PL210665B1 - Urządzenie do wykonywania badań dynamicznych właściwości materiałów konstrukcyjnych, zwłaszcza metali, tworzyw sztucznych i drewna modyfikowanego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wykonywania badań dynamicznych właściwości materiałów konstrukcyjnych, zwłaszcza metali, tworzyw sztucznych i drewna modyfikowanego, które to właściwości niezbędne są do określenia parametrów wytrzymałościowych i odpornościowych tychże materiałów, na takie zjawiska jak: zgniatanie, przecinanie, ścinanie, rozwarstwianie oraz przekłuwanie i zginanie.

Znane i stosowane od bardzo wielu lat są urządzenia zwane młotami Charpy'ego, Poldiego i Schmidta. Przy pomocy tych urządzeń jest moż liwe wykonanie większości badań wytrzymałości dynamicznej materiałów. Przy użyciu młotów Charpy wykonuje się zazwyczaj próby udarności na elementach, w których wykonano karb w kształcie litery U lub V.

Sam młot jest zawieszony wahadłowo i wychylany podczas badania o określony kąt względem osi pionowej urządzenia. Spadając swobodnie przekazuje energię wynikającą z jego parametrów ruchowych i masy, na powierzchnię próbki, która zamocowana jest pomiędzy podporami w taki sposób by karb leżał w osi ruchu młota.

W urządzeniu tym, nie jest możliwe precyzyjne określenie wartości energii powodującej deformację próbki, ponieważ w rzeczywistości rozkłada się ona na część, która powoduje deformację oraz na energię pochłanianą przez podpory. Ilościowe określenie wartości tych składowych energii jest praktycznie niemożliwe. Z tych też powodów otrzymane z badań rezultaty można traktować tylko w kategoriach porównawczych, w odniesieniu do innych różnych materiałów konstrukcyjnych.

Znane jest także z polskiego zgłoszenia patentowego nr 371 449 urządzenie do wykonywania przedmiotowych badań, zawierające dwa młoty, które atakują badaną próbkę z obu stron. Wartość energii powodującej deformację badanej próbki jest możliwa do określenia ze znacznie większą dozą ufności niż w przypadku młota Charpy. Urządzenie to posiada mechanizm zębatkowy napędu i synchronizacji młotów zaopatrzonych we właściwe, dla określonego rodzaju badań, tłoczniki. Mechanizm zębatkowy, z istoty swojego działania, nie zapewnia pełnej synchronizacji ruchu obu młotów. W efekcie jeden młot uderza wcześniej względem drugiego, co w konsekwencji prowadzi do tego, że część energii uderzenia pierwszego młota przekazywana jest do podpór mocujących badaną próbkę, zaś energia uderzenia drugiego młota przekazywana jest w części do tłocznika młota pierwszego, który w tym momencie, potencjalnie stanowi podporę badanej próbki.

Skutkiem powyższego, jest niemożliwość precyzyjnego określenia parametrów energii powodującej deformację badanej próbki.

Powyższe wady zostały wyeliminowane w konstrukcji urządzenia według wynalazku.

Urządzenie do wykonywania badań dynamicznych właściwości materiałów konstrukcyjnych, zwłaszcza metali, tworzyw sztucznych i drewna modyfikowanego, będące przedmiotem wynalazku, posiada konstrukcję, którą stanowią dwie symetryczne i zbieżne do siebie prowadnice, o kształcie przebiegu opisanym dowolną znaną funkcją matematyczną. Z prowadnicami związane są elementy jezdne, na których są posadowione młoty. W najniższej części, w środku linii prowadnic usytuowane jest gniazdo służące do osadzenia w nim badanej próbki, przy czym próbka ta osadzana jest pływające. Gniazdo próbki, korzystnie zaopatrzone jest obustronnie, w osi ruchu młotów, w tłoczniki, których kształt jest właściwy dla rodzaju wykonywanych badań. Młoty posadowione na elementach jezdnych zaczepione są do ograniczników, których położenie na trasie prowadnic jest regulowane. Ograniczniki te zaopatrzone są w synchronicznie działające elementy zwalniające.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, przedstawiony jest na rysunku, w formie schematu funkcjonalnego.

Konstrukcję urządzenia stanowią dwie symetryczne prowadnice 1 o kształcie półparabolicznym, zbieżne do siebie. W miejscu ich zejścia posadowione jest gniazdo 3, w którym umieszczona jest badana próbka materiału konstrukcyjnego 7, przy czym jej posadowienie jest pływające. Do gniazda 3 przylegają obustronnie tłoczniki 6, których płaszczyzny zewnętrzne przyjmują energię od uderzających młotów 2, zaś wewnętrzne przekazują ją badanej próbce 7. Kształt tłoczników 6 dobierany jest w sposób właściwy do rodzaju wykonywanych badań.

Na prowadnicach 1 posadowione są obustronnie i symetrycznie młoty 2, przy czym posadowienie to jest zrealizowane z użyciem elementów jezdnych obniżających zjawisko tarcia pomiędzy prowadnicą 1 a młotem 2 podczas jego ruchu. Miejsce startowe młotów 2 wyznaczane jest na podstawie zapotrzebowania energii do wykonania określonego badania i w miejscu tym zamocowany zostaje ogranicznik 4 ze zwalniaczem 5, do którego doczepiony jest młot 2. Uruchomienie zwalniaczy 5 realizowane

PL 210 665 B1 jest synchronicznie, tak aby oba młoty 2 rozpoczynały swój ruch z tej samej wysokości i w tym samym momencie czasowym, co gwarantuje, że moment uderzenia młotów 2 w tłoczniki 6 nastąpi w tym samym momencie czasowym lub z nieznacznym wzajemnym opóźnieniem, na tyle małym, że zostanie ono skompensowane przemieszczeniem się, pływające osadzonej, próbki w gnieździe 3.

Wykonywanie badań urządzeniem według wynalazku skutkuje tym, że obciążenia powstające podczas tego badania nie są przenoszone na podpory, w których umieszczona jest próbka i pozwala wyznaczyć odporność materiału konstrukcyjnego na obciążenia działające dynamicznie, bez naruszania praw podobieństwa.

W trakcie wykonywania prób umożliwiło ono zbadanie takich własności materiałów, jak odporność na dynamiczne: zgniatanie, przecinanie, rozwarstwianie, przekłuwanie i zginanie, a także twardość dynamiczną i współczynnik restytucji.

Parametry charakteryzujące te właściwości mogą być bezpośrednio wykorzystane w praktyce projektowej.

Szczególna przydatność tego urządzenia przejawia się do wykonywania badań materiałów konstrukcyjnych takich jak platery i kompozyty warstwowe - płyty typu „sandwicz” i drewno modyfikowane, a więc materiały niejednorodne, dla których jakość przylegania warstw i skłonność do rozwarstwiania są bardzo trudne do określenia w warunkach dynamicznych. Urządzenie według wynalazku pozwala także dokonywać oceny wpływu przebiegu impulsu uderzenia - czas jego trwania, wartość maksymalna siły i inne - na parametry charakteryzujące powyższe właściwości.

Claims (2)

1. Urządzenie do wykonywania badań dynamicznych właściwości materiałów konstrukcyjnych, zwłaszcza metali, tworzyw sztucznych i drewna modyfikowanego, zaopatrzone w dwa jednocześnie poruszające się młoty i osadzone w nim tłoczniki oraz gniazdo dla posadowienia badanej próbki, zlokalizowane w najniższej części korpusu urządzenia, znamienne tym, że korpus urządzenia stanowią dwie symetryczne i zbieżne do siebie prowadnice (1) o kształcie przebiegu opisanym znaną i dowolną funkcją matematyczną, w których przemieszczają się posadowione w elementach jezdnych młoty (2), zaś u dołu, w miejscu styku lewej i prawej prowadnicy (1), w osi ruchu młotów (2), zainstalowane jest gniazdo (3) do posadawiania próbki (7) sytuowanej w nim pływające.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że młoty (2) w stanie spoczynkowym zaczepiane są do, regulowanych co do położenia, ograniczników (4) zawierających zwalniacze (5) sterowane synchronicznie, a gniazdo badanej próbki (3) zaopatrzone jest korzystnie w obustronnie do niego przylegające tłoczniki (6) o kształcie właściwym dla rodzaju wykonywanych badań.