RU2315962C2 - Device for determining internal stresses and crack resistance of materials - Google Patents

Device for determining internal stresses and crack resistance of materials Download PDF

Info

Publication number
RU2315962C2
RU2315962C2 RU2005129572/28A RU2005129572A RU2315962C2 RU 2315962 C2 RU2315962 C2 RU 2315962C2 RU 2005129572/28 A RU2005129572/28 A RU 2005129572/28A RU 2005129572 A RU2005129572 A RU 2005129572A RU 2315962 C2 RU2315962 C2 RU 2315962C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stresses
side plates
grips
sample
temperature
Prior art date
Application number
RU2005129572/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005129572A (en
Inventor
Борис Григорьевич Печеный
Савва Викторович Скориков
Елена Алексеевна Данильян
Анатолий Иванович Ещенко
Владимир Григорьевич Шевченко
Юрий Павлович Тыртышов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет"
Общество с ограниченной ответственностью "Комплект"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет", Общество с ограниченной ответственностью "Комплект" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет"
Priority to RU2005129572/28A priority Critical patent/RU2315962C2/en
Publication of RU2005129572A publication Critical patent/RU2005129572A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2315962C2 publication Critical patent/RU2315962C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: crack resistance testing of materials.
SUBSTANCE: device comprises specimen holder that has grips and side plates, automatic system for recording stresses by means of strain gages and thermocouples, and specimen of material. In addition, the device has two face plates. The side plates and grips are interposed between the face plates. The grips are made of a material whose thermal coefficient of linear expansion is higher than that of the side plates, and their temperature dependencies are mutually proportional.
EFFECT: enhanced precision.
4 dwg

Description

Изобретение относится к области испытаний материалов на трещиностойкость при действии структурных и температурных усадочных напряжений и старения.The invention relates to the field of testing materials for crack resistance under the influence of structural and temperature shrink stresses and aging.

Известно автоматическое устройство для определения напряжений, деформаций и температур растрескивания материалов УОНДА 1420, позволяющее определять структурные и температурные напряжения и температуру растрескивания защемленного по концам образца [Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции. - М.: Химия. - 1990. - 256 с.]. Однако это устройство сложно по конструкции, из-за больших размеров испытуемого образца необходимо его продолжительное термостатирование или медленное охлаждение (нагревание), что обуславливает большую продолжительность испытания. Недостатком известного устройства является также то, что на нем нельзя проводить испытания материалов, например, в виде листов или в пленочном состоянии с сохранением структуры, образовавшейся в них в процессе старения. Образцы для испытаний в известном устройстве изготавливают отдельно, что не позволяет зафиксировать структурные усадочные напряжения, которые возникают в материалах при их изготовлении или старении. Кроме того, использование кварцевого стержня, термический коэффициент линейного расширения которого не равен 0, приводит к получению относительных показателей температурных напряжений и трещиностойкости материалов.Known automatic device for determining stresses, strains and cracking temperatures of materials UONDA 1420, which allows to determine structural and temperature stresses and cracking temperature of the sample clamped at the ends [Pecheny B.G. Bitumens and bitumen compositions. - M .: Chemistry. - 1990. - 256 p.]. However, this device is difficult in design, because of the large size of the test sample, it is necessary to continue thermostating or slow cooling (heating), which leads to a longer test duration. A disadvantage of the known device is that it can not be tested materials, for example, in the form of sheets or in a film state with preservation of the structure formed in them during aging. Test samples in the known device are manufactured separately, which does not allow to fix the structural shrink stresses that occur in the materials during their manufacture or aging. In addition, the use of a quartz rod, the thermal coefficient of linear expansion of which is not equal to 0, leads to relative temperature stresses and fracture toughness of materials.

Известно также устройство для измерения термических напряжений в структуре бетона [Заявка на патент US 201049968 А1, кл. G01L 1/22, опубл. 13.12.2001], включающее образец бетона, расположенный в форме, ограниченной захватами и боковыми пластинами, расположенными между захватами. Для имитирования деформаций сжатия в бетоне боковые пластины выполнены из металла, термический коэффициент линейного расширения которого меньше, чем у бетона (инвара), а для имитирования деформаций растяжения в бетоне боковые пластины выполнены из металла, термический коэффициент линейного расширения которого больше, чем у бетона (алюминия). Недостатком известного устройства является получение относительных показателей напряжений в испытуемых образцах в связи с тем, что схема испытаний в устройстве бетона не моделирует реальные условия нагружения материалов, которые имеют место в практике, например бетонные или асфальтобетонные и другие покрытия при полном ограничении деформирования материала при структурной и/или температурной усадке.A device for measuring thermal stresses in the structure of concrete is also known [Patent application US 201049968 A1, cl. G01L 1/22, publ. 12/13/2001], including a concrete sample located in a mold limited to grippers and side plates located between the grippers. To simulate compression deformations in concrete, the side plates are made of metal, the thermal coefficient of linear expansion of which is less than that of concrete (Invar), and to simulate tensile deformations in concrete, the side plates are made of metal, the thermal coefficient of linear expansion of which is greater than concrete ( aluminum). A disadvantage of the known device is to obtain relative stress indicators in the test samples due to the fact that the test scheme in the concrete device does not simulate the actual loading conditions of materials that occur in practice, for example, concrete or asphalt concrete and other coatings with a complete restriction of material deformation with structural and / or temperature shrinkage.

Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей устройства вследствие обеспечения испытания материалов по схеме защемленного по концам образца при действии структурных внутренних напряжений, температурных внутренних напряжений и старения - каждого в отдельности или при любом их сочетании.The technical result of the invention is the expansion of the functionality of the device due to the testing of materials according to the scheme of the sample clamped at the ends under the influence of structural internal stresses, temperature internal stresses and aging - each individually or in any combination thereof.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее образец, захваты и боковые пластины, дополнительно введены две поперечные пластины, между которыми расположены захваты, образец и боковые пластины. Захваты в предлагаемом устройстве выполнены из материала, термический коэффициент линейного расширения которого в рабочем диапазоне температур больше, чем термический коэффициент линейного расширения материала боковых пластин, а их температурные зависимости пропорциональны. При этом длина захвата l, его термический коэффициент линейного расширения α, длина боковой пластины l1, ее термический коэффициент линейного расширения α1 связаны соотношением: 2·l·α=l1·α1. При этом термическое расширение (сужение) захватов полностью компенсирует расширение (сужение) боковых пластин. Этим обеспечивается постоянство длины защемленного в захватах образца при его охлаждении-нагревании, простота и точность определения температурных усадочных напряжений при охлаждении образца и его трещиностойкости от действия этих напряжений или при совместном действии структурных и температурных усадочных напряжений и/или старения.The specified technical result is achieved by the fact that in the known device containing the sample, grips and side plates, two transverse plates are additionally introduced, between which the grips, the sample and side plates are located. The grips in the proposed device are made of material, the thermal coefficient of linear expansion of which in the operating temperature range is greater than the thermal coefficient of linear expansion of the material of the side plates, and their temperature dependences are proportional. Moreover, the capture length l, its thermal coefficient of linear expansion α, the length of the side plate l 1 , its thermal coefficient of linear expansion α 1 are related by the relation: 2 · l · α = l 1 · α 1 . In this case, the thermal expansion (narrowing) of the grips completely compensates for the expansion (narrowing) of the side plates. This ensures the constancy of the length of the sample trapped in the grips during its cooling-heating, the simplicity and accuracy of determining the temperature shrink stresses during cooling of the sample and its crack resistance from the action of these stresses or under the combined action of structural and temperature shrink stresses and / or aging.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства. На фиг.2-4 показаны результаты испытаний цементных, бетонных и асфальтобетонных образцов в предложенном устройстве.Figure 1 shows a diagram of the proposed device. Figure 2-4 shows the test results of cement, concrete and asphalt concrete samples in the proposed device.

Устройство состоит из двух поперечных металлических пластин 1 и расположенных между ними двух боковых металлических пластин 2, которые по торцам связаны болтами 3. Внутри образовавшейся рамы к поперечным пластинам болтами 4 прикреплены два захвата 5. Испытуемый образец 6 по концам закреплен в захватах 5. На поверхности боковых пластин прикреплены тензодатчики 7, соединенные с регистрирующей системой сигналов 8, а на поверхности образца 6 прикреплена термопара 9, соединенная с регистрирующим прибором 10. Сигналы от тензодатчиков и термопар могут регистрироваться на двухкоординатных самописцах или поступать на компактные модульные системы сбора данных с выводом на компьютер.The device consists of two transverse metal plates 1 and two lateral metal plates 2 located between them, which are connected at the ends by bolts 3. Inside the frame, two grips 5 are attached to the transverse plates by bolts 4. The test sample 6 is fixed at the ends in grippers 5. On the surface load cells 7 are attached to the side plates, connected to the recording system of signals 8, and a thermocouple 9 is attached to the surface of the sample 6, connected to the recording device 10. The signals from the load cells and thermocouples could register on two-coordinate recorders or enter compact modular data collection systems with output to a computer.

В примере 1 представлено конструктивное решение предлагаемого устройства.Example 1 presents a constructive solution of the proposed device.

В качестве материала захватов используют алюминиевый сплав АЛ8, имеющий термический коэффициент линейного расширения α, равный 24,5·10-6. Длина захвата l принята равной 60 мм.As the material of the grippers using aluminum alloy AL8, having a thermal coefficient of linear expansion α equal to 24.5 · 10 -6 . The capture length l is taken equal to 60 mm.

В качестве материала боковых пластин используют сталь С300, имеющую термический коэффициент линейного расширения α1, равный 12·10-6.As the material of the side plates used steel C300 having a thermal coefficient of linear expansion α 1 equal to 12 · 10 -6 .

Длина боковой пластины l1, определенная по предложенному соотношению

Figure 00000002
, равна 245 мм. Ширина, толщина и высота захватов, толщина и высота боковых пластин, а также толщина, высота и длина поперечных пластин определяются из конструктивных соображений в зависимости от испытуемых материалов.The length of the side plate l 1 determined by the proposed ratio
Figure 00000002
equal to 245 mm. The width, thickness and height of the grips, the thickness and height of the side plates, as well as the thickness, height and length of the transverse plates are determined from design considerations depending on the materials being tested.

Устройство работает следующим образом. К боковым пластинам прикрепляют тензодатчики 7 и подключают к регистрирующей системе 8. Испытуемый образец 6 изготавливают в форме, образованной поперечными и боковыми пластинами и захватами устройства. На поверхности образца крепится термопара 9, связанная с регистрирующим прибором 10. Испытания производятся по следующим схемам:The device operates as follows. Strain gauges 7 are attached to the side plates and connected to the recording system 8. The test sample 6 is made in the form formed by the transverse and side plates and the grips of the device. A thermocouple 9 connected to the recording device 10 is attached to the surface of the sample. Tests are performed according to the following schemes:

1. Определение величины внутренних структурных усадочных напряжений и трещиностойкости образцов от этих напряжений. После изготовления или в процессе выдерживания образцов при тех или иных температурно-влажностных режимах записывается величина усилия в боковой пластине Рс, которое равно усилию в образце. Внутреннее структурное усадочное напряжение в испытываемом образце σc y площадью поперечного сечения F будет равным

Figure 00000003
. Трещиностойкость образца от структурных усадочных напряжений определяется по времени, после истечения которого образец растрескивается, что определяется по падению величины усилия в образце или визуально (фиг.2). На графике показано изменение структурных усадочных напряжений
Figure 00000004
в образцах из водоцементных образцов марки ПЦ 400-Д20 - 1 и марки ПЦ 500-Д0 - 2 в процессе твердения при 20±2°С в камере с влажностью 95±1%, tp - время твердения образца до растрескивания вследствие структурной усадки.1. Determination of the value of internal structural shrink stresses and crack resistance of samples from these stresses. After the manufacture or during the aging of the samples under certain temperature and humidity conditions, the force value in the side plate P c is recorded, which is equal to the force in the sample. The internal structural shrinkage stress in the test sample σ c y with a cross-sectional area F will be equal to
Figure 00000003
. The crack resistance of the sample from structural shrink stresses is determined by the time after which the sample cracks, which is determined by the drop in the magnitude of the force in the sample or visually (figure 2). The graph shows the change in structural shrink stress
Figure 00000004
in samples from water-cement samples of grade ПЦ 400-Д20 - 1 and grade ПЦ 500-Д0 - 2 during hardening at 20 ± 2 ° С in a chamber with humidity 95 ± 1%, t p is the curing time of the sample before cracking due to structural shrinkage.

2. Определение температурных усадочных напряжений и трещиностойкости образцов от действия этих напряжений производится в процессе охлаждения с заданной скоростью прибора с образцом и измерением усилий Рт с помощью наклеенных тензодатчиков на боковых пластинах, в зависимости от температуры, измеряемой с помощью термопары, наклеенной на образец. Внутреннее температурное усадочное напряжение σт у будет равно:

Figure 00000005
. Температура растрескивания от температурных напряжений образца Tp определяется при охлаждении по температуре, при которой разрушается образец, что фиксируется по падению усилия или визуально (фиг.3). На графике показана зависимость температурных усадочных напряжений σу т образцов бетона - 1 и асфальтобетона - 2 от температуры охлаждения Т, Тр - температура растрескивания образца.2. The determination of temperature shrink stresses and crack resistance of samples from the action of these stresses is carried out during cooling at a given speed of the device with the sample and the measurement of forces Р t using glued strain gauges on the side plates, depending on the temperature measured using a thermocouple glued to the sample. Internal thermal shrinkage stress σ y t will be:
Figure 00000005
. The cracking temperature from the temperature stresses of the sample T p is determined during cooling by the temperature at which the sample is destroyed, which is recorded by the drop in force or visually (Fig.3). The graph shows the dependence of the temperature shrinkage stresses σ for tons of concrete samples - 1 and asphalt concrete - 2 on the cooling temperature T, T p is the cracking temperature of the sample.

3. Определение внутренних напряжений и трещиностойкости образцов материалов при совместном действии структурных и температурных усадочных напряжений и старения производится в процессе выдерживания образцов в приборе при различных температурно-влажностных условиях и охлаждении, моделирующих эксплуатационные или ускоренные режимы старения. При этом замеряются усилия Р, время структурообразования или старения до растрескивания образца или температура растрескивания при охлаждении образца Тр т после истечения какого-то времени структурообразования или старения (фиг.4). На графике показано измерение внутренних усадочных напряжений σвн в образцах бетона - 1 и асфальтобетона - 2 в процессе выдерживания при 25°С в течение 20 сут и последующего охлаждения.3. The determination of internal stresses and crack resistance of material samples under the combined action of structural and temperature shrink stresses and aging is carried out during the aging of samples in the device under various temperature-humidity conditions and cooling, simulating operational or accelerated aging conditions. In this case, the forces P, the time of structure formation or aging before cracking of the sample, or the temperature of cracking during cooling of the sample T r t after some time of structure formation or aging are measured (FIG. 4), are measured. The graph shows the measurement of internal shrinkage stresses σnn in concrete samples - 1 and asphalt concrete - 2 during aging at 25 ° C for 20 days and subsequent cooling.

Использование устройства для определения внутренних напряжений и трещиностойкости материалов, в котором образец, захваты и боковые пластины расположены между поперечными пластинами и изготовлены из материалов, деформирование которых в рабочем интервале температур компенсирует друг друга, позволяет проводить испытания по идеальной схеме защемленного по концам образца.The use of a device for determining the internal stresses and crack resistance of materials in which the specimen, grips and side plates are located between the transverse plates and are made of materials whose deformation in the working temperature range cancels each other, allows testing according to the ideal design of the sample clamped at the ends.

Таким образом, применение заявленного устройства позволяет расширить функциональные возможности устройства вследствие обеспечения испытания материалов по схеме защемленного по концам образца при действии структурных внутренних напряжений, температурных внутренних напряжений и старения - каждого в отдельности или при любом их сочетании.Thus, the use of the claimed device allows you to expand the functionality of the device due to the testing of materials according to the scheme clamped at the ends of the sample under the action of structural internal stresses, internal temperature stresses and aging - each individually or in any combination thereof.

Claims (1)

Устройство для определения внутренних напряжений и трещиностойкости образцов материалов при действии усадочных структурных, температурных напряжений и/или старения, содержащее форму, включающую захваты и боковые пластины, автоматическую систему регистрации напряжений с использованием тензодатчиков и температур с использованием термопар, образец материала, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит две торцевые пластины, между которыми расположены боковые пластины и захваты, захваты выполнены из материала, термический коэффициент линейного расширения которого в рабочем диапазоне температур больше, чем термический коэффициент линейного расширения материала боковых пластин, а их температурные зависимости пропорциональны, при этом длина захвата l, его термический коэффициент линейного расширения α, длина боковой пластины l1, ее термический коэффициент линейного расширения α1 связаны соотношением 2·l·α=l1·α1.A device for determining internal stresses and crack resistance of material samples under the action of shrinkage structural, temperature stresses and / or aging, containing a form including grips and side plates, an automatic system for recording stresses using strain gauges and temperatures using thermocouples, a material sample, characterized in that the device further comprises two end plates, between which side plates and grips are located, the grippers are made of material, thermally the coefficient of linear expansion of which in the operating temperature range is greater than the thermal coefficient of linear expansion of the material of the side plates, and their temperature dependence proportional with the length of capture l, its thermal expansion coefficient α, the length of the side plate l 1, its thermal coefficient of linear expansion α 1 are connected by the relation 2 · l · α = l 1 · α 1 .
RU2005129572/28A 2005-09-26 2005-09-26 Device for determining internal stresses and crack resistance of materials RU2315962C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005129572/28A RU2315962C2 (en) 2005-09-26 2005-09-26 Device for determining internal stresses and crack resistance of materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005129572/28A RU2315962C2 (en) 2005-09-26 2005-09-26 Device for determining internal stresses and crack resistance of materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005129572A RU2005129572A (en) 2007-04-10
RU2315962C2 true RU2315962C2 (en) 2008-01-27

Family

ID=37999796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005129572/28A RU2315962C2 (en) 2005-09-26 2005-09-26 Device for determining internal stresses and crack resistance of materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2315962C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU177639U1 (en) * 2016-11-23 2018-03-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Automated device for cooling samples during tensile testing at low temperatures

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции. - М.: Химия, 1990, 2004. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU177639U1 (en) * 2016-11-23 2018-03-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Automated device for cooling samples during tensile testing at low temperatures

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005129572A (en) 2007-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. In situ nonlinear ultrasonic technique for monitoring microcracking in concrete subjected to creep and cyclic loading
Cusson et al. An experimental approach for the analysis of early-age behaviour of high-performance concrete structures under restrained shrinkage
JP3677219B2 (en) Apparatus and method for measuring temperature stress of concrete structure
Chen et al. Rapid evaluation of alkali–silica reactivity of aggregates using a nonlinear resonance spectroscopy technique
Dong et al. Investigations on the FPZ evolution of concrete after sustained loading by means of the DIC technique
Li et al. Investigation of low temperature cracking in asphalt mixtures by acoustic emission
US20120016601A1 (en) Method and system for determining properties of an asphalt material
Cravero et al. Further developments in J evaluation procedure for growing cracks based on LLD and CMOD data
Pour-Ghaz et al. Moisture profiles and diffusion coefficients in mortars containing shrinkage reducing admixtures
RU2483214C1 (en) Method for determining specific surface energy of destruction of solid bodies
RU2315962C2 (en) Device for determining internal stresses and crack resistance of materials
Hager et al. Mechanical properties of HPC at high temperatures
Kao et al. Inelastic strain and damage in surface instability tests
Altoubat et al. Grip-specimen interaction in uniaxial restrained test
JP2596083B2 (en) Elasto-plastic fracture toughness test method
JP5947036B2 (en) Method of measuring materials such as concrete whose elastic modulus is unknown by the UCI method
Newlands et al. A linear test method for determining early-age shrinkage of concrete
Tanibe et al. Steel ring-based restraint of HSC explosive spalling in high temperature environments
Markert et al. Investigation of the Influence of Moisture Content on Fatigue Behaviour of HPC by Using DMA and XRCT. Materials 2022, 15, 91
Madadi et al. The high cycle fatigue testing of High‐Performance Concretes using high frequency excitation
Bernard The role of friction in post-crack energy absorption of fiber reinforced concrete in the round panel test
Dilek et al. Relationship between elastic modulus and permeability of damaged concrete
RU104711U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE CRACKING RESISTANCE OF MATERIALS
Hackett et al. Measurement of dynamic fracture toughness of ductile materials
Switek et al. Tensile creep of UHPFRC under low and high stresses

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080927