RU214634U1

RU214634U1 - A DEVICE FOR DETERMINATION OF DESTRUCTIVE SHEAR FORCES OF CERAMIC SPECIMENS

Info

Publication number: RU214634U1
Application number: RU2022113967U
Authority: RU
Inventors: Андрей Юрьевич Столбушкин; Иван Андреевич Поправка; Егор Валерьевич Истерин; Оксана Андреевна Фомина
Filing date: 2022-05-24
Publication date: 2022-11-08

Abstract

Полезная модель относится к области строительных материалов и предназначена для определения разрушающих сдвиговых усилий керамических образцов.The utility model relates to the field of building materials and is designed to determine the destructive shear forces of ceramic samples.

Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в упрощении приспособления для проведения испытаний и использовании для испытаний образцов простой конфигурации.The technical problem solved by the proposed utility model is to simplify the test fixture and use samples of a simple configuration for testing.

Приспособление для определения разрушающих сдвиговых усилий керамического образца включает неподвижный элемент, установленный на опорной плите, и подвижный элемент, установленный с возможностью перемещения по вертикали. Неподвижный элемент выполнен в виде цилиндра со сквозным отверстием прямоугольного сечения вдоль вертикальной оси и отверстием квадратного сечения в его боковой поверхности, а подвижный элемент выполнен с поперечным сечением в виде прямоугольника, площадь которого соответствует площади поперечного сечения сквозного отверстия неподвижного элемента и равна половине площади поперечного сечения испытуемого образца.A device for determining the destructive shear forces of a ceramic sample includes a fixed element mounted on a base plate and a movable element mounted to move vertically. The fixed element is made in the form of a cylinder with a rectangular through hole along the vertical axis and a square hole in its side surface, and the movable element is made with a cross section in the form of a rectangle, the area of which corresponds to the cross-sectional area of the through hole of the fixed element and is equal to half the cross-sectional area test sample.

Предлагаемое приспособление имеет простую конструкцию, состоящую из неподвижного и подвижного элементов, и также позволяет определять сдвиговую прочность керамических образцов кубической формы без вырезов. 3 ил.

The proposed device has a simple design, consisting of fixed and movable elements, and also allows you to determine the shear strength of cubic ceramic samples without cutouts. 3 ill.

Description

Известно устройство для определения сдвиговой прочности композиционных материалов. Установка представляет собой оснастку, которая имеет паз для фиксации образца при испытании и отверстие, которое обеспечивает выдавливание с противоположной стороны части материала цилиндрическим индентором (Орешко Е.И. Определение сдвиговой прочности полимерных композиционных материалов при индентировании [Текст] / Е.И. Орешко, B.C. Ерасов, Д.А. Уткин, Н.О. Яковлев // Механика композиционных материалов и конструкций. - 2021. - №1. - С. 73-88).A device for determining the shear strength of composite materials is known. The installation is a tooling that has a groove for fixing the sample during testing and a hole that provides extrusion from the opposite side of a part of the material with a cylindrical indenter (Oreshko E.I. Determination of the shear strength of polymer composite materials during indentation [Text] / E.I. Oreshko, V. S. Erasov, D. A. Utkin, N. O. Yakovlev // Mechanics of Composite Materials and Structures - 2021. - No. 1. - P. 73-88).

Недостатком данного устройства является то, что оно предназначено для испытания вытянутых образцов, изготовленных в форме пластин с толщиной до 2 мм, и требует набора статистических данных по количеству испытаний.The disadvantage of this device is that it is intended for testing elongated samples made in the form of plates with a thickness of up to 2 mm, and requires a set of statistical data on the number of tests.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому приспособлению является выбранная в качестве прототипа установка для определения межслойной прочности при сдвиге, состоящая из асимметричной четырехточечной изгибающей установки. Устройство состоит из неподвижного элемента, установленного на опорной плите, и подвижного элемента, способного перемещаться по вертикали с помощью жесткого стержня с линейным роликоподшипником. Подвижный элемент крепится к захвату испытательной машины. (ГОСТ Р 57744-2017. КОМПОЗИТЫ КЕРАМИЧЕСКИЕ. Определение межслойной прочности при сдвиге при нормальной температуре методом испытания на сжатие образца с двойным надрезом или методом Йосипеску: дата введения 2018-02-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию. - Изд. официальное. - Москва: Стандартинформ, 2017. - 20 с.).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed device is the installation chosen as a prototype for determining the interlaminar shear strength, consisting of an asymmetric four-point bending installation. The device consists of a fixed element mounted on a base plate and a movable element capable of moving vertically by means of a rigid rod with a linear roller bearing. The movable element is attached to the grip of the testing machine. (GOST R 57744-2017. CERAMIC COMPOSITES. Determination of interlaminar shear strength at normal temperature by the double notch compression test or the Josipescu method: introduction date 2018-02-01 / Federal Agency for Technical Regulation. - Official ed. - Moscow: Standartinform, 2017. - 20 p.).

Недостатком указанной установки является то, что для определения межслойной прочности при сдвиге керамических композитов требуется изготовление образцов сложной конфигурации с двойным V-образным надрезом. Кроме того, для испытаний необходимо использовать универсальную по ГОСТ 28840 (растяжение, сжатие, изгиб) испытательную машину, обеспечивающую сжатие образца с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата. По действующему ГОСТ Р 57744-2017 для определения сдвиговой прочности образцов кроме универсальной испытательной машины требуется специальное фиксирующее устройство, состоящее из левого и правого зажимов с регулируемыми винтами, неподвижного и подвижного элементов и жесткого стержня.The disadvantage of this setup is that to determine the interlaminar shear strength of ceramic composites requires the manufacture of samples of complex configuration with a double V-shaped notch. In addition, for testing it is necessary to use a universal testing machine according to GOST 28840 (tensile, compression, bending), which provides compression of the sample with a given constant speed of movement of the active grip. According to the current GOST R 57744-2017, to determine the shear strength of samples, in addition to the universal testing machine, a special fixing device is required, consisting of left and right clamps with adjustable screws, fixed and movable elements and a rigid rod.

Существующая проблема решается тем, что приспособление для определения разрушающих сдвиговых усилий керамического образца, включающее неподвижный элемент, установленный на опорной плите, и подвижный элемент, установленный с возможностью перемещения по вертикали, согласно полезной модели неподвижный элемент выполнен в виде цилиндра со сквозным отверстием прямоугольного сечения вдоль вертикальной оси и отверстием квадратного сечения в его боковой поверхности, а подвижный элемент выполнен с поперечным сечением в виде прямоугольника, площадь которого соответствует площади поперечного сечения сквозного отверстия неподвижного элемента и равна половине площади поперечного сечения испытуемого образца.The existing problem is solved by the fact that a device for determining the destructive shear forces of a ceramic sample, including a fixed element mounted on a base plate, and a movable element mounted with the ability to move vertically, according to the utility model, the fixed element is made in the form of a cylinder with a through hole of rectangular cross section along vertical axis and a square hole in its side surface, and the movable element is made with a cross-section in the form of a rectangle, the area of which corresponds to the cross-sectional area of the through hole of the fixed element and is equal to half the cross-sectional area of the test sample.

Предлагаемое приспособление имеет простую конструкцию, состоящую из неподвижного и подвижного элементов, и также позволяет определять сдвиговую прочность керамических образцов кубической формы без вырезов.The proposed device has a simple design, consisting of fixed and movable elements, and also allows you to determine the shear strength of cubic ceramic samples without cutouts.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемой полезной модели, позволяет за счет наличия сквозного отверстия прямоугольного сечения вдоль вертикальной оси и предусмотренного отверстия квадратного сечения в боковой поверхности неподвижного элемента, изготавливать для испытаний образцы простой конфигурации в виде куба. А выполнение подвижного элемента с поперечным сечением в виде прямоугольника, площадь которого соответствует площади поперечного сечения сквозного отверстия неподвижного элемента и равна половине площади поперечного сечения испытуемого образца, позволяет использовать, для испытаний прочности материала при сдвиге, такие образцы кубической формы, аналогичные испытаниям при сжатии материала, а также использовать обычное прессовое оборудование, применяемое при сжатии образцов.The technical result obtained by using the proposed utility model makes it possible, due to the presence of a through hole of a rectangular cross section along the vertical axis and the provided hole of a square cross section in the side surface of the fixed element, to produce samples of a simple configuration in the form of a cube for testing. And the implementation of a movable element with a cross-section in the form of a rectangle, the area of \u200b\u200bwhich corresponds to the cross-sectional area of the through hole of the fixed element and is equal to half the cross-sectional area of the test sample, allows you to use, for testing the strength of the material in shear, such cubic samples, similar to tests in compression of the material , as well as to use the usual pressing equipment used for compressing samples.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, гдеThe proposed utility model is illustrated in the drawing, where

на фиг. 1 изображен общий вид приспособления; in fig. 1 shows a general view of the device;

на фиг. 2 - разрез приспособления по вертикали; in fig. 2 - vertical section of the device;

на фиг. 3 - аксонометрическая проекция керамического образца для испытаний, где показаны вертикальное сечение (площадь среза образца) и направление приложения нагрузки.in fig. 3 is an axonometric view of a ceramic test specimen, showing the vertical section (sectional area of the specimen) and the direction of application of the load.

Приспособление для определения разрушающих сдвиговых усилий в керамических образцах состоит из неподвижного элемента 1 (матрица), выполненного в виде цилиндра со сквозным отверстием прямоугольного сечения вдоль вертикальной оси, и подвижного элемента 2 (пуансон), выполненного с поперечным сечением в виде прямоугольника, площадь которого соответствует площади поперечного сечения сквозного отверстия неподвижного элемента 1. Матрица имеет два отверстия: первое - сквозное отверстие вдоль вертикальной оси цилиндра предназначено для перемещения пуансона 2; второе - отверстие, выполненное в боковой поверхности цилиндра, предназначено для установки испытуемого образца 3. Отверстие имеет квадратное сечение, соответствующее сечению испытуемого образца.A device for determining destructive shear forces in ceramic samples consists of a fixed element 1 (matrix), made in the form of a cylinder with a rectangular through hole along the vertical axis, and a movable element 2 (punch), made with a cross section in the form of a rectangle, the area of which corresponds to the cross-sectional area of the through hole of the fixed element 1. The matrix has two holes: the first - a through hole along the vertical axis of the cylinder is designed to move the punch 2; the second - a hole made in the side surface of the cylinder, designed to install the test sample 3. The hole has a square section corresponding to the cross section of the test sample.

Определение сдвиговых усилий с использованием разработанного приспособления проводится следующим образом.Determination of shear forces using the developed device is carried out as follows.

Предварительно осуществляется смазка пуансона 2 и матрицы 1 для предотвращения их поломки, снижения сил трения между ними и более плавного хода пуансона 2. Испытуемый образец 3 в форме куба, поперечное сечение которого соответствует квадратному сечению отверстия в боковой поверхности матрицы, устанавливается в него до упора во внутреннюю стенку цилиндрической матрицы 1. После установки образца 3 вводится пуансон 2. Собранное приспособление устанавливается на опорную плиту лабораторного пресса. Верхняя плита пресса плавно опускается до прямого соприкосновения с пуансоном 2 вплоть до отсутствия зазора между ними. Во время испытания под действием плиты пресса пуансон 2 опускается и давит на половину площади поперечного сечения образца, обеспечивая перемещение одной его половины (подвижной) относительно другой (неподвижной), зафиксированной в стенке матрицы 1, вдоль оси симметрии образца 3 параллельно его грани. В результате на образец 3 прикладывается усилие, моделирующее испытание прочности при сдвиге образца.Punch 2 and die 1 are preliminarily lubricated to prevent their breakage, reduce the friction forces between them and make punch 2 run smoother. the inner wall of the cylindrical die 1. After installing the sample 3, the punch 2 is inserted. The assembled fixture is installed on the base plate of the laboratory press. The upper platen of the press is smoothly lowered to direct contact with the punch 2 until there is no gap between them. During the test, under the action of the press plate, punch 2 is lowered and presses on half of the cross-sectional area of the sample, ensuring the movement of one of its half (movable) relative to the other (fixed), fixed in the wall of matrix 1, along the axis of symmetry of sample 3 parallel to its face. As a result, a force is applied to sample 3 simulating the shear strength test of the sample.

При проведении испытания определяется разрушающее сдвиговое усилие пресса, прикладываемое на образец. Далее по формуле (1) вычисляется предел прочности при сдвиге образца

During the test, the destructive shear force of the press applied to the sample is determined. Further, according to formula (1), the ultimate shear strength of the sample is calculated

где F - разрушающее сдвиговое усилие пресса, кгс;where F is the destructive shear force of the press, kgf;

А - площадь среза образца (вертикального сечения, параллельного оси прикладываемого усилия пресса, согласно фиг. 3), см².A is the cut area of the sample (vertical section parallel to the axis of the applied force of the press, according to Fig. 3), cm ² .

Достоверность полученных результатов обусловлена набором статистических данных при испытании керамических образцов и повторяемостью (сходимостью) результатов испытания.The reliability of the obtained results is due to the set of statistical data when testing ceramic samples and the repeatability (convergence) of the test results.

Предлагаемое приспособление позволяет определить разрушающие сдвиговые усилия в керамических образцах и полученные с помощью заявляемого приспособления данные использовать в технологии производства изделий строительной керамики для оценки механической прочности керамических материалов.The proposed device allows you to determine the destructive shear forces in ceramic samples and use the data obtained using the proposed device in the production technology of building ceramics to assess the mechanical strength of ceramic materials.

Claims

A device for determining the destructive shear forces of a ceramic sample, including a fixed element and a movable element mounted for movement along the vertical, characterized in that the fixed element is made in the form of a cylinder with a rectangular through hole along the vertical axis and a square hole in its side surface, and the movable element is installed in the through hole of the fixed element and is made with a cross-section in the form of a rectangle, the area of which is equal to half the cross-sectional area of the sample.