RU2052791C1

RU2052791C1 - Method and device for testing deformation-strength properties of sheet materials

Info

Publication number: RU2052791C1
Application number: RU95107629A
Authority: RU
Inventors: Александр Павлович Златогоров; Александр Александрович Рыбин; Михаил Иванович Власов; Аркадий Георгиевич Ханин; Юрий Валентинович Артамонов; Евгений Васильевич Соболев
Original assignee: Александр Павлович Златогоров; Александр Александрович Рыбин; Михаил Иванович Власов; Аркадий Георгиевич Ханин; Юрий Валентинович Артамонов; Евгений Васильевич Соболев
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 1996-01-20

Abstract

FIELD: test equipment. SUBSTANCE: sample is loaded by impact load by means of indentor 19, and force of stress wave is measured at five points at least by detectors 2, 4, 9, 4 and 18, which wave was excited in the sample. Time t from start point of action onto the sample by impact loading is also measured. EFFECT: improved precision. 2 cl, 7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике и касается исследования деформационно-прочностных свойств листовых материалов. The invention relates to testing equipment and for the study of the deformation-strength properties of sheet materials.

Известен способ исследования свойств материалов путем оценки упругопластических свойств испытуемых образцов при внедрении в них индентора [1]
Недостатком способа является невозможность при его использовании оценить влияние на прочность листового материала различных слоев, из которых материал может быть изготовлен.A known method of studying the properties of materials by evaluating the elastoplastic properties of the test samples when an indenter is introduced into them [1]
The disadvantage of this method is the inability to use it to assess the effect on the strength of the sheet material of various layers from which the material can be made.

Известен способ исследования прочностных свойств листовых материалов, по которому образец в виде плоской пластины закрепляют в опорах и подвергают ударному нагружению, замеряют параметры, характеризующие результат воздействия на образец, и по ним судят о прочностных свойствах листового материала [2]
Недостатком данного способа является неполнота оценки влияния структуры материала на его свойства.There is a method of studying the strength properties of sheet materials, according to which a sample in the form of a flat plate is fixed in supports and subjected to shock loading, parameters characterizing the result of exposure to the sample are measured, and the strength properties of the sheet material are judged from them [2]
The disadvantage of this method is the incompleteness of the assessment of the influence of the structure of the material on its properties.

Известно устройство, содержащее опоры для испытуемого образца, приспособление для его ударного нагружения и датчики с регистрирующей аппаратурой для замера параметров, характеризующих результат воздействия на образец [3]
Недостатком устройства является невозможность проведения на нем широкого круга исследовательских работ, т.е. невозможность проведения испытаний для получения исследовательской информации о деформационно-прочностных свойствах материалов.A device containing supports for the test sample, a device for its shock loading and sensors with recording equipment for measuring parameters characterizing the result of exposure to the sample [3]
The disadvantage of this device is the impossibility of carrying out a wide range of research works on it, i.e. the impossibility of conducting tests to obtain research information on the deformation-strength properties of materials.

Техническая задача, на решение которой направлены предлагаемые способ и устройство заключается в расширении их применения, т.е. в создании условий для оценки деформационно-прочностных свойств материалов. The technical problem to which the proposed method and device are aimed is to expand their application, i.e. in creating conditions for assessing the deformation-strength properties of materials.

Указанная техническая задача решается за счет того, что в способе замеряют динамические усилия Р возбужденной в образце волны напряжений и время t их замера от начала воздействия ударным нагружением и по замеренным f и t судят о свойствах образца, причем указанные параметры замеряют в пяти позициях: сверху и снизу образца по оси приложения ударного нагружения, со стороны боковой поверхности образца, а также сверху и снизу, образуя между указанной его боковой поверхностью и осью приложения ударного нагружения. The specified technical problem is solved due to the fact that in the method the dynamic forces P of the stress wave excited in the sample are measured and the time t of their measurement from the beginning of the impact by impact loading and the measured f and t are used to judge the properties of the sample, and these parameters are measured in five positions: from above and from the bottom of the specimen along the axis of application of shock loading, from the side of the side surface of the specimen, as well as above and below, forming between the indicated lateral surface and the axis of application of shock loading.

В устройстве использованы датчики следящего типа и установлены в указанных пяти позициях для замера Р и фиксации времени t на регистрирующей аппаратуре, при этом приспособление ударного нагружения может быть выполнено в виде ударника, пуансона и индентора, а один из указанных датчиков расположен между пуансоном и индентором и выполнен тензометрическим, причем длина ударника, выполненного в виде стержня, выбрана из условия t_o1 < t_o2, где t_o1 время прохождения волны напряжений от начала ее возникновения до датчика, расположенного со стороны боковой поверхности испытуемого образца, t_o2 суммарное время прохождения возбужденной и отраженной динамической волны в ударнике. Устройство также может быть снабжено фиксирующими планками, расположенными в опорах сверху и снизу испытуемого образца и имеющими прослойки с отличным от него акустическим сопротивлением, обжимающим испытуемый образец по боковым поверхностям и имеющим акустическое сопротивление, равное акустическому сопротивлению испытуемого образца, и эластичным концентратором импульса динамического нагружения, выполненным в виде шайбы, охватывающей концевую часть индентора.The device uses tracking sensors and is installed in the indicated five positions for measuring P and fixing the time t on the recording equipment, while the shock loading device can be made in the form of a hammer, punch and indenter, and one of these sensors is located between the punch and indenter and made by strain gauge, and the length of the striker, made in the form of a rod, is selected from the condition t _o1 <t _o2 , where t _{o1 is} the propagation time of the stress wave from the beginning of its occurrence to the sensor located on the side b the surface of the test sample, t _{o2 is the} total transit time of the excited and reflected dynamic waves in the hammer. The device can also be equipped with fixing strips located in supports above and below the test specimen and having interlayers with different acoustic resistance, compressing the test specimen on the side surfaces and having an acoustic impedance equal to the acoustic resistance of the test specimen, and an elastic hub of dynamic loading impulse, made in the form of a washer covering the end of the indenter.

Сущность способа и устройства поясняются чеpтежами, где на фиг.1 изображена схема реализации способа; на фиг.2 диаграммы распространения энергии удара в образце; на фиг.3 диаграммы динамических усилий Р, возникающих в образце в позициях замера в процессе распространения в нем волны деформаций; на фиг.4 принципиальная схема устройства для осуществления способа исследования деформационно-прочностных свойств листовых материалов. The essence of the method and device is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a diagram of the implementation of the method; figure 2 diagrams of the propagation of impact energy in the sample; figure 3 diagrams of the dynamic forces P arising in the sample at the measurement positions in the process of propagation of a deformation wave in it; figure 4 is a schematic diagram of a device for implementing a method for studying the deformation-strength properties of sheet materials.

Устройство включает в себя основание 1, центральный пьезоэлектрический датчик 2, подвижные стойки 3, несущие соответствующие промежуточные пьезоэлектрические датчики 4 и 14, фиксирующие планки 5 и 12 с приспособлениями 6 и 13 соответственно, контактирующими с нижней и верхней плоскими поверхностями испытуемого образца 11, стойки-опоры 7 и 21 для закрепления в них планок, стойку 8 для регулируемой установки бокового пьезодатчика 9, ограничитель 10, обжимающий по бокам испытуемый образец, направляющую втулку 15, ударник 16, пуансон 17, датчик тензометрический 18, индентор 19, наконечник которого охвачен концентратором 20 импульса, упруго-пластичный компрессор 22. The device includes a base 1, a central piezoelectric sensor 2, movable racks 3, bearing the corresponding intermediate piezoelectric sensors 4 and 14, fixing strips 5 and 12 with devices 6 and 13, respectively, in contact with the lower and upper flat surfaces of the test sample 11, racks - supports 7 and 21 for fixing the strips in them, a rack 8 for adjustable installation of the lateral piezoelectric sensor 9, a limiter 10, compressing the test sample on the sides, a guiding sleeve 15, a hammer 16, a punch 17, a strain gauge esky 18, 19 indenter tip 20 is covered by hub pulse elastically ductile compressor 22.

Работает устройство и осуществляется способ следующим образом. The device operates and the method is as follows.

Образец зажимается в опорах между фиксирующими планками 5 и 12. При этом прослойки 6 и 13 изготавливаются из материала с определенным акустическим сопротивлением. По контуру образец обжимается ограничителем 10 с акустическим сопротивлением, равным акустическому сопротивлению испытуемого образца. The sample is clamped in the supports between the fixing strips 5 and 12. In this case, the interlayers 6 and 13 are made of a material with a certain acoustic resistance. The contour of the sample is crimped by a limiter 10 with an acoustic impedance equal to the acoustic impedance of the test sample.

По средней части образца наносится удар модельной интенсивности, при этом выделяются две зоны функционирования испытуемой системы: зона кратерообразования и зона массового (волнового) рассеивания энергии удара. A model intensity blow is struck in the middle part of the sample, and two zones of functioning of the test system are distinguished: a crater formation zone and a mass (wave) zone of impact energy dissipation.

При воздействии индентора на образец в системе возбуждается волновой процесс (волна напряжений), параметры которого Р и t фиксируются датчиками 2, 4, 14 и 18 и регистрирующей аппаратурой (цифровые запоминающие осциллографы, компьютеры и т.д.). По заданным параметрам Р и t судят о способности образца передавать энергию воздействия из зоны самого напряженного состояния (кратерообразования) в остальные зоны образца и судят о его деформационно-прочностных свойствах. When an indenter acts on a sample, a wave process (voltage wave) is excited in the system, the parameters of which P and t are recorded by sensors 2, 4, 14 and 18 and recording equipment (digital storage oscilloscopes, computers, etc.). According to the given parameters, P and t judge the ability of the sample to transfer the impact energy from the zone of the most stressed state (crater formation) to the remaining zones of the sample and judge its deformation-strength properties.

Для нанесения удара ударник 16 разгоняется любым известным способом. Ударник выполняется в виде стального стержня, длина которого выбирается из условия t_o1< < t_o2, что позволяет исключить влияние волновых процессов в ударнике на волновые процессы в образце.To strike, the striker 16 is accelerated in any known manner. The hammer is made in the form of a steel rod, the length of which is selected from the condition t _o1 <<t _o2 , which eliminates the influence of wave processes in the hammer on wave processes in the sample.

Промежуточные прослойки выбираются из соотношения между акустическим сопротивлением образца V₁ ρ₁С₁ и прослоек V₂ ρ₂С₂, где ρ₁ и ρ₂ плотность, соответственно, образца и прослойки, а С₁ и С₂ скорость упругой волны в них.The intermediate layers are selected from the ratio between the acoustic impedance of the sample V ₁ ρ ₁ C ₁ and the interlayers V ₂ ρ ₂ C ₂ , where ρ ₁ and ρ _{2 are the} densities of the sample and the layer, respectively, and C ₁ and C _{2 are the} speed of the elastic wave in them.

При V₁ > V₂ снижается сопротивление фиксирующих планок прогибу образца, при V₂ > V₁ происходит увеличение сопротивления прогибу образца. Варьирование соотношения V₁ и V₂ позволяет расширить круг задач решаемых предлагаемым устройством и способом.When V ₁ > V _{2 the} resistance of the fixing bars to the deflection of the sample decreases, when V ₂ > V ₁ there is an increase in the resistance to deflection of the sample. Varying the ratio of V ₁ and V ₂ allows you to expand the range of tasks solved by the proposed device and method.

В зоне непосредственного контакта индентора с поверхностью образца установлен эластичный концентратор 20 импульса, выполненный в виде шайбы, охватывающей концевую часть индентора. In the zone of direct contact of the indenter with the surface of the sample, an elastic impulse concentrator 20 is installed, made in the form of a washer covering the end part of the indenter.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют решить широкий круг исследовательских задач. The proposed method and device for its implementation can solve a wide range of research problems.

Claims

1. A method for studying the deformation-strength properties of sheet materials, according to which a stress wave is excited in a fixed sample in the form of a flat plate by applying an impact load, the parameters of the stress wave are measured, and they are used to judge the deformation-strength properties of the material, characterized in that as parameters they measure the dynamic forces P of the stress wave and the time t from the beginning of the impact of the shock load to the measurement of the corresponding force P and judge the properties of the sample by the measured P and t.

2. The method according to p. 1, characterized in that the said parameters are measured in at least five positions, two of which are located on the upper and lower surfaces of the plate along the axis of application of the shock load, one on the side surface of the plate and two on the upper and lower the surfaces of the plate between its lateral surface and the axis of application of the shock load.

3. A device for studying the deformation-strength properties of sheet materials, containing supports for the sample in the form of a flat plate, means for its shock loading and sensors with recording equipment, characterized in that it contains at least five force measuring sensors, two of which are located on top and from the bottom of the plate along the axis of impact loading, one from the side of its lateral surface and two from above and below between the lateral surface and the axis of impact loading, and the recording equipment made with the possibility of fixing time t from the beginning of the impact of the shock load to measure the corresponding effort.

4. The device according to p. 3, characterized in that the means for impact loading are made in the form of a hammer, punch and indenter, and one of the said sensors is located between the punch and indenter and is made tensometric.

5. The device according to p. 4, characterized in that the drummer is made in the form of a rod, the length of which is selected from the condition

Where

- the transit time of the stress wave from the point of application of the shock load to the sensor located on the side of the side surface of the plate,

- total transit time of the excited and reflected stress waves in the striker.

6. The device according to any one of paragraphs. 3 to 5, characterized in that it is equipped with fixing strips located in the supports above and below the plate and placed between the strips of gaskets having an acoustic resistance different from the acoustic resistance of the sample.

7. The device according to any one of paragraphs. 3 - 6, characterized in that it is equipped with a limiter, crimping the plate along the side or side surfaces and having an acoustic impedance equal to the acoustic impedance of the plate.

8. The device according to any one of paragraphs. 3 to 7, characterized in that it is equipped with an elastic shock impulse concentrator, made in the form of a washer covering the end of the indenter.