RU137120U1

RU137120U1 - INSTALLATION FOR TESTING SAMPLES FROM MATERIAL WITH EFFECT OF MEMORY OF FORM UNDER COMPLEX THERMAL POWER LOADING

Info

Publication number: RU137120U1
Application number: RU2013130977/28U
Authority: RU
Inventors: Жесфина Михайловна Бледнова; Борис Петрович Полонец
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2014-01-27

Abstract

Установка для испытания образцов из материала с эффектом памяти формы при сложном термосиловом нагружении, содержащая корпус, верхний и нижний держатели образца, закрепленные в стенках корпуса, узел осевого нагружения, содержащий двуплечий рычаг, один конец которого закреплен на вале верхнего держателя, а другой через трос соединен с грузом, узел нагружения статическим кручением, соединенный с верхним держателем, измеритель деформации, выполненный в виде динамометра, узел нагружения циклическим кручением, выполненный в виде вибратора, соединенного через тензометрический узел с нижним держателем, и состоящий из рычага, один конец которого соединен с валом с неуравновешенной массой, соединенного с электродвигателем и установленного в корпусе с возможностью вращения, а на другом конце закреплена пружина, причем тензометрический узел состоит из полого цилиндра с патрубками подвода и отвода охлаждающей жидкости и тензодатчиками сопротивления, закрепленными на поверхности цилиндра, отличающаяся тем, что узел нагружения статическим кручением состоит из вала, закрепленного через подшипниковый узел в корпусе, верхний конец которого соединен через зубчатую муфту с электродвигателем, а нижний с верхним захватом, при этом на поверхности вала нарезаны шлицы и он установлен в корпусе в подшипниковом узле через шлицевую втулку, кроме того, в подшипниковом узле расположены втулки, регулирующие межосевое расстояние между подшипниками.An apparatus for testing samples from a material with a shape memory effect under complex thermo-force loading, comprising a housing, upper and lower sample holders fixed to the walls of the housing, an axial loading assembly containing a two-arm lever, one end of which is fixed to the shaft of the upper holder, and the other through a cable connected to the load, a static torsion loading unit connected to the upper holder, a strain gauge made in the form of a dynamometer, a cyclic torsion loading unit made in the form of a vibrator, connected through a strain gauge assembly with a lower holder, and consisting of a lever, one end of which is connected to an unbalanced shaft, connected to an electric motor and rotatably mounted in the housing, and a spring is fixed on the other end, the strain gauge assembly consisting of a hollow cylinder with nozzles inlet and outlet of the coolant and resistance strain gauges mounted on the surface of the cylinder, characterized in that the static torsion loading unit consists of a shaft, fixed through the bearing assembly in the housing, the upper end of which is connected via a gear coupling to the electric motor, and the lower end with the upper grip, the slots are cut on the shaft surface and it is installed in the housing in the bearing assembly through the splined sleeve, in addition, bushings are located in the bearing assembly regulating interaxal distance between bearings.

Description

Полезная модель относится к области испытаний материалов с памятью формы при циклических, тепловых и механических воздействиях, а именно к испытательным машинам, позволяющим воспроизводить на образце циклический нагрев и охлаждение, в диапазоне изменения температуры, вызывающей циклические мартенситные превращения структуры материала, при раздельном и совместном воздействии на материал образца осевой статической нагрузки или циклической нагрузки и статического или циклического крутящего момента и осуществлять при этих воздействиях измерения в образце обратимых деформаций, обусловленных циклическими фазовыми превращениями, осевой деформации и деформации кручения.The utility model relates to the field of testing materials with shape memory under cyclic, thermal, and mechanical stresses, namely, testing machines that can reproduce cyclic heating and cooling on a sample in the range of temperature changes that cause cyclic martensitic transformations of the material structure under separate and combined exposure axial static load or cyclic load and static or cyclic torque on the sample material and to carry out under these effects x in the sample measurements reversible deformations caused by cyclic phase changes, axial strain and torsional strain.

Известно техническое решение «машина для испытаний образца изKnown technical solution "machine for testing a sample from

материала с памятью формы», содержащая корпус, устройство для циклического нагрева и охлаждения образца, узел осевого нагружения, активный и пассивный держатели и измеритель деформаций образца (Патент 5209568). Машина может быть использована для испытания образца из материала с памятью формы при циклическом нагреве и охлаждении и осевом нагружении образца и получения данных измерения осевых деформаций образца. Однако, вследствие отсутствия в данной машине узла нагружения кручением и измерителя деформаций кручения, эта машина не позволяет воспроизводить совместное воздействие на образец при циклическом нагреве и охлаждении осевой нагрузки и нагрузки кручения и осуществлять при этих воздействиях совместные измерения осевой деформации и деформации кручения.material with a shape memory ”, comprising a housing, a device for cyclic heating and cooling of the sample, an axial loading unit, active and passive holders and a sample strain gauge (Patent 5209568). The machine can be used to test a sample from a shape memory material during cyclic heating and cooling and axial loading of a sample and obtain data on measuring axial deformations of the sample. However, due to the lack of a torsion loading unit and torsion strain gauge in this machine, this machine does not allow reproducing the joint action on the sample during cyclic heating and cooling of the axial load and torsion load, and to carry out joint measurements of axial and torsional deformation under these influences.

Известна машина для испытания образца из материала с памятью формы при циклических тепловых и механических воздействиях, позволяющая воспроизводить циклический нагрев и охлаждение образца в диапазоне изменения температур, вызывающих циклические мартенситные превращения структуры материала при раздельном и совместном воздействии на материал образца осевой нагрузки и нагрузки кручения, и осуществлять при этих воздействиях измерения в образце обратимых, обусловленных циклическими фазовыми превращениями, осевой деформации и деформации кручения ((19) RU (11) 2292030 (13) C1). На данной установке можно воздействовать на образец только осевой нагрузкой и нагрузкой кручения, но невозможно осуществлять циклическое кручение, что существенно уменьшает возможности рассматриваемого изобретения.A known machine for testing a sample from a material with shape memory under cyclic thermal and mechanical influences, allowing to reproduce cyclic heating and cooling of the sample in the temperature range, causing cyclic martensitic transformations of the material structure when the axial load and torsion load are separately and jointly applied, and under these influences, measure in the sample reversible, due to cyclic phase transformations, axial strain and deformation ii torsion ((19) RU (11) 2292030 (13) C1). In this installation, it is possible to act on the sample only by axial load and torsion load, but it is impossible to carry out cyclic torsion, which significantly reduces the capabilities of the invention.

Прототипом данной полезной модели является установка для испытания образца из материала с памятью формы при сложном напряженном состоянии ((19) RU (11) 2476854 (13) C2). Данная установка позволяет производить испытание образца осевой нагрузкой, нагрузкой статическим кручением и прикладывать циклическую нагрузку кручения, а также производить испытания образца при циклическом нагреве и охлаждении. Однако, узел прототипа, отвечающий за обеспечение возможности одновременного нагружения статическим кручением и осевой нагрузкой, не способен обеспечить надежное нагружение образца осевой нагрузкой и, как следствие, не позволяет с полной уверенностью обеспечить заданное силовое воздействие при сложном нагружении. Узел нагружения статическим кручением выполнен в виде маховика с подвешенным грузом, что не позволяет точно установить величину прикладываемой нагрузки к образцу, т.к. нагрузка регулируется с помощью грузов.The prototype of this utility model is a setup for testing a sample from a material with shape memory under a complex stress state ((19) RU (11) 2476854 (13) C2). This installation allows testing the sample with axial load, static torsion load and applying a torsional cyclic load, as well as testing the sample during cyclic heating and cooling. However, the prototype assembly, which is responsible for providing simultaneous loading with static torsion and axial load, is not able to provide reliable loading of the specimen with axial load and, as a result, does not make it possible to ensure a given force action under complex loading with full confidence. The unit of loading by static torsion is made in the form of a flywheel with a suspended load, which does not allow to accurately determine the value of the applied load to the sample, because the load is regulated by means of loads.

Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение технических характеристик узла нагружения статическим кручением. Увеличение диапазона нагружения, повышение точности и плавности регулирования прилагаемой нагрузки.The objective of the proposed utility model is to improve the technical characteristics of the static torsion loading unit. Increasing the loading range, increasing the accuracy and smoothness of the regulation of the applied load.

Техническим результатом является возможность точного и плавного регулирования величины нагрузки статического кручения за счет изменения крутящего момента электродвигателя.The technical result is the ability to accurately and smoothly control the magnitude of the load of static torsion due to a change in the torque of the electric motor.

Задача решается установкой для испытания образца из материала с эффектом памяти формы при сложном термосиловом нагружении. Установка содержит корпус, верхний и нижний держатели образца, закрепленные в стенках корпуса, узел осевого нагружения. Который содержит двуплечий рычаг, один конец закреплен на вале верхнего держателя, а другой через трос соединен с грузом. Установка также содержит узел нагружения статическим кручением, соединенный с верхним держателем, измеритель деформации, выполненный в виде динамометра. В установке присутствует узел нагружения циклическим кручением, выполненный в виде вибратора, соединенного через тензометрический узел с нижним держателем, и состоящий из рычага, один конец которого соединен с валом с неуравновешенной массой, соединенного с электродвигателем и установленного в корпусе с возможностью вращения, а на другом конце закреплена пружина. Тензометрический узел состоит из полого цилиндра с патрубками подвода и отвода охлаждающей жидкости и тензодатчиками сопротивления, закрепленными на поверхности цилиндра. Отличительными особенностями установки является то, что узел нагружения статическим кручением состоит из вала, закрепленного через подшипниковый узел в корпусе, верхний конец которого соединен через зубчатую муфту с электродвигателем, а нижний с верхним захватом. При этом на поверхности вала нарезаны шлицы, и он установлен в корпусе в подшипниковом узле через шлицевую втулку, кроме того, в подшипниковом узле расположены втулки, регулирующие межосевое расстояние между подшипниками.The problem is solved by the installation for testing a sample of a material with a shape memory effect under complex thermo-force loading. The installation comprises a housing, upper and lower sample holders, mounted in the walls of the housing, an axial loading unit. Which contains a two-arm lever, one end is mounted on the shaft of the upper holder, and the other is connected to the load through a cable. The installation also contains a static torsion loading unit connected to the upper holder, a strain gauge made in the form of a dynamometer. The installation contains a cyclic torsion loading unit made in the form of a vibrator connected through a strain gauge unit to the lower holder and consisting of a lever, one end of which is connected to a shaft with an unbalanced mass, connected to an electric motor and mounted in the housing for rotation, and on the other end fixed spring. The strain gauge assembly consists of a hollow cylinder with coolant inlet and outlet pipes and resistance strain gauges fixed to the cylinder surface. Distinctive features of the installation is that the static torsion loading unit consists of a shaft fixed through a bearing unit in the housing, the upper end of which is connected via a gear coupling to an electric motor, and the lower end with an upper grip. At the same time, slots are cut on the shaft surface, and it is installed in the housing in the bearing unit through the spline sleeve, in addition, there are bushings in the bearing unit that regulate the interaxal distance between the bearings.

Узел нагружения образца статическим кручением должен обеспечивать нагружен не, причем точно и плавно изменять его величину. Данная задача решается путем применения электродвигателя, а для связи с валом используется зубчатая муфта. Путем регулирования передаваемого крутящего момента от электродвигателя к образцу можно менять величину нагрузки и получать точную информацию о нагрузке, которая прикладывается к образцу в данный момент времени.The unit of loading the sample by static torsion should ensure that it is not loaded, moreover, accurately and smoothly change its value. This problem is solved by using an electric motor, and a gear clutch is used to communicate with the shaft. By adjusting the transmitted torque from the electric motor to the sample, you can change the load and obtain accurate information about the load that is applied to the sample at a given time.

На фиг.1 изображена схема предлагаемой установки для испытаний образца с памятью формы.Figure 1 shows a diagram of the proposed installation for testing a sample with shape memory.

Установка состоит из корпуса 1, в котором в верхнем держателе 2 и нижнем держателе 3 закреплен образец 4 в виде стержня, выполненного из материала с памятью формы. Вокруг образца 4 расположен полый цилиндр 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости. Внизу корпуса 1 расположен узел для циклического кручения, соединенный через тензометрический узел 6 с нижним держателем 3. Узел циклического кручения состоит из рычага 7, один конец которого соединен с корпусом 8, выполненного в виде вибратора, в котором в подшипниках 9 установлен вал 10 с неуравновешенной массой 11, соединенный с помощью гибкого вала 12 (резинового валика) с электродвигателем 13.The installation consists of a housing 1, in which a sample 4 in the form of a rod made of a material with a shape memory is fixed in the upper holder 2 and the lower holder 3. Around sample 4 is a hollow cylinder 5 with nozzles for supplying hot and cooling fluid. At the bottom of the housing 1 there is a node for cyclic torsion, connected through a strain gauge assembly 6 to the lower holder 3. The cyclic torsion assembly consists of a lever 7, one end of which is connected to the housing 8, made in the form of a vibrator, in which the shaft 10 with unbalanced shaft is installed in the bearings 9 mass 11, connected using a flexible shaft 12 (rubber roller) with an electric motor 13.

На втором конце рычага 7 закреплена пружина 14 с рукоятками 15 для определения частоты колебаний вибратора. Рычаг 7 жестко соединен со стержнем 16, передающим усилия от вибратора к образцу 4, нижний конец которого установлен в радиально-упорном подшипнике 17 нижнего держателя 3, установленного в корпусе 1 с возможностью вращения, и соединен с тензометрическим узлом, состоящим из полого цилиндра 6 (динамометра) с патрубками 18 подвода и отвода охлаждающей жидкости, на поверхности которого установлены проволочные тензодатчики сопротивления 19.At the second end of the lever 7 is fixed a spring 14 with handles 15 to determine the vibration frequency of the vibrator. The lever 7 is rigidly connected to the rod 16, which transfers forces from the vibrator to the sample 4, the lower end of which is mounted in an angular contact bearing 17 of the lower holder 3, which is rotatably mounted in the housing 1, and is connected to a strain gauge assembly consisting of a hollow cylinder 6 ( dynamometer) with pipes 18 for supplying and discharging coolant, on the surface of which wire resistance strain gauges 19 are installed.

Нижний конец вала 21 соединен с верхним захватом. Верхний конец образца с эффектом памяти формы 4, соединен с динамометром 20, который соединен с узлом нагружения статическим кручением, посредством вала 21, на поверхности которого нарезаны шлицы, который установлен в шлицевую втулку 22, втулка установлена в подшипники 23, осевую игру регулируют с помощью втулок 24, путем изменения толщины втулок производится регулирования межосевого расстояния между подшипниками 23, весь узел закрыт крышкой 25. Нагружение образца статическим кручением реализуется посредством электродвигателя 33, который связан с валом 21 верхнего держателя зубчатой муфтой 32. Узел нагружения осевой нагрузкой сотоит из двуплечего рычага 31, левая часть которого закреплена на валу 21 верхнего держателя с помощью штифта 28, на правой стороне двуплечего рычага 31 установлен ролик 30, на который подвешен груз 26, посредствам троса 29.The lower end of the shaft 21 is connected to the upper grip. The upper end of the sample with a memory effect of shape 4 is connected to a dynamometer 20, which is connected to a static torsion loading unit, by means of a shaft 21, on the surface of which slots are cut, which is installed in the spline sleeve 22, the sleeve is installed in the bearings 23, the axial play is controlled by bushings 24, by changing the thickness of the bushings, the interaxal distance between the bearings 23 is adjusted, the entire assembly is closed by a cover 25. The sample is loaded by static torsion by means of an electric motor 33 n with a shaft 21 of the upper holder by a gear clutch 32. The axial load unit is made up of a two-shoulder lever 31, the left part of which is fixed to the shaft 21 of the upper holder with a pin 28, a roller 30 is mounted on the right side of the two-shoulder lever 31, on which the load 26 is suspended, via cable 29.

Испытание образца можно осуществить следующим образом: подготовленный образец из материала с памятью формы с помощью установки подвергается воздействию циклического нагрева и охлаждения, раздельного и совместного циклического кручения, осевого нагружения и нагружения кручением и совместного измерения при этих испытаниях осевой деформации и деформации кручения.The test of the sample can be carried out as follows: the prepared sample from the material with the shape memory is subjected to cyclic heating and cooling, separate and joint cyclic torsion, axial and torsional loading, and joint measurement of axial and torsional deformation during these tests.

При воздействии на образец с памятью формы 4 только циклической нагрузки кручения. Образец: устанавливают в полый цилиндр 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости, закрепляют образец 4 в верхнем и нижнем держателе 2 и 3 и производят его нагружение с помощью узла нагружения циклическим кручением, осуществляемого вибратором. Частота колебаний вибратора определяется моментом его инерции и жесткостью пружин 14. Натяжение пружин 14 регулируется рукоятками 15 посредством винтовой пары. Неуравновешенная масса 11 вибратора вращается в подшипниках 9 корпуса 8 и приводится во вращение с помощью гибкого вала 12 (резинового валика). Величину угла закручивания образца можно регулировать, изменяя число оборотов электродвигателя 13. Поскольку при изменении одного лишь угла закручивания образца 4, в случае незначительных нагрузок, нельзя точно определить величину действующих касательных напряжений, необходимо еще определять и крутящий момент. Величину крутящего момента определяют на данной установке с помощью тензометрического узла 6. Образец подвергают циклическому процессу нагрева и охлаждения с помощью полого цилиндра 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости. Измеряют деформацию и характер осевой деформации кручения образца 4 с помощью динамометра 20.When exposed to a sample with a shape memory of 4 only a cyclic torsion load. Sample: install in a hollow cylinder 5 with nozzles for supplying hot and cooling fluid, fix sample 4 in the upper and lower holder 2 and 3 and load it using the cyclic torsion loading unit, carried out by a vibrator. The vibration frequency of the vibrator is determined by the moment of its inertia and the stiffness of the springs 14. The tension of the springs 14 is regulated by the arms 15 by means of a screw pair. The unbalanced mass 11 of the vibrator rotates in the bearings 9 of the housing 8 and is driven by a flexible shaft 12 (rubber roller). The value of the twist angle of the sample can be adjusted by changing the number of revolutions of the electric motor 13. Since when changing only one twist angle of the sample 4, in case of light loads, it is impossible to accurately determine the magnitude of the effective tangential stresses, it is also necessary to determine the torque. The magnitude of the torque is determined on this installation using a tensometric unit 6. The sample is subjected to a cyclic heating and cooling process using a hollow cylinder 5 with nozzles for supplying hot and cooling fluid. Measure the strain and the nature of the axial torsional strain of sample 4 using a dynamometer 20.

При воздействии на образец 4 только нагрузки статического кручения. Образец 4 устанавливают в полый цилиндр 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости, закрепляют образец 4 в верхнем и нижнем держателе 2 и 3 и производят его нагружение с помощью узла нагружения статическим кручением. К образцу 4 посредствам вала 21 верхнего держателя передается крутящий момент от электродвигателя 33, который соединен с валом 21верхнего держателя зубчатой муфтой 32. Образец подвергают циклическому процессу нагрева и охлаждения с помощью полого цилиндра 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости. Измеряют деформацию и характер осевой деформации кручения образца 4 с помощью динамометра 20.When exposed to sample 4 only the load of static torsion. Sample 4 is installed in a hollow cylinder 5 with nozzles for supplying hot and cooling fluid, the sample 4 is fixed in the upper and lower holder 2 and 3, and it is loaded using a static torsion loading unit. A torque is transmitted to the sample 4 via the shaft 21 of the upper holder from an electric motor 33, which is connected to the shaft 21 of the upper holder by a gear clutch 32. The sample is subjected to a cyclic heating and cooling process using a hollow cylinder 5 with nozzles for supplying hot and cooling fluid. Measure the strain and the nature of the axial torsional strain of sample 4 using a dynamometer 20.

При воздействии на образец 4 только осевой нагрузки. Образец 4 устанавливают в полый цилиндр 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости, закрепляют образец 4 в верхнем и нижнем держателях 2 и 3 и производят его нагружение с помощью узла осевого нагружения. Статическая растягивающая нагрузка создается грузом 26 и двуплечим рычагом 30. Если осевую нагрузку необходимо изменять, то с помощью динамометра 20 и автоматического потенциометра можно записывать характер изменения осевой силы. Образец подвергают циклическому процессу нагрева и охлаждения с помощью полого цилиндра 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости.When exposed to sample 4 only axial load. Sample 4 is installed in the hollow cylinder 5 with nozzles for supplying hot and cooling fluid, the sample 4 is fixed in the upper and lower holders 2 and 3, and it is loaded using the axial loading unit. A static tensile load is created by a load 26 and a two-arm lever 30. If the axial load needs to be changed, then using the dynamometer 20 and an automatic potentiometer, you can record the nature of the change in axial force. The sample is subjected to a cyclic heating and cooling process using a hollow cylinder 5 with nozzles for supplying hot and cooling fluid.

Можно одновременно приложить все три нагрузки к образцу 4 и, если образец, имеющий высокую демпфирующую способность (например, нитинол), нагружается выше предела усталостной прочности, то он сильно нагреется (до красного каления), что приводит к изменению его физических свойств и снижению жесткости системы. В этом случае хорошим средством для достижения постоянства амплитуды с начала нагружения является охлаждение образца очищенным керосином.You can simultaneously apply all three loads to sample 4 and, if a sample having a high damping ability (for example, nitinol) is loaded above the fatigue limit, it will heat up very much (to red heat), which leads to a change in its physical properties and a decrease in stiffness system. In this case, a good means to achieve a constant amplitude from the beginning of loading is to cool the sample with purified kerosene.

Claims

An apparatus for testing samples from a material with a shape memory effect under complex thermo-force loading, comprising a housing, upper and lower sample holders fixed to the walls of the housing, an axial loading assembly containing a two-arm lever, one end of which is fixed to the shaft of the upper holder, and the other through a cable connected to the load, a static torsion loading unit connected to the upper holder, a strain gauge made in the form of a dynamometer, a cyclic torsion loading unit made in the form of a vibrator, connected through a strain gauge assembly with a lower holder, and consisting of a lever, one end of which is connected to an unbalanced shaft, connected to an electric motor and rotatably mounted in the housing, and a spring is fixed on the other end, the strain gauge assembly consisting of a hollow cylinder with nozzles inlet and outlet of the coolant and resistance strain gauges mounted on the surface of the cylinder, characterized in that the static torsion loading unit consists of a shaft, fixed through the bearing assembly in the housing, the upper end of which is connected via a gear coupling to the electric motor, and the lower end with the upper grip, the slots are cut on the shaft surface and it is installed in the housing in the bearing assembly through the splined sleeve, in addition, bushings are located in the bearing assembly regulating interaxal distance between bearings.