RU214817U9

RU214817U9 - Tensile test device

Info

Publication number: RU214817U9
Application number: RU2022113256U
Authority: RU
Inventors: Станислав Николаевич Мольцен; Андрей Владимирович Кравченко
Original assignee: Соколов Иван Юрьевич
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2022-12-16

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для исследования прочностных свойств и стойкости твердых материалов и может быть использована для испытания материалов под напряжением в агрессивных средах. Устройство содержит две балки 1 и 2. Балка 1 установлена на оси 3 поворота с образованием двуплечего рычага, на одном плече а которого выполнен захват 4 для образца 5, а на втором плече б - узел приложения растягивающей нагрузки к образцу 5. Вторая балка 2 установлена на оси 3 поворота с образованием двуплечего рычага, на одном плече в которого выполнен захват 6 для образца 5, а на втором плече г - узел приложения растягивающей нагрузки к образцу 5. Балки 1 и 2 выполнены упруго деформируемыми, а узел приложения к образцу растягивающей нагрузки выполнен в виде винтового механизма - болта 7 и гайки 8. Упрощается конструкция, расширяются технические возможности за счет обеспечения проведения испытания образца в агрессивной среде, а также повышается точность создаваемого напряжения на образец за счет обеспечения возможности растяжения образца без изгиба при его испытании в агрессивной среде. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

The utility model relates to devices for studying the strength properties and resistance of solid materials and can be used to test materials under stress in aggressive environments. The device contains two beams 1 and 2. Beam 1 is installed on the axis 3 of rotation with the formation of a two-arm lever, on one arm a of which there is a grip 4 for sample 5, and on the second arm b - a node for applying a tensile load to the sample 5. The second beam 2 is installed on the axis 3 of rotation with the formation of a two-arm lever, on one arm in which a grip 6 is made for sample 5, and on the second arm d - a node for applying a tensile load to the sample 5. Beams 1 and 2 are made elastically deformable, and the node for applying a tensile load to the sample made in the form of a screw mechanism - a bolt 7 and a nut 8. The design is simplified, technical capabilities are expanded by ensuring that the sample is tested in an aggressive environment, and the accuracy of the stress created on the sample is also increased by providing the possibility of stretching the sample without bending when it is tested in an aggressive environment . 4 w.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам для исследования прочностных свойств и стойкости твердых материалов путем приложения к ним механических усилий для создания контролируемого напряженного состояния и может быть использована для испытания материалов под напряжением в агрессивных средах.The utility model relates to devices for studying the strength properties and resistance of solid materials by applying mechanical forces to them to create a controlled stress state and can be used to test materials under stress in aggressive environments.

Известно устройство для испытания образцов материалов на растяжение, описанное в способе испытания образцов строительных материалов на растяжение (патент RU №2001383 С1, МПК C01N 3/08, опубл. 1993 г.), содержащее две балки, одна из которых установлена на опоре - оси поворота с образованием двуплечего рычага, на одном плече которого выполнен захват для образца, а на втором узел приложения растягивающей нагрузки к образцу в виде платформы для тарированных грузов.A device for testing samples of materials in tension is known, described in the method of testing samples of building materials in tension (patent RU No. 2001383 C1, IPC C01N 3/08, publ. 1993), containing two beams, one of which is mounted on a support - axis rotation with the formation of a two-arm lever, on one arm of which a grip for the sample is made, and on the second a node for applying a tensile load to the sample in the form of a platform for calibrated loads.

Недостатком такого устройства является неудобство в эксплуатации, что объясняется сложностью конструкции и необходимостью горизонтального позиционирования платформы для тарированных грузов, а также - ограниченные технические возможности устройства, т.к. невозможно проводить испытания образца в агрессивной среде.The disadvantage of such a device is the inconvenience in operation, which is explained by the complexity of the design and the need for horizontal positioning of the platform for calibrated cargo, as well as the limited technical capabilities of the device, because it is impossible to test the sample in an aggressive environment.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является устройство для испытания образцов материалов на растяжение, описанное в способе испытания образцов строительных материалов на растяжение (патент RU №2544299 С1, МПК C01N 3/08 (2006/01), опубл. 2015 г.), содержащее две балки, одна из которых установлена на опоре - оси поворота с образованием двуплечего рычага, на одном плече которого выполнен захват для образца, а на втором узел приложения растягивающей нагрузки к образцу, состоящее из стойки, упругого элемента, второй стойки, винта и второго упругого элемента - компенсатора.Closest to the claimed and accepted as a prototype is a device for testing samples of materials in tension, described in the method of testing samples of building materials in tension (patent RU No. 2544299 C1, IPC C01N 3/08 (2006/01), publ. 2015 ), containing two beams, one of which is mounted on a support - the axis of rotation with the formation of a two-arm lever, on one arm of which a grip for the sample is made, and on the second a node for applying a tensile load to the sample, consisting of a rack, an elastic element, a second rack, a screw and the second elastic element - compensator.

Такая конструкция позволяет несколько повысить удобство эксплуатации за счет возможности проведения испытаний при любом угловом положении устройства, однако сложна его конструкция и ограничены технические возможности, т. к. невозможно проводить испытания образца в агрессивной среде из-за изменения механических характеристик или разрушения упругих элементов от воздействия агрессивной среды.This design makes it possible to slightly increase the convenience of operation due to the possibility of testing at any angular position of the device, however, its design is complicated and technical capabilities are limited, since it is impossible to test the sample in an aggressive environment due to changes in mechanical characteristics or destruction of elastic elements from impact aggressive environment.

Задачей заявляемой полезной модели и техническим результатом является упрощение конструкции, расширение технических возможностей за счет обеспечения проведения испытания образца в агрессивной среде и повышение точности создаваемого напряжения на образец за счет обеспечения возможности растяжения образца без изгиба при его испытании в агрессивной среде.The objective of the claimed utility model and the technical result is to simplify the design, expand technical capabilities by ensuring that the sample is tested in an aggressive environment and increase the accuracy of the stress created on the sample by providing the possibility of stretching the sample without bending when it is tested in an aggressive environment.

Указанный технический результат достигается усовершенствованием устройства для испытания образцов материалов на растяжение, содержащего две балки, одна из которых установлена на опоре с образованием двуплечего рычага, на одном плече которого выполнен захват для образца, а на втором - узел приложения растягивающей нагрузки к образцу.The specified technical result is achieved by improving the device for testing samples of materials in tension, containing two beams, one of which is mounted on a support with the formation of a two-arm lever, on one arm of which a grip for the sample is made, and on the second - a unit for applying a tensile load to the sample.

Это усовершенствование состоит в том, что вторая балка установлена на опоре с образованием двуплечего рычага, на одном плече которого выполнен захват для образца, при этом балки выполнены упругодеформируемыми, а узел приложения к образцу растягивающей нагрузки выполнен в виде винтового механизма.This improvement consists in the fact that the second beam is mounted on a support with the formation of a two-arm lever, on one arm of which a grip for the sample is made, while the beams are made elastically deformable, and the unit for applying the tensile load to the sample is made in the form of a screw mechanism.

Такое конструктивное выполнение устройства позволяет упростить конструкцию за счет исключения использования упругих элементов для приложения растягивающей нагрузки, расширить технические возможности за счет обеспечения проведения испытания образца в агрессивной среде и повысить точность испытания в агрессивной среде за счет обеспечения возможности растяжения образца без изгиба и замера расстояния между контрольными плоскостями растягиваемых образцов (например, торцами).Such a design of the device makes it possible to simplify the design by eliminating the use of elastic elements for applying a tensile load, expand the technical capabilities by ensuring that the sample is tested in an aggressive environment, and improve the accuracy of testing in an aggressive environment by providing the possibility of stretching the sample without bending and measuring the distance between the control planes of tensile specimens (for example, ends).

Кроме того, суммарная величина упругой деформации балок в направлении оси образца превышает заданную величину удлинения испытуемого образца при растяжении, что обеспечивает в случае его удлинения и/или растрескивания сохранение нагрузки, постоянный контакт захватов с торцами образца и исключает изгиб образца при приложении нагрузки.In addition, the total value of the elastic deformation of the beams in the direction of the sample axis exceeds the specified value of the elongation of the test sample in tension, which ensures that, in the event of its elongation and/or cracking, the load is maintained, the grips are in constant contact with the ends of the sample, and the sample is not bent when the load is applied.

Кроме того, опора может быть выполнена в виде оси поворота балок - вариант простой конструкции, обеспечивающей надежное приложение растягивающей нагрузки к образцу.In addition, the support can be made in the form of an axis of rotation of the beams - a variant of a simple design that ensures reliable application of a tensile load to the sample.

Кроме того, обе балки могут быть установлены на одной общей оси поворота, что повышает точность испытания за счет одинаковой деформации балок и одинакового приложения растягивающей нагрузки к обоим торцам образца.In addition, both beams can be installed on the same common axis of rotation, which increases the accuracy of the test due to the same deformation of the beams and the same application of tensile load to both ends of the sample.

Кроме того, опора балок может быть выполнена в виде винтовой пары - вариант простой конструкции, обеспечивающей надежное приложение растягивающей нагрузки к образцу и упругой деформации балок.In addition, the support of the beams can be made in the form of a screw pair - a variant of a simple design that ensures reliable application of a tensile load to the sample and elastic deformation of the beams.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежом, на которомThe claimed utility model is illustrated by a drawing, on which

на фиг. 1 изображено заявляемое устройство с опорой в виде оси поворота балок; in fig. 1 shows the claimed device with a support in the form of an axis of rotation of the beams;

на фиг. 2 - устройство в положении приложения нагрузки к образцу (пунктирной линией условно показано положение балок при упругой деформации); in fig. 2 - device in the position of applying the load to the sample (the dotted line conditionally shows the position of the beams under elastic deformation);

на фиг. 3 - заявляемое устройство с опорой в виде винтовой пары.in fig. 3 - the claimed device with a support in the form of a screw pair.

Устройство для испытания образца материала на растяжение содержит две балки 1 и 2. Балка 1 установлена на оси 3 поворота с образованием двуплечего рычага, на одном плече а которого выполнен захват 4 для образца 5, а на втором плече б - узел приложения растягивающей нагрузки к образцу 5. Вторая балка 2 установлена на оси 3 поворота с образованием двуплечего рычага, на одном плече в которого выполнен захват 6 для образца 5, а на втором плече г - узел приложения растягивающей нагрузки к образцу 5. Балки 1 и 2 выполнены упругодеформируемыми из резистентной в модельной среде стали (например, специальным образом закаленная и высоко отпущенная коррозионно-стойкая сталь 30X13 с твердостью не более 22HRC), а узел приложения к образцу растягивающей нагрузки выполнен в виде винтового механизма - болта 7 и гайки 8. В приведенном варианте суммарная величина n упругой деформации балок 1 и 2 в направлении оси образца (относительного перемещения захватов 4 и 6 образца 5 при упругой деформации балок 1 и 2) превышает заданную величину удлинения k испытуемого образца 5 при растяжении. Обе балки 1 и 2 установлены на одной общей оси 3 поворота. В приведенном на фиг. 3 варианте опора балок выполнена в виде винтовой пары с винтом 9 и гайкой 10.The device for testing a sample of material in tension contains two beams 1 and 2. Beam 1 is installed on the axis 3 of rotation with the formation of a two-arm lever, on one arm a of which a grip 4 for sample 5 is made, and on the second arm b - a unit for applying a tensile load to the sample 5. The second beam 2 is installed on the axis 3 of rotation with the formation of a two-arm lever, on one arm in which a grip 6 is made for the sample 5, and on the second arm d there is a node for applying a tensile load to the sample 5. Beams 1 and 2 are made elastically deformable from resistant to steel model medium (for example, specially hardened and highly tempered 30X13 corrosion-resistant steel with a hardness of not more than 22HRC), and the unit for applying the tensile load to the sample is made in the form of a screw mechanism - bolt 7 and nut 8. In the above embodiment, the total value of n elastic deformation of beams 1 and 2 in the direction of the sample axis (relative displacement of grips 4 and 6 of sample 5 during elastic deformation of beams 1 and 2) exceeds the predetermined elongation k of the test piece 5 in tension. Both beams 1 and 2 are installed on the same common axis 3 of rotation. In FIG. 3, the support of the beams is made in the form of a screw pair with a screw 9 and a nut 10.

Заявляемое устройство используют следующим образом.The claimed device is used as follows.

Изготавливают группу испытательных образцов 5 из одного материала, одной ориентации выборки, одинакового состояния и обработки. На нескольких образцах определяют механические свойства (пределы прочности, текучести, условный предел текучести) и данные напряжение-растяжение. При необходимости задания растягивающих напряжений в виде доли от условного предела текучести допустимо не проводить дополнительных испытаний для определения механических свойств и данных напряжение-растяжение. Образец 5 с известными механическими свойствами и данными напряжение-растяжение устанавливают в захватах 4 и 6. По известным данным напряжение-растяжение выполняют пересчет относительного и абсолютного растяжения, а для наведения напряжения долей от условного предела текучести удлинение определяется этой же долей от базы расчета (например, е=0.2%, а напряжение -80% от условного предела текучести, тогда относительное удлинение рабочей части образца для наведения этого напряжения 0,2⋅80/100=0,16%), на испытываемый образец, учитывая его реальные размеры, в т. ч. длину рабочих частей, и контролируют длину (расстояние между торцами) или величину k - растяжения образца 5. вращая гайку 8 относительно болта 7, к образцу 5 прикладывают растягивающую нагрузку, растягивая образец 5 на заранее рассчитанное абсолютное и/или относительное удлинение. При этом за счет упругой деформации балок 1 и 2 обеспечивается растяжение образца 5 без изгиба, что необходимо для повышения точности испытаний. За счет того, что величина деформации балок 1 и 2 превышает заданную величину удлинения k испытуемого образца 5 длиной L₀ в направлении оси образца, при растяжении обеспечивается постоянный контакт захватов 4 и 6 с торцами образца 5 и исключается изгиб образца 5 при приложении нагрузки. Упругодеформированные балки обеспечивают сохранение растягивающих напряжений даже при удлинении образца при его возможном растрескивании. Статически растянутый образец 5, установленный в заявляемом устройстве, помещают в агрессивную среду для проведения испытаний (например, для определения времени до растрескивания под напряжением при воздействии агрессивной среды). После окончания испытаний устройство с растянутым образцом 5 извлекают из агрессивной среды, ослабляют гайку 8, перемещая по болту 7, и извлекают образец 5. В случае отсутствия критических повреждений в виде трещин образца в течение срока испытания (например, 720 часов) делается вывод о стойкости материала в модельной среде, например, к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением. В варианте конструкции (фиг. 3) необходимую упругую деформацию балок при приложении к образу растягивающей нагрузки задают перемещением гайки 10 по винту 9.Make a group of test pieces 5 from the same material, the same sample orientation, the same condition and processing. On several samples, mechanical properties (tensile strength, yield strength, conditional yield strength) and stress-tensile data are determined. If it is necessary to specify tensile stresses as a fraction of the conditional yield strength, it is permissible not to conduct additional tests to determine the mechanical properties and stress-tensile data. Sample 5 with known mechanical properties and stress-tension data is set in grips 4 and 6. According to the known stress-tension data, the relative and absolute stretching is recalculated, and to induce stress in fractions of the conditional yield strength, the elongation is determined by the same fraction from the calculation base (for example , e = 0.2%, and the stress is -80% of the conditional yield strength, then the relative elongation of the working part of the sample for inducing this stress is 0.2⋅80/100=0.16%), on the test sample, taking into account its real dimensions, in including the length of the working parts, and control the length (distance between the ends) or the value k - stretching of the sample 5. By rotating the nut 8 relative to the bolt 7, a tensile load is applied to the sample 5, stretching the sample 5 by a pre-calculated absolute and / or relative elongation . In this case, due to the elastic deformation of the beams 1 and 2, the sample 5 is stretched without bending, which is necessary to improve the accuracy of the tests. Due to the fact that the value of the deformation of the beams 1 and 2 exceeds the specified value of the elongation k of the test sample 5 of length L ₀ in the direction of the axis of the sample, during tension, constant contact of the grips 4 and 6 with the ends of the sample 5 is ensured and bending of the sample 5 is excluded when the load is applied. Elastically deformed beams ensure the preservation of tensile stresses even when the sample is elongated with its possible cracking. A statically stretched sample 5 installed in the claimed device is placed in an aggressive environment for testing (for example, to determine the time to stress cracking when exposed to an aggressive environment). After the end of the tests, the device with the stretched sample 5 is removed from the aggressive environment, the nut 8 is loosened by moving it along the bolt 7, and the sample 5 is removed. material in a simulated environment, such as sulfide stress corrosion cracking. In the design variant (Fig. 3), the necessary elastic deformation of the beams when a tensile load is applied to the image is set by moving the nut 10 along the screw 9.

Таким образом, использование заявляемой упрощенной конструкции расширяет технические возможности за счет обеспечения проведения испытания образца в агрессивной среде, в том числе при повышенных давлениях и температурах, и повышает точность испытания за счет обеспечения возможности растяжения образца без изгиба при его испытании в агрессивной среде.Thus, the use of the proposed simplified design expands the technical capabilities by ensuring that the sample is tested in an aggressive environment, including at elevated pressures and temperatures, and improves the accuracy of the test by providing the possibility of stretching the sample without bending when it is tested in an aggressive environment.

Claims

1. A device for testing a material sample for tension, containing two beams, one of which is mounted on a support to form a two-arm lever, on one arm of which a grip for the sample is made, and on the second - a node for applying a tensile load to the sample, characterized in that the second the beam is mounted on a support to form a two-arm lever, on one arm of which a grip for the sample is made, while the beams are made elastically deformable, and the node for applying the tensile load to the sample is made in the form of a screw mechanism.

2. The device according to claim. 1, characterized in that the total value of the elastic deformation of the beams in the direction of the axis of the sample exceeds the specified value of elongation of the test sample in tension.

3. The device according to claim. 1, characterized in that the support is made in the form of an axis of rotation of the beams.

4. The device according to claim 3, characterized in that both beams are mounted on the same common axis of rotation.

5. The device according to claim 1, characterized in that the support of the beams is made in the form of a screw pair.