RU206617U1

RU206617U1 - TRAINING DEVICE FOR CREEP DEMONSTRATION OF HARNESS OF COMPOSITE MATERIALS

Info

Publication number: RU206617U1
Application number: RU2021112297U
Authority: RU
Inventors: Михаил Николаевич Ларин; Андрей Владимирович Кривоногов; Андрей Сергеевич Глинский; Никита Витальевич Колесников; Мухадин Фралевич Тутов; Дмитрий Викторович Чернов; Иван Михайлович Васильев; Николай Николаевич Готовцев; Владимир Анатольевич Егоров; Александр Константинович Сухарев
Priority date: 2021-04-27
Filing date: 2021-04-27
Publication date: 2021-09-17

Abstract

Полезная модель относится к средствам обучения, в частности к устройствам для механических испытаний жгутов композиционных материалов и может быть использована в учебном процессе для демонстрации явления ползучести и для технической диагностики объекта, подвергающегося нагружению при испытаниях на растяжение, а также для испытания на длительную прочность композиционных материалов с учетом влияния изменения площади поперечного сечения образца.Задачей полезной модели является расширение демонстрационных возможностей за счет наглядного показа явления ползучести и влияние на него изменения площади поперечного сечения образца композиционных материалов при нагружении.Регулярно, через определенные интервалы времени, снимаются показания. При этом вращают винтовую пару 7, доводя приложенную силу растяжения до заданной, контролируют ее величину динамометром 6. Наглядно наблюдают явление ползучести материала образца. Наблюдая изменение длины нити, при поддержании постоянной силы ее натяжения за определенный интервал времени можем наблюдать явление ползучести материала образца и при этом изменение его площади поперечного сечения.The utility model relates to teaching aids, in particular to devices for mechanical testing of bundles of composite materials and can be used in the educational process to demonstrate the phenomenon of creep and for technical diagnostics of an object subjected to loading during tensile tests, as well as for testing the long-term strength of composite materials. taking into account the effect of a change in the cross-sectional area of the sample. The objective of the utility model is to expand the demonstration capabilities by visually showing the phenomenon of creep and the effect on it of a change in the cross-sectional area of the sample of composite materials under loading. Readings are taken at regular intervals at regular intervals. In this case, the screw pair 7 is rotated, bringing the applied tensile force to the specified one, and its value is monitored with a dynamometer 6. The phenomenon of creep of the sample material is clearly observed. Observing the change in the length of the thread, while maintaining a constant force of its tension for a certain time interval, we can observe the phenomenon of creep of the sample material and, at the same time, a change in its cross-sectional area.

Description

Полезная модель относится к средствам обучения, в частности к устройствам для механических испытаний жгутов композиционных материалов и может быть использовано в учебном процессе для демонстрации явления ползучести и для технической диагностики объекта подвергающегося нагружению при испытаниях на растяжение, а также для испытания на длительную прочность композиционных материалов с учетом влияния изменения площади поперечного сечения образца.The utility model relates to teaching aids, in particular to devices for mechanical testing of bundles of composite materials and can be used in the educational process to demonstrate the phenomenon of creep and for technical diagnostics of an object subjected to loading during tensile tests, as well as for testing the long-term strength of composite materials with taking into account the effect of changing the cross-sectional area of the sample.

Известна установка для испытания материалов на длительную прочность, содержащая станину, траверсы, активный и пассивный захваты образца, рычажный нагружающий механизм, связанный с пассивным захватом, механизм поддержания постоянной нагрузки, включающий связанный с активным захватом ходовой винт и соединенный с ним привод его перемещения, выполненный в виде установленного на станине гидроцилиндра соосно ходовому винту, снабженному двумя гайками, одна из которых связана с неподвижной траверсой, другая - с приводом его перемещения, блоками и перекинутыми через них соответствующими гибкими тягами с грузом, а на боковых поверхностях каждой из гаек выполнены кольцевые проточки для намотки соответствующих гибких тяг, между активным захватом и связанным с ним ходовым винтом установлены дополнительные активный и пассивный захваты, причем дополнительный активный захват соединен с ходовым винтом, а дополнительный пассивный захват соединен с активным захватом образца с помощью винта с гайкой, между которой и активным захватом образца расположена неподвижная траверса, между дополнительными захватами установлен динамометр с возможностью его снятия без разгрузки испытуемого образца (Патент RU №2164345, 2001).Known installation for testing materials for long-term strength, containing a frame, traverses, active and passive grippers of the sample, a lever loading mechanism associated with a passive grip, a mechanism for maintaining a constant load, including a lead screw associated with an active grip and a drive connected to it for its movement, made in the form of a hydraulic cylinder installed on the bed coaxially with the lead screw, equipped with two nuts, one of which is connected with a fixed crosshead, the other with a drive for its movement, blocks and corresponding flexible rods with a load thrown over them, and annular grooves are made on the side surfaces of each of the nuts for winding the corresponding flexible rods, between the active gripper and the associated lead screw, additional active and passive grippers are installed, moreover, the additional active gripper is connected to the lead screw, and the additional passive gripper is connected to the active sample grip using a screw with a nut, between in which a fixed traverse is also located with an active gripper of the sample, a dynamometer is installed between the additional grips with the possibility of its removal without unloading the test sample (Patent RU No. 2164345, 2001).

Известен учебный прибор для демонстрации ползучести полимерных композиционных материалов, содержащий станину, образец, активный и пассивный захваты образца, нагружающий механизм, установленный на станине, датчик перемещений, пассивный захват соединен с грузом, образец размещен внутри трубы, стенки которой покрыты изнутри алюминиевой фольгой, и на них закреплен нагревательный элемент, связанный с блоком автоматического поддержания температуры (Патент на полезную модель RU №148677, 2014).Known training device for demonstrating the creep of polymer composite materials, containing a frame, a sample, active and passive grips of the sample, a loading mechanism mounted on the frame, a displacement sensor, a passive grip is connected to the load, the sample is placed inside a pipe, the walls of which are covered from the inside with aluminum foil, and a heating element connected to the automatic temperature maintenance unit is fixed on them (Patent for utility model RU No. 148677, 2014).

Наиболее близким по технической сущности решением является установка для испытания на длительную прочность однонаправленных полимерных композиционных материалов, содержащая станину, активный и пассивный захваты образца, рычажный нагружающий механизм, установленный на станине гидроцилиндр, датчик перемещений, установленный между захватами, датчик усилий, размещенный между активным захватом и одним концом рычажного нагружающего механизма, другой конец которого шарнирно связан с гидроцилиндром, шлейфовый осциллограф, соединенный с датчиками перемещений и усилий, а пассивный захват соединен с грузом (Патент на полезную модель RU №80572, 2009).The closest solution in technical essence is an installation for testing the long-term strength of unidirectional polymer composite materials, containing a frame, active and passive sample grippers, a lever loading mechanism, a hydraulic cylinder mounted on the frame, a displacement sensor installed between the grippers, a force sensor placed between the active gripper and one end of the lever loading mechanism, the other end of which is pivotally connected to the hydraulic cylinder, a loop oscilloscope connected to the displacement and force sensors, and the passive grip is connected to the load (Utility Model Patent RU No. 80572, 2009).

Недостатками являются трудности определения связи изменения длины испытуемого образца с изменением площади поперечного сечения жгутов волокон.The disadvantages are the difficulties in determining the relationship between the change in the length of the test sample and the change in the cross-sectional area of the fiber bundles.

Задачей полезной модели является расширение демонстрационных возможностей за счет наглядного показа явления ползучести и влияние на него изменения площади поперечного сечения образца композиционных материалов при нагружении.The task of the utility model is to expand the demonstration capabilities by visually showing the phenomenon of creep and the effect on it of a change in the cross-sectional area of a composite material specimen under loading.

Техническим результатом является возможность визуального наблюдения и демонстрации явления ползучести жгутов композиционных материалов с одновременным учетом их уточненной площади поперечного сечения.The technical result is the possibility of visual observation and demonstration of the phenomenon of creep of bundles of composite materials while taking into account their specified cross-sectional area.

Сущность полезной модели заключается в том, что учебный прибор для демонстрации ползучести жгутов композиционных материалов, содержащий станину, активный и пассивный захваты образца, нагружающий механизм, датчик перемещений, снабжен вибратором, жестко закрепленным на станине, активный захват образца закреплен на столе вибратора, нагружающий механизм, выполненный в виде динамометра и винтовой пары, закрепляемый между образцом и станиной за пассивным захватом последовательно, который прикреплен к станине шарнирно.The essence of the utility model lies in the fact that a training device for demonstrating the creep of bundles of composite materials, containing a frame, active and passive sample grippers, a loading mechanism, a displacement sensor, is equipped with a vibrator rigidly fixed to the frame, an active sample grip is fixed on the vibrator table, and a loading mechanism , made in the form of a dynamometer and a screw pair, fixed between the sample and the bed behind a passive grip in series, which is pivotally attached to the bed.

Новизна заключаются в том, что он снабжен вибратором, жестко закрепленным на станине, активный захват образца закреплен на столе вибратора, нагружающий механизм, выполненный в виде динамометра и винтовой пары, закрепляемый между образцом и станиной за пассивным захватом последовательно, который прикреплен к станине шарнирно.The novelty lies in the fact that it is equipped with a vibrator rigidly fixed to the frame, the active sample gripper is fixed on the vibrator table, the loading mechanism, made in the form of a dynamometer and a screw pair, is fixed between the sample and the frame behind a passive grip in series, which is pivotally attached to the frame.

Анализ известных технических решений в исследуемой области и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленном устройстве.The analysis of the known technical solutions in the investigated area and related areas allows us to conclude that there are no features in them that are similar to the essential distinctive features in the claimed device.

На фигуре изображен общий вид учебного прибора для демонстрации ползучести жгутов композиционных материалов. Установка содержит станину 1, пассивный 2 и активный 3 захваты для образца 4 испытуемого материала. На станине 1 жестко закреплен вибратор 5, на столе которого укреплен активный захват 3 образца 4. Пассивный захват 2 в нижней части опоры прикреплен к станине 1 шарнирно. Нагружающий механизм выполнен в виде динамометра 6 и винтовой пары 7, прикрепленных за пассивным захватом 2 последовательно между образцом 4 и станиной 1. Между захватами 2 и 3 установлен датчик перемещений 8.The figure shows a general view of a training device for demonstrating the creep of bundles of composite materials. The installation contains a frame 1, passive 2 and active 3 grippers for sample 4 of the material under test. On the frame 1, a vibrator 5 is rigidly fixed, on the table of which the active grip 3 of the sample 4 is fixed. The passive grip 2 in the lower part of the support is pivotally attached to the frame 1. The loading mechanism is made in the form of a dynamometer 6 and a screw pair 7, attached behind the passive grip 2 in series between the sample 4 and the frame 1. A displacement sensor 8 is installed between the grips 2 and 3.

Учебный прибор работает следующим образом.The training device works as follows.

Образец 4 испытуемого материала из жгутов композиционных материалов помещают в захваты 2 и 3. Вращая винтовую пару 7, нагружают образец 4, контролируя приложенную силу динамометром 6. В зависимости от приложенной силы время проведения эксперимента будет различным и фиксироваться устройством для измерения времени. Параллельно с образцом 4 устанавливается датчик перемещений 8. Регулярно, через определенные интервалы времени, снимаются показания. При этом вращают винтовую пару 7, доводя приложенную силу растяжения до заданной, контролируют ее величину динамометром 6. Наглядно наблюдают явление ползучести материала образца.Sample 4 of the test material made of bundles of composite materials is placed in grips 2 and 3. Rotating the screw pair 7, load the sample 4, controlling the applied force with a dynamometer 6. Depending on the applied force, the time of the experiment will be different and fixed by a time measuring device. Displacement sensor 8 is installed in parallel with sample 4. Readings are taken regularly, at regular intervals. In this case, the screw pair 7 is rotated, bringing the applied tensile force to the specified one, its value is controlled with a dynamometer 6. The creep phenomenon of the sample material is clearly observed.

Включают вибростенд. Колебаний испытуемого образца 4 на столе вибратора 5 вибростенда добиваются путем плавного изменения частот на стойке управления вибростенда. При приближении частоты вынуждающей силы к частоте собственных колебаний возрастает амплитуда колебаний нитевидного образца 4.Include a shaker. The vibrations of the test sample 4 on the vibrator table 5 of the shaker are achieved by smoothly changing the frequencies on the control stand of the shaker. As the frequency of the driving force approaches the frequency of natural vibrations, the vibration amplitude of the thread-like sample 4 increases.

Установив частоту резонансных колебаний нитевидного образца, определяют соответствующую этому режиму форму колебаний.Having established the frequency of resonant vibrations of the thread-like sample, the vibration mode corresponding to this mode is determined.

Площадь поперечного сечения нитевидного образца можно определить из выражения для частоты его собственных поперечных колебаний. Как известно (Физический энциклопедический словарь. Т.5 Изд-во «Советская энциклопедия», с. 98), гибкая натянутая между опорами нить при ее возбуждении совершает поперечные колебания с собственной частотойThe cross-sectional area of the thread-like sample can be determined from the expression for the frequency of its natural transverse vibrations. As you know (Physical Encyclopedic Dictionary. V.5 Publishing house "Soviet Encyclopedia", p. 98), a flexible thread stretched between the supports, when excited, makes transverse vibrations with a natural frequency

где n - номер гармоники, L - длина нити, Т - сила ее натяжения, ρ - плотность материала нити, S - площадь ее сечения.where n is the number of the harmonic, L is the length of the thread, T is the force of its tension, ρ is the density of the material of the thread, S is its cross-sectional area.

Измерив длину нити, зная силу ее натяжения, определив частоту собственных колебаний, зная плотность материала нити, из формулы (1) определяют площадь поперечного сечения нитевидного образца.Having measured the length of the thread, knowing the force of its tension, determining the frequency of natural vibrations, knowing the density of the thread material, the cross-sectional area of the thread-like sample is determined from formula (1).

Наблюдая изменение длины нити, при поддержании постоянной силы ее натяжения за определенный интервал времени можем наблюдать явление ползучести материала образца и при этом изменение его площади поперечного сечения.Observing the change in the length of the thread, while maintaining a constant force of its tension for a certain time interval, we can observe the phenomenon of creep of the sample material and, at the same time, a change in its cross-sectional area.

Полезная модель позволяет расширить демонстрационные возможности за счет наглядного показа явления ползучести жгутов композиционных материалов с одновременным учетом их уточненной площади поперечного сечения при непрерывном одновременном контроле в процессе растяжения до разрушения образца механических параметров (усилие и удлинение).The utility model makes it possible to expand the demonstration capabilities by visually showing the phenomenon of creep of bundles of composite materials with simultaneous consideration of their refined cross-sectional area with continuous simultaneous monitoring of mechanical parameters (force and elongation) during stretching until the specimen fails.

Claims

A training device for demonstrating the creep of bundles of composite materials, containing a frame, active and passive sample grippers, a loading mechanism, a displacement sensor, characterized in that it is equipped with a vibrator rigidly fixed to the frame, an active sample grip is fixed on the vibrator table, a loading mechanism made in in the form of a dynamometer and a screw pair, fixed between the sample and the bed behind a passive grip in series, which is pivotally attached to the bed.