order to obtain high displacements and torsion angles, high-strength steels or titanium alloys are preferably used.
In uso, un provino 8, cio? il campione di materiale da testare simultaneamente in trazione e torsione, ? interposto tra le due barre 3 e 4. Il provino presenta preferibilmente conformazione cava, cilindrica o meglio tubolare, ma pu? presentare anche conformazione piena, con recessi o cavit? in corrispondenza di entrambe le estremit? terminali longitudinali. Le lunghezze delle barre sono opportunamente proporzionate in modo che il provino 8 venga raggiunto simultaneamente dalle onde di trazione e torsione. Indicando con Li le lunghezze dei singoli tratti di barra e con e e velocit? rispettivamente delle onde meccaniche di trazione/compressione e torsione nelle barre stesse, le dimensioni delle barre devono essere tali che: In use, a sample 8, that is? the material sample to be tested simultaneously in tension and torsion, ? interposed between the two bars 3 and 4. The specimen preferably has a hollow, cylindrical or better still tubular conformation, but it can? also present full conformation, with recesses or cavities? at both ends? longitudinal terminals. The lengths of the bars are suitably proportioned so that the specimen 8 is reached simultaneously by the traction and torsion waves. Indicating with Li the lengths of the individual sections of the bar and with and and speed? respectively of the mechanical traction/compression and torsion waves in the bars themselves, the dimensions of the bars must be such that:
ovvero la lunghezza della barra di input L3 deve valere that is, the length of the input bar L3 must hold
Inoltre, affinch? le onde longitudinali di trazione e compressione non si sovrappongano in corrispondenza del provino, la lunghezza della barra di output L4 deve valere: Furthermore, in order for the longitudinal traction and compression waves do not overlap in correspondence with the specimen, the length of the output bar L4 must be equal to:
Infine, affinch? le onde di sollecitazione longitudinale trazione/compressione e torsione abbiano la stessa durata temporale, deve valere: Finally, for the longitudinal traction/compression and torsion stress waves have the same time duration, the following must hold:
ovvero, la lunghezza del tratto L2 deve valere: that is, the length of the section L2 must be:
La configurazione ? tale che il provino 8 avvolge le estremit? delle barre di input e output 3, 4, o ? inserito entro un elemento di collare 34. Il collare 34 ? appunto configurato per alloggiare il campione 8 di materiale da caratterizzare, e presenta preferibilmente una conformazione esterna complessivamente cilindrica, almeno parzialmente cava all?interno. Il collare 34 ? direttamente connesso alla barra di input 3 e alla barra di output 4, in corrispondenza di rispettive estremit? terminali 3b e 4a di tali barre 3, 4. Sia nella configurazione in cui il provino 8 avvolge le estremit? delle barre 3b e 4a sia con il collare 34, non viene consentita la trasmissione di onde di compressione al provino 8, consentendo invece quella di onde di trazione. In altre parole, sia nella forma di realizzazione in cui il provino 8 avvolge le estremit? delle barre 3b e 4a sia in quella con il collare, la configurazione ? tale da sopportare/lasciar passare o di trasmettere onde di compressione (cio? di farsi attraversare da tali onde) senza che interessino il provino 8. The configuration ? such that the sample 8 wraps the extremities? of the input and output bars 3, 4, or ? inserted within a collar element 34. The collar 34 ? precisely configured to house the sample 8 of material to be characterized, and preferably has an overall cylindrical external shape, at least partially hollow inside. The collar 34 ? directly connected to the input bar 3 and to the output bar 4, at the respective ends? terminals 3b and 4a of these bars 3, 4. Both in the configuration in which the sample 8 wraps the ends? of the bars 3b and 4a both with the collar 34, the transmission of compression waves to the sample 8 is not allowed, instead allowing that of traction waves. In other words, both in the embodiment in which the specimen 8 wraps the ends? of the bars 3b and 4a both in the one with the collar, the configuration ? such as to bear/let pass or to transmit compression waves (i.e. to be crossed by these waves) without affecting the specimen 8.
In accordo ad un aspetto preferito dell?invenzione mostrato in Figura 6, il collare 34, che contiene o alloggia il provino 8, pu? essere costituito da due parti rispettivamente connesse e disposte longitudinalmente opposte 34a e 34b, una vincolata (ad esempio mediante viti) ad un'estremit? 3b della barra di input 3 e l'altra vincolata ad un'estremit? di ingresso 4a della barra di output 4. Tali estremit? terminali 3b e 4a non risultano a contatto, perch? tra di esse ? interposto il provino 8, nonch? il collare 34. Inoltre, la superficie interna del collare 34 in corrispondenza delle sue estremit? terminali longitudinali pu? presentare una conformazione complementare alla conformazione esterna delle estremit? della barra di input 3 e della barra di output 4, per consentire la propagazione delle onde di sollecitazione dalla barra di input 3 alla barra di output 4 mediante un accoppiamento di forma. In accordance with a preferred aspect of the invention shown in Figure 6, the collar 34, which contains or houses the specimen 8, can be constituted by two parts 34a and 34b respectively connected and arranged longitudinally opposite, one constrained (for example by means of screws) to one end? 3b of the input bar 3 and the other bound to an extremity? input 4a of the output bar 4. These ends? terminals 3b and 4a are not in contact, why? between them? interposed the specimen 8, as well as? the collar 34. Furthermore, the inner surface of the collar 34 at its ends? longitudinal terminals can? present a conformation complementary to the external conformation of the extremities? of the input bar 3 and the output bar 4, to allow the propagation of the stress waves from the input bar 3 to the output bar 4 by means of a positive fit.
In alternativa, la forma di realizzazione di Figura 5 prevede che il provino 8 avvolga le estremit? terminali adiacenti 3b della barra di input 3 e 4a della barra di output 4, che in uso sono a contatto. In altre parole, la barra di input 3 e barra di output 4 sono a contatto tra loro ed inserite all?interno di estremit? terminali longitudinali del provino 8. A tale scopo, le suddette estremit? terminali 3b e 4a presentano conformazione diversa rispetto quella della variante di Figura 6, in quanto recano una porzione terminale a diametro ridotto rispetto al resto della barra, in particolare dimensionate e conformate in maniera tale da risultare complementari alla superficie interna del provino 8, per poter essere inserite al suo interno. Inoltre, sono presenti due collari o afferraggi utili a garantire la propagazione delle onde di trazione al provino 8. In particolare, ? previsto un primo afferraggio 340 in corrispondenza dell?estremit? terminale 3b, e un secondo afferraggio 341 in corrispondenza dell?estremit? terminale 4a. Gli afferraggi 340, 341 sono rispettivamente configurati per impegnare, al loro interno, l?estremit? terminale di una barra con l?estremit? terminale del provino, evitando che il contatto tra la barra e il provino possa venire meno. Alternatively, the embodiment of Figure 5 envisages that the specimen 8 wraps the ends? adjacent terminals 3b of the input bus 3 and 4a of the output bus 4, which in use are in contact. In other words, the input bar 3 and output bar 4 are in contact with each other and inserted inside the ends? longitudinal terminals of the specimen 8. For this purpose, the aforementioned ends? terminals 3b and 4a have a different shape with respect to that of the variant of Figure 6, as they have a terminal portion with a reduced diameter compared to the rest of the bar, in particular sized and shaped in such a way as to be complementary to the internal surface of the sample 8, in order to be able be placed inside it. Furthermore, there are two collars or grips useful for ensuring the propagation of the traction waves to the specimen 8. In particular, ? foreseen a first gripping 340 at the end? terminal 3b, and a second grip 341 at the end? terminal 4a. The grips 340, 341 are respectively configured to engage, therein, the end? end of a bar with the? extremity? end of the specimen, preventing the contact between the bar and the specimen from breaking down.
Il sistema 100 di generazione di onde di compressione-torsione ? connesso alla barra di Hopkinson frazionata 200 in corrispondenza dell?estremit? terminale 3a della barra di input 3, opposta all?estremit? terminale 3b connessa al collare 34. In altre parole, il sistema 100 ? disposto a monte della barra di Hopkinson frazionata 200, in posizione opposta rispetto alla barra di output 4. The compression-torsion wave generation system 100 ? connected to the fractional Hopkinson bar 200 at the end? terminal 3a of the input bar 3, opposite to? extremity? terminal 3b connected to collar 34. In other words, system 100 ? arranged upstream of the fractional Hopkinson bar 200, opposite the output bar 4.
Il sistema 100 comprende una pluralit? di mezzi configurati per generare, in contemporanea, sollecitazioni di compressione e torsione di predeterminata intensit?, che si propagano entrambe nella barra di input 3 a partire dal medesimo istante di tempo predeterminato, verso la barra di output 4. System 100 comprises a plurality of means configured to simultaneously generate compression and torsion stresses of predetermined intensity, which both propagate in the input bar 3 starting from the same instant of predetermined time, towards the output bar 4.
Secondo una forma di realizzazione preferita, il sistema 100 comprende una pluralit? di barre o elementi precaricati, configurati per resistere a sollecitazioni in accordo a due direzioni (assiale e tangenziale/torsionale). Per semplicit?, si far? successivo riferimento alla configurazione dell?apparato 1000 mostrata in Figura 2, in cui il sistema 100 comprende due barre allineate e coassiali, in particolare una prima barra 1 configurata per essere precaricata in torsione e trazione e una seconda barra 2 configurata per essere precaricata solo in trazione. Il precarico avviene mediante l?azionamento di mezzi attuatori dedicati 5a e 5b, di cui si dir? meglio a seguire. According to a preferred embodiment, the system 100 comprises a plurality of of bars or preloaded elements, configured to resist stresses in accordance with two directions (axial and tangential/torsional). For simplicity?, you will? subsequent reference to the configuration of the apparatus 1000 shown in Figure 2, in which the system 100 comprises two aligned and coaxial bars, in particular a first bar 1 configured to be preloaded in torsion and traction and a second bar 2 configured to be preloaded only in traction. The preload takes place by means of the actuation of dedicated actuator means 5a and 5b, of which best to follow.
Pertanto, una forma di realizzazione preferita dell?apparato 1000 comprende complessivamente quattro barre tutte allineate in serie longitudinalmente e coassiali, in ordine di successione: la prima barra 1, la seconda barra 2 -entrambe configurate per essere precaricate - la barra di input 3 ed infine la barra di output 4. Therefore, a preferred embodiment of the apparatus 1000 comprises a total of four bars all aligned in series longitudinally and coaxially, in order of succession: the first bar 1, the second bar 2 - both configured to be preloaded - the input bar 3 and finally the output bar 4.
Per la generazione simultanea delle onde di compressione e torsione, il sistema 100 ? configurato a realizzare un pre-tensionamento statico a trazione e torsione della prima e seconda barra 1, 2. Durante il pretensionamento, tali barre 1, 2 sono vincolate ad un telaio fisso mediante un componente definito quale ?elemento sacrificale? 11. L?elemento sacrificale 11 ? realizzato in materiale fragile o frangibile (es. acciaio alto-legato infragilito con processo di tempra in acqua) opportunamente configurato per rompersi quando i carichi agenti sulla prima e seconda barra 1, 2 raggiungono valori predeterminati, calcolati in funzione degli specifici parametri della prova di caratterizzazione del campione di materiale da mettere in atto. For the simultaneous generation of compression and torsion waves, the 100 system ? configured to carry out a static tensile and torsion pre-tensioning of the first and second bars 1, 2. During the pretensioning, these bars 1, 2 are constrained to a fixed frame by means of a component defined as a ?sacrificial element? 11. The sacrificial element 11 ? made of brittle or breakable material (e.g. high-alloy steel embrittled with a water hardening process) suitably configured to break when the loads acting on the first and second bars 1, 2 reach predetermined values, calculated according to the specific parameters of the characterization of the material sample to be implemented.
In accordo alla forma di realizzazione preferita mostrata a titolo esemplificativo in Figura 7, l?elemento sacrificale ha un profilo sostanzialmente ad H in vista longitudinale, e presenta una conformazione preferibilmente cava, con diametro della cavit? interna maggiore in corrispondenza delle estremit? terminali longitudinali. L?elemento sacrificale 11 reca in corrispondenza di ciascuna estremit? terminale longitudinale un recesso. I due recessi sono rispettivamente configurati per alloggiare una prima estremit? della barra 1 e un componente di uscita dei carichi del sistema 100. Opportune indentature presenti in corrispondenza di una sezione centrale a diametro ridotto favoriscono la rottura dell?elemento sacrificale quando ? applicato il carico prestabilito. In accordance with the preferred embodiment shown by way of example in Figure 7, the sacrificial element has a substantially H-shaped profile in longitudinal view, and has a preferably hollow conformation, with a diameter of the cavity? inner greater in correspondence of the extremities? longitudinal terminals. The sacrificial element 11 bears at each end? longitudinal terminal a recess. Are the two recesses respectively configured to house a first end? of the bar 1 and a load output component of the system 100. Suitable indentations present in correspondence with a central section with a reduced diameter favor the breakage of the sacrificial element when ? predetermined load applied.
La rottura dell?elemento sacrificale 11 determina la generazione simultanea di un?onda di torsione e di un?onda di compressione (che ? di ?segno? opposto alla onda di trazione desiderata per la prova). Breakage of the sacrificial element 11 determines the simultaneous generation of a torsion wave and a compression wave (which is of the opposite sign to the traction wave desired for the test).
Tramite giunzioni tra la prima barra 1, la seconda barra 2 e la barra di input 3, le due onde si propagano attraverso la barra di input 3. L?onda di compressione, pi? veloce dell?onda di torsione, raggiunge per prima l?estremit? terminale 3b della barra di input 3 in cui si trova il provino 8, ma incontra il collare 34 o il provino opportunamente sagomato che avvolge le estremit? delle barre 3b e 4a. Come anticipato, sia il collare 34 sia la speciale configurazione del privino trasmettono l?onda di compressione alla successiva barra di output 4, senza stressare il provino 8 stesso. L?onda di compressione continua a propagarsi verso l?estremit? terminale libera 4b della barra di output 4, dove viene riflessa e diventa un?onda di trazione. Quest?ultima si propaga nuovamente attraverso la barra di output 4 verso il provino 8, in accordo ad un verso opposto a quello di propagazione dell?onda di compressione. Il collare 34 o la speciale forma del provino 8 consentono la trasmissione dell?onda di trazione al provino 8 stesso. Contemporaneamente, anche l?onda di torsione raggiunge il provino 8 e lo sollecita, cos? da realizzare una prova dinamica di trazione e torsione combinate e simultanee. Through junctions between the first bar 1, the second bar 2 and the input bar 3, the two waves propagate through the input bar 3. The compression wave, more? fast of the torsion wave, does it reach the first end? terminal 3b of the input bar 3 in which the test piece 8 is located, but meets the collar 34 or the suitably shaped test piece which wraps around the ends? of bars 3b and 4a. As anticipated, both the collar 34 and the special configuration of the pin transmit the compression wave to the subsequent output bar 4, without stressing the sample 8 itself. Does the compression wave continue to propagate towards the end? free end 4b of the output bar 4, where it is reflected and becomes a traction wave. The latter propagates again through the output bar 4 towards the sample 8, in accordance with a direction opposite to that of propagation of the compression wave. The collar 34 or the special shape of the specimen 8 allow the traction wave to be transmitted to the specimen 8 itself. At the same time, the torsion wave also reaches the sample 8 and stresses it, thus to be carried out a combined and simultaneous dynamic tensile and torsion test.
Pertanto, le onde di torsione e trazione arrivano al campione 8 da lati opposti: l?onda di torsione arriva direttamente dalla barra di input 3, mentre l?onda di trazione arriva dalla barra di output 4. Thus, the torsion and traction waves arrive at sample 8 from opposite sides: the torsion wave arrives directly from input bar 3, while the traction wave arrives from output bar 4.
I risultati della prova sono determinati valutando le deformazioni che interessano la barra di input 3 e la barra di output 4, rilevate mediante estensimetri opportunamente collocati su queste ultime (non mostrati nelle Figure allegate). The test results are determined by evaluating the deformations affecting the input bar 3 and the output bar 4, detected by means of strain gauges suitably placed on the latter (not shown in the attached Figures).
Con riferimento alla Figura 3, le frecce tratteggiate ?IC,?I e ?IT rappresentano rispettivamente la direzione delle onde di compressione, torsione e trazione quando si propagano attraverso la barra di Hopkinson frazionata 200. Referring to Figure 3, the dashed arrows ?IC, ?I and ?IT respectively represent the direction of the compression, torsion and tension waves as they propagate through the fractional Hopkinson rod 200.
Nella presente invenzione, le lunghezze delle barre di input e di output 3, 4 sono determinate in maniera tale che le due onde di trazione/compressione e torsione percorrano due distanze diverse (grazie alla presenza del collare che contiene il campione o alla particolare forma del campione stesso), affinch? in ultima istanza arrivino al campione contemporaneamente. In the present invention, the lengths of the input and output bars 3, 4 are determined in such a way that the two traction/compression and torsion waves travel two different distances (thanks to the presence of the collar which contains the sample or to the particular shape of the sample itself), so that? ultimately arrive at the sample at the same time.
In altre parole, le lunghezze delle barre sono opportunamente regolate sia per garantire la generazione di onde della medesima lunghezza temporale sia per consentire che l?onda di trazione raggiunga (viaggiando ?indietro?) il provino proprio mentre sopraggiunge l?onda di torsione (che sta ancora viaggiando ?in avanti? nella barra di input). In other words, the lengths of the bars are suitably adjusted both to guarantee the generation of waves of the same time length and to allow the traction wave to reach (travelling? backwards?) the specimen just as the torsion wave arrives (which is still traveling ?forward? in the input bar).
Con riferimento a forme di realizzazione preferite dell?invenzione, la connessione tra la seconda barra 2 e la barra di input 3 ? realizzata mediante un collare 7. Il collare 7 presenta una configurazione cilindrica, e in uso preferibilmente presenta un asse di sviluppo principale coincidente con l?asse di sviluppo longitudinale L delle barre ricomprese nel presente apparato 1000. Il collare 7 presenta, in corrispondenza di una estremit? terminale longitudinale, una faccia anteriore 7b vincolata ad una estremit? 3a della barra di input 3 affacciata sulla seconda barra 2, ad esempio avvitata o saldata. Inoltre, il collare 7 comprende una faccia posteriore 7a anch?essa vincolata, ad esempio avvitata o saldata, all?estremit? 2b della barra 2. Le due facce 7a, 7b sono opposte longitudinalmente. In alternativa o in aggiunta, il collare 7 pu? recare alle sue estremit? terminali longitudinali una superficie interna presentante una conformazione complementare alla conformazione della superficie esterna delle estremit? terminali rispettivamente della seconda barra 2 e della barra di input 3, per realizzare un accoppiamento di forma con ciascuna delle medesime barre ed ottenere continuit? di materiale consentendo la propagazione delle onde torsionali dalla seconda barra 2 alla barra di input 3. Ad esempio, potrebbe essere un profilo scanalato piuttosto che a gradini, in funzione della conformazione di estremit? delle barre 2 e 3 che devono impegnarsi con il collare stesso. With reference to preferred embodiments of the invention, the connection between the second bar 2 and the input bar 3 is made by means of a collar 7. The collar 7 has a cylindrical configuration, and in use it preferably has a main development axis coinciding with the longitudinal development axis L of the bars included in the present apparatus 1000. The collar 7 has, at a end? longitudinal terminal, a front face 7b bound to one end? 3a of the input bar 3 facing the second bar 2, for example screwed or welded. Furthermore, the collar 7 comprises a rear face 7a which is also constrained, for example screwed or welded, to the end? 2b of the bar 2. The two faces 7a, 7b are longitudinally opposite. Alternatively or in addition, collar 7 can? bear at its ends? longitudinal terminals an internal surface having a shape complementary to the shape of the external surface of the ends? terminals respectively of the second bar 2 and of the input bar 3, to make a shape coupling with each of the same bars and obtain continuity? of material allowing the propagation of torsion waves from the second bar 2 to the input bar 3. For example, could it be a grooved profile rather than stepped, depending on the shape of the ends? of bars 2 and 3 which must engage with the collar itself.
Pertanto, la seconda barra 2 precaricata in trazione ? guidata e tenuta adiacente, in corrispondenza di una propria estremit? terminale 2b opposta alla prima barra 1, ad un?estremit? terminale 3a libera della barra di input 3, e rimane adiacente a quest?ultima anche durante l'applicazione della forza di precarico. Therefore, the second bar 2 preloaded in traction ? guided and held adjacent, in correspondence of its own extremity? terminal 2b opposite to the first bar 1, at one? end? free terminal 3a of the input bar 3, and remains adjacent to the latter even during the application of the preload force.
In uso, il collare 7 si mantiene adiacente all?estremit? 3a della barra di input, che si affaccia appunto sulla seconda barra 2, precaricata in trazione. Un sistema di blocco o supporto fisso 10 ? previsto in corrispondenza della parte posteriore del collare 7, per impedire il movimento della barra precaricata 2 a monte del supporto 10, quando la forza di precarico in trazione ? applicata nella direzione della freccia F. Sotto l?azione della forza di precarico, la faccia posteriore 7a del collare 7 ? premuta saldamente contro la faccia anteriore 10a del sistema di bloccaggio 10, in modo tale che nessuna forza di precarico venga esercitata sulla barra di input 3 nella direzione della freccia F. In use, collar 7 remains adjacent to? 3a of the input bar, which faces the second bar 2, preloaded in traction. A block system or fixed support 10 ? provided in correspondence with the rear part of the collar 7, to prevent the movement of the preloaded bar 2 upstream of the support 10, when the preloading force in traction ? applied in the direction of arrow F. Under the action of the preload force, the rear face 7a of the collar 7 ? pressed firmly against the front face 10a of the locking system 10, so that no preload force is exerted on the input rod 3 in the direction of arrow F.
L'estremit? anteriore 1b della prima barra 1 ? guidata e tenuta adiacente all'estremit? di ingresso 2a della seconda barra 2 mediante l?ulteriore collare 6, vincolato (ad esempio, avvitato o saldato) e/o conformato a realizzare accoppiamento di forma con rispettive estremit? 1b e 2a della prima e seconda barra 1 e 2, secondo quanto gi? descritto per il collare 7. Anche tale collare 6 presenta preferibilmente conformazione cilindrica, almeno parzialmente cava. In uso, il collare 6 si mantiene adiacente alle suddette estremit? delle barre 1, 2. The extremity? front 1b of first bar 1 ? driven and held adjacent to the extremity? input 2a of the second bar 2 by means of the further collar 6, constrained (for example, screwed or welded) and/or shaped to form a shape coupling with respective ends? 1b and 2a of the first and second bar 1 and 2, according to what already? described for the collar 7. Also this collar 6 preferably has a cylindrical shape, at least partially hollow. In use, collar 6 remains adjacent to said ends? of bars 1, 2.
In accordo ad un aspetto preferito dell?invenzione, il collare 6 ? a tali barre 1, 2. Inoltre, il collare 6 pu? presentare una conformazione esterna tale da interferire con un ulteriore sistema di bloccaggio 9, o supporto fisso, configurato per evitare la rotazione della seconda barra 2 quando viene applicata la coppia di precarico alla prima barra 1. L?ulteriore sistema di bloccaggio 9 pu? essere disposto a circondare il collare 6 e la prima barra 1 per opporre resistenza e impedire la rotazione della barra 1 stessa nella direzione di applicazione della coppia di precarico, mentre nessuna resistenza ? esercitata al movimento in direzione dell'applicazione della forza di precarico. Pertanto, nessuna coppia di precarico viene esercitata sulla parte della seconda barra 2 quando la coppia di precarico viene applicata alla prima barra 1. In accordance with a preferred aspect of the invention, the collar 6 is to these bars 1, 2. Furthermore, the collar 6 pu? have an external shape such as to interfere with a further locking system 9, or fixed support, configured to prevent rotation of the second bar 2 when the preload torque is applied to the first bar 1. The further locking system 9 can? be disposed to surround the collar 6 and the first bar 1 to offer resistance and prevent the rotation of the bar 1 itself in the direction of application of the preload torque, while no resistance? exerted upon movement in the direction of application of the preload force. Thus, no preload torque is exerted on the part of the second bar 2 when the preload torque is applied to the first bar 1.
In altre parole, secondo una forma di realizzazione preferita dell?invenzione, attorno al collare 6, che circonda le estremit? di entrambe le barre 1 e 2, ? previsto un sistema di blocco o supporto fisso 9 che impedisce il movimento di rotazione della prima barra precaricata 1 quando ? applicata la coppia di precarico nella direzione della freccia T (in accordo ad un verso orario o antiorario). Quando ? applicata la coppia di precarico, la faccia laterale 6a del collare 6 viene premuta saldamente contro la faccia laterale 9a del sistema di bloccaggio 9, lasciando libere le facce anteriore 6b e posteriore 6c del collare 6 in modo tale che non venga esercitata alcuna coppia di precarico sulla barra precompressa 2 nella direzione della freccia T, ma consentendo l?applicazione della forza di precarico di trazione in accordo alla freccia F. In other words, according to a preferred embodiment of the invention, around the collar 6, which surrounds the ends? of both bars 1 and 2, ? provided a locking system or fixed support 9 which prevents the rotation movement of the first preloaded bar 1 when ? applied the preload torque in the direction of the arrow T (according to a clockwise or counterclockwise direction). When ? once the preloading torque is applied, the lateral face 6a of the collar 6 is pressed firmly against the lateral face 9a of the locking system 9, leaving the front 6b and rear 6c faces of the collar 6 free so that no preloading torque is exerted on the prestressed bar 2 in the direction of the arrow T, but allowing the application of the tensile preload force in accordance with the arrow F.
Secondo la forma di realizzazione preferita dell?invenzione mostrata parzialmente in Figura 4, il sistema 100 comprende mezzi attuatori dedicati 5a, 5b, configurati per precaricare la prima e seconda barra 1 e 2. I mezzi attuatori possono essere ad azionamento elettrico, idraulico o pneumatico. According to the preferred embodiment of the invention partially shown in Figure 4, the system 100 comprises dedicated actuator means 5a, 5b, configured to preload the first and second bars 1 and 2. The actuator means can be electrically, hydraulically or pneumatically actuated .
In particolare, il sistema 100 pu? comprendere un elettroattuatore 5a, che quando azionato induce una forza di precarico (rappresentata dalla freccia F) sulla prima e seconda barra 1 e 2. Il sistema 100 comprende anche un motoriduttore 5b, che quando azionato induce una coppia di precarico (rappresentata dalla freccia T) sulla prima barra 1. In particular, the 100 system can? comprise an electric actuator 5a, which when actuated induces a preload force (represented by the arrow F) on the first and second bars 1 and 2. The system 100 also comprises a gearmotor 5b, which, when actuated, induces a preload torque (represented by the arrow T ) on the first bar 1.
Il sistema 100 di precarico a trazione e torsione pre-traziona le barre 1 e 2, e pre-torsiona solo la barra 1. The tensile and torsion preload system 100 pre-tensils bars 1 and 2, and pre-twists bar 1 only.
La forza di precarico e la coppia di precarico possono essere rilasciate improvvisamente dalle barre precaricate mediante rottura dell?elemento sacrificale 11, che come gi? descritto ? configurato per rompersi ad un valore predeterminato di intensit? della forza e della coppia di precarico combinate, fornite dai mezzi attuatori. La fragilit? dell?elemento sacrificale 11 ne determina la rottura in tempi brevissimi, nell?ordine di pochi ?s. L?elemento sacrificale 11 funge da blocco statico di un carico combinato di trazione/compressione e torsione applicato alla prima barra 1. In particolare, l?elemento sacrificale 11 ? connesso all?estremit? terminale libera posteriore 1a della prima barra 1 (in posizione opposta rispetto alla seconda barra 2) e ad un telaio fisso e/o ai mezzi attuatori. The preload force and the preload torque can be suddenly released from the preloaded bars by breaking the sacrificial element 11, which as already? described ? configured to break at a predetermined value of intensity? of the combined preload force and torque provided by the actuator means. The fragility? of the sacrificial element 11 causes it to break in a very short time, in the order of a few ?s. The sacrificial element 11 acts as a static block of a combined traction/compression and torsion load applied to the first bar 1. In particular, the sacrificial element 11 ? connected to? extremity? rear free end 1a of the first bar 1 (in the opposite position with respect to the second bar 2) and to a fixed frame and/or to the actuator means.
La presente invenzione fornisce un metodo per caratterizzare un campione di materiale mediante prove di carico dinamiche combinate e simultanee a tensione-torsione. The present invention provides a method for characterizing a material sample by combined dynamic and simultaneous tension-torsion load tests.
Il metodo prevede di fornire un sistema a barra frazionata di Hopkinson 200 secondo quanto gi? descritto, e di applicare simultaneamente in corrispondenza dell?estremit? della barra di input 3 opposta alla barra di output 4 una sollecitazione di compressione e torsione. Mentre la sollecitazione di torsione, pi? lenta, si propaga attraverso la barra di input 3, la sollecitazione di compressione attraversa tutta la barra di input 3, supera il provino 8 senza stressarlo grazie all?azione del collare 7, si propaga attraverso tutta la barra di output 4 e viene riflessa in corrispondenza della sua estremit? terminale libera. La sollecitazione di compressione riflessa cambia segno e si trasforma in sollecitazione di trazione, che si propaga all?indietro attraverso la seconda barra 4 verso il provino 8. La lunghezza della barra di input 3 e di output 4 ? scelta in maniera tale che l?onda di trazione riflessa e l?onda di torsione raggiungono il provino 8 nello stesso istante. The method plans to supply a Hopkinson 200 fractional bar system according to what is already described, and to apply simultaneously at the end? of the input bar 3 opposite the output bar 4 a compressive and torsional stress. While the torsion stress, pi? slow, propagates through the input bar 3, the compressive stress crosses the entire input bar 3, passes the specimen 8 without stressing it thanks to the action of the collar 7, propagates through the entire output bar 4 and is reflected in correspondence of its extremity? free terminal. The reflected compressive stress changes sign and becomes tensile stress, which propagates backwards through the second bar 4 towards the specimen 8. The length of the input 3 and output 4 bars? chosen in such a way that the reflected traction wave and the torsion wave reach specimen 8 at the same instant.
Le sollecitazioni sono ottenute mediante il precarico in trazione della seconda barra 2 e della prima barra 1 e il precarico della sola barra 1 in torsione, in accordo a direzioni (assiale e tangenziale/torsionale) lontane dalla barra di input 3 che ? connessa al campione da caratterizzare. Il metodo prevede la rimozione istantanea della forza e la coppia di precarico mediante rottura dell?elemento sacrificale 11 per rilasciare l'energia immagazzinata nella prima e seconda barra 1, 2, trasmettendo onde di compressione e torsione attraverso la barra di input 3. The stresses are obtained by means of the preload in traction of the second bar 2 and of the first bar 1 and the preload of only the bar 1 in torsion, according to directions (axial and tangential/torsional) far from the input bar 3 which ? related to the sample to be characterized. The method involves the instantaneous removal of the preload force and torque by breaking the sacrificial element 11 to release the energy stored in the first and second bars 1, 2, by transmitting compression and torsion waves through the input bar 3.
Pi? in dettaglio, una volta che la forza e la coppia di precarico raggiungono valori predeterminati, l'elemento sacrificale 11 si rompe e la forza di trazione ?accumulata? nelle barre precaricate 1,2 e la coppia di torsione ?accumulata? nella barra precaricata 1 causano la generazione simultanea di onde di compressione e torsione verso la barra di input 3. Il rilascio improvviso dei precarichi si tradurr? in una sollecitazione di compressione e torsione che si propaga mediante onde di ampiezza e durata predeterminate, in funzione dell?entit? delle sollecitazioni di precarico e della geometria delle barre 1, 2, 3 e 4. Attraverso la barra di input 3, le onde raggiungeranno prima il campione 8 e poi la barra di output 4. Il campione 8 presenta una conformazione predeterminata che garantisce che l'onda di compressione generata che si propaga pi? velocemente dell'onda di torsione generata e che lo attraversi senza deformarlo per raggiungere la barra di output 4. La barra di input 3 e la barra di output 4 sono in un rapporto di lunghezza tale che l'onda di compressione dopo essersi propagata attraverso la barra 3 di input e la barra 4 di output, si riflette totalmente all'estremit? della barra di output 4b in un'onda di trazione che raggiunge il campione 8 contemporaneamente all'onda di torsione Pi? in detail, once the preload force and torque reach predetermined values, the sacrificial element 11 breaks and the ?accumulated? in the preloaded bars 1,2 and the ?accumulated? in the preloaded bar 1 cause the simultaneous generation of compression and torsion waves towards the input bar 3. The sudden release of the preloads will result? in a compressive and torsion stress that propagates through waves of predetermined amplitude and duration, according to the entity? of the preload stresses and the geometry of bars 1, 2, 3 and 4. Through input bar 3, the waves will first reach sample 8 and then output bar 4. Sample 8 has a predetermined conformation which ensures that the 'wave of compression generated that propagates pi? of the generated torsion wave and pass through it without deforming it to reach output bar 4. Input bar 3 and output bar 4 are in such a length ratio that the compression wave after propagating through the bar 3 of input and bar 4 of output, is it totally reflected at the extremity? of the output bar 4b into a tensile wave reaching sample 8 simultaneously with the torsion wave
L'apparato secondo la presente invenzione pu? essere vantaggiosamente utilizzato per la caratterizzazione meccanica multiassiale, tensione-torsione, di diversi tipi di materiali con diverso tipo di forma dei provini. A tal proposito, si segnale che la lunghezza della prima e seconda barra 2, 3 del sistema 100 pu? essere modificata in modo da generare onde di diversa lunghezza. The apparatus according to the present invention can be advantageously used for the multi-axial, tension-torsion mechanical characterization of different types of materials with different types of shape of the specimens. In this regard, it should be noted that the length of the first and second bars 2, 3 of the system 100 can be modified to generate waves of different lengths.
Inoltre, l'apparato secondo la presente invenzione pu? essere utilizzato per la caratterizzazione meccanica dinamica di materiali in compressione, trazione e torsione. Furthermore, the apparatus according to the present invention can be used for the dynamic mechanical characterization of materials in compression, tension and torsion.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000023933A IT202100023933A1 (en) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | APPARATUS FOR SIMULTANEOUS TENSILE AND TORSION TESTS |
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-
2021
- 2021-09-17 IT IT102021000023933A patent/IT202100023933A1/en unknown
Patent Citations (1)
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