RU2437077C1 - Procedure for testing thin-wall specimens under stress and device "flying saucer" for its implementation - Google Patents
Procedure for testing thin-wall specimens under stress and device "flying saucer" for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2437077C1 RU2437077C1 RU2010124785/28A RU2010124785A RU2437077C1 RU 2437077 C1 RU2437077 C1 RU 2437077C1 RU 2010124785/28 A RU2010124785/28 A RU 2010124785/28A RU 2010124785 A RU2010124785 A RU 2010124785A RU 2437077 C1 RU2437077 C1 RU 2437077C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- test
- samples
- pressure
- test unit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области испытаний материалов, а именно к определению изменяющихся во времени механических характеристик материалов, в частности износа материала под воздействием различных факторов, например коррозионного износа тонкостенных элементов конструкций, в том числе мембран на металлической основе.The invention relates to the field of testing materials, namely the determination of time-varying mechanical characteristics of materials, in particular, wear of a material under the influence of various factors, for example, corrosion wear of thin-walled structural elements, including metal-based membranes.
Известны способы ускоренных испытаний материалов, заключающиеся в том, что испытуемый образец помещают в нагретый до определенной температуры трехпроцентный раствор хлористого натрия и подвергают действию циклически растягивающей нагрузки, причем нагружение производят с постоянной скоростью 1-1,5 кгс/мин и выдержкой при максимальной нагрузке 50-100 мин, при минимальной - 40-80 мин и с разницей между величинами максимальной и минимальной нагрузок, равной 10-15 кгс/мм2 (аналог) [Авторское свидетельство СССР №597948, М.Кл. G01N 17/00, опубл. 15.03.78 г., Бюл. №10].Known methods of accelerated testing of materials, namely, that the test sample is placed in a three percent solution of sodium chloride heated to a certain temperature and subjected to a cyclically tensile load, the loading being carried out at a constant speed of 1-1.5 kgf / min and exposure at a maximum load of 50 -100 min, with a minimum of 40-80 min and with a difference between the maximum and minimum loads equal to 10-15 kgf / mm 2 (analogue) [USSR Author's Certificate No. 597948, M.Kl. G01N 17/00, publ. 03/15/78, Bull. No. 10].
Недостатком таких способов является испытание образца под напряжением только при одноосном растяжении, что не охватывает все особенности поведения испытуемого образца в реальных эксплуатационных условиях.The disadvantage of such methods is to test the sample under tension only under uniaxial tension, which does not cover all the features of the behavior of the test sample in real operating conditions.
Известны способы испытания образцов металлических материалов под напряжением, согласно которым на образец испытуемого материала воздействуют растягивающей нагрузкой и коррозионной средой. При этом используют крестообразный образец, по крайней мере, один луч которого выполнен из испытуемого материала, воздействие коррозионной средой осуществляют путем заполнения полостей между лучами различными жидкостями и/или газами, а растягивающую нагрузку прикладывают к лучу из испытуемого материала по двум осям (аналог) [Патент СССР №1777648, М.Кл. G01N 17/00, опубл. 23.11.92 г., Бюл. №43].Known methods for testing samples of metal materials under tension, according to which a sample of the test material is subjected to tensile load and corrosive environment. In this case, a cross-shaped sample is used, at least one beam of which is made of the test material, exposure to the corrosive medium is carried out by filling the cavities between the rays with various liquids and / or gases, and a tensile load is applied to the beam from the test material in two axes (analog) [ USSR patent No. 1777648, M.C. G01N 17/00, publ. 11/23/92, bull. No. 43].
Недостатком указанных способов является необходимость использования трудоемкого в изготовлении крестообразного образца и невысокая точность определения коррозионных характеристик образцов.The disadvantage of these methods is the need to use laborious in the manufacture of a cruciform sample and the low accuracy of determining the corrosion characteristics of the samples.
Известен также способ испытания образцов металлических мембран под напряжением, включающий операции воздействия растягивающей нагрузкой и коррозионной средой на образец испытуемого материала, при этом фиксируют исследуемый образец металлической мембраны на фланце нагрузочного резервуара, создают одностороннее давление рабочей средой на исследуемый образец, а на другую поверхность образца воздействуют коррозионной средой, замеряют через определенные интервалы времени необходимые параметры, такие как высоту подъема образовавшегося купола и толщину образца в центре образца, по результатам замеров вычисляют модуль упругости для заданного интервала времени для каждого образца и степень коррозии, на основе вычисленных величин составляют заключение о степени коррозионного износа материала исследуемого образца (прототип) [Патент РФ №2296976, М.Кл. G01N 17/00, опубл. 10.04.2007].There is also a known method of testing samples of metal membranes under tension, including the operation of a tensile load and a corrosive medium on a sample of the test material, while the test sample of the metal membrane is fixed on the flange of the load tank, create one-sided pressure of the working medium on the test sample, and act on the other surface of the sample corrosive medium, measure at certain intervals the necessary parameters, such as the height of the rise formed I dome and the thickness of the sample in the center of the sample, the elastic modulus for a given time interval for each sample and the degree of corrosion are calculated from the measurements, based on the calculated values, they make a conclusion about the degree of corrosion wear of the material of the test sample (prototype) [RF Patent No. 2296976, M. Kl. G01N 17/00, publ. 04/10/2007].
Известный способ обладает следующими недостатками:The known method has the following disadvantages:
а) практически невозможно обеспечить постоянство нагрузки образцов непосредственно при выдерживании их в коррозионной среде, приходится постоянно компенсировать потери нагрузочного давления в течение длительного срока испытаний;a) it is practically impossible to ensure the constancy of the load of the samples directly when keeping them in a corrosive environment, it is necessary to constantly compensate for the loss of load pressure over a long test period;
б) требуется использование громоздкого стационарного оборудования;b) the use of bulky stationary equipment is required;
в) возникают технологические трудности при осуществлении воздействия на образцы физическими полями и при испытании образцов в различных условиях.c) there are technological difficulties in effecting samples on physical fields and when testing samples under various conditions.
Известны приспособления для испытания пластинчатых образцов под напряжением методом постоянной деформации при изгибе, содержащие корпус в виде скобы с опорными плоскостями для концов образца и нажимной винт, расположенный в центре скобы, причем они снабжены устройствами для прижатия концов образца к опорным плоскостям, которые повернуты в противоположные стороны вокруг установочной оси скобы по отношению к плоскости, перпендикулярной оси нажимного винта (аналог) [Авторское свидетельство СССР №355546, М.Кл. G01N 17/00, G01N 3/22, G01N 3/20; опубл. 16.10.72 г., Бюл. №31].Known devices for testing plate samples under tension by the method of constant deformation under bending, containing a body in the form of a bracket with supporting planes for the ends of the sample and a pressure screw located in the center of the bracket, and they are equipped with devices for pressing the ends of the sample to the supporting planes, which are rotated in opposite sides around the mounting axis of the bracket with respect to a plane perpendicular to the axis of the compression screw (analogue) [USSR Author's Certificate No. 355546, M.Kl. G01N 17/00, G01N 3/22, G01N 3/20; publ. 10.16.72 g., Bull. No. 31].
Недостатком известных приспособлений является необходимость помещения в воздействующую среду приспособления вместе с нажимным винтом, который изнашивается и влияет на точность эксперимента.A disadvantage of the known devices is the need to place the device in the working medium together with a pressure screw, which wears out and affects the accuracy of the experiment.
Известны приспособления для коррозионных испытаний, содержащие ампулу, размещаемую в коррозионной среде, укрепленный на его дне пассивный захват, активный захват, нагружающее устройство и измеритель деформации, при этом они снабжены промежуточными захватами, установленными последовательно по оси пассивного и активного захватов, между которыми располагаются испытуемые образцы, и жестко закрепленными на ампуле ограничителями хода промежуточных захватов, каждый из которых установлен относительно соответствующего захвата на расстоянии, определяемом задаваемой степенью деформации каждого из испытуемых образцов (аналог) [Авторское свидетельство СССР №381972, М.Кл. G01N 17/00, G01N 3/08; опубл. 22.05.73 г., Бюл. №22].Known devices for corrosion testing, containing an ampoule placed in a corrosive environment, a passive grip fixed on its bottom, an active grip, a loading device and a strain gauge, while they are equipped with intermediate grips installed in series along the axis of the passive and active grips, between which the test subjects are located samples, and the course stops of intermediate grips rigidly fixed on the ampoule, each of which is installed relative to the corresponding gripper at a distance and, determined by the specified degree of deformation of each of the test samples (analog) [USSR Author's Certificate No. 381972, M.Kl. G01N 17/00, G01N 3/08; publ. 05.22.73, Bull. No. 22].
Недостатком указанных приспособлений является сложность и дороговизна устройства и необходимость тщательной подготовки приспособлений к испытаниям.The disadvantage of these devices is the complexity and high cost of the device and the need for careful preparation of devices for testing.
Известны устройства для испытания полых эластичных образцов на многократное деформирование, содержащие камеры для агрессивной среды, установленные в камере подвижный и неподвижный захваты для закрепления торцов образца, средство создания давления в полости образца, средства для воздействия на образец статическими и циклическими нагрузками и регистрирующую аппаратуру. Средство воздействия на образец циклическими нагрузками выполнено в виде двух симметрично расположенных относительно оси захватов пуансонов, предназначенных для одновременного воздействия на образец, а рабочие торцы пуансонов выполнены плоскими с округлениями по краям (аналог) [Авторское свидетельство СССР №1497512, М.Кл. G01N 17/00, опубл. 30.07.89 г., Бюл. №28].Known devices for testing hollow elastic samples for repeated deformation, containing chambers for an aggressive environment, movable and fixed grippers installed in the chamber for securing the ends of the sample, means for creating pressure in the cavity of the sample, means for acting on the sample with static and cyclic loads, and recording equipment. The means of influencing the sample with cyclic loads are made in the form of two punches symmetrically located relative to the axis of grips intended for simultaneous impact on the sample, and the working ends of the punches are made flat with rounding at the edges (analogue) [USSR Author's Certificate No. 1497512, M.Kl. G01N 17/00, publ. 07/30/89, bull. No. 28].
Недостатком указанных устройств является невозможность проведения испытания неполых образцов, недостаточная точность получаемых результатов, а также сложная в реализации технология испытания.The disadvantage of these devices is the inability to test incomplete samples, the lack of accuracy of the results, as well as difficult to implement test technology.
Известно также устройство для осуществления способа испытания образцов металлических мембран под напряжением, содержащее емкость для агрессивной среды, средства для воздействия на образец нагрузками и регистрирующую аппаратуру. При этом нагрузочный резервуар имеет фланец, на который установлен с образованием герметично закрытой полости испытуемый образец, причем к резервуару подведена магистраль от источника рабочей среды для оказания одностороннего давления на образец, а также подсоединено устройство замера давления, кроме того установлен измерительный комплекс для замера геометрических параметров образца (прототип) [Патент RU №2296976 по М.Кл. - G01N 17/00, опубл. 10.04.2007].It is also known a device for implementing the method of testing samples of metal membranes under tension, containing a container for an aggressive environment, means for influencing the sample with loads and recording equipment. At the same time, the load tank has a flange on which the test sample is installed to form a hermetically sealed cavity, and a line from the source of the working medium is supplied to the tank to exert one-way pressure on the sample, and a pressure measuring device is connected, in addition, a measuring complex for measuring geometric parameters is installed sample (prototype) [Patent RU No. 2296976 by M. Cl. - G01N 17/00, publ. 04/10/2007].
Известное устройство обладает следующими недостатками:The known device has the following disadvantages:
а) не позволяет проводить испытание образцов без подключения к источнику нагружения;a) does not allow testing of samples without being connected to a load source;
б) невозможно использовать установку в мобильном режиме;b) it is impossible to use the unit in a mobile mode;
в) возникают трудности при использовании установки в естественных природных условиях;c) difficulties arise when using the unit in natural conditions;
г) устройство является относительно громоздким в изготовлении.g) the device is relatively cumbersome to manufacture.
Целью (задачами) настоящего изобретения является обеспечение автономности и расширение возможности выдерживания нагруженных образцов при различных условиях воздействующих внешних сред и полей, повышение точности механических характеристик образцов, упрощение методики и технологии испытания.The aim (tasks) of the present invention is to ensure autonomy and to expand the ability to withstand loaded samples under various conditions of exposure to external environments and fields, to increase the accuracy of the mechanical characteristics of the samples, to simplify the test procedure and technology.
Указанная цель достигается тем, что в способе испытания тонкостенных образцов под напряжением, включающем операции воздействия нагрузкой, средой и полем на образец испытуемого материала, замера необходимых параметров и составления заключения о степени изменения характеристик образцов по результатам вычисления модуля упругости, на первом этапе испытания в центральное отверстие корпуса испытательного узла вводят нагрузочное тело соответствующего размера, с обеих сторон корпуса размещают по одному образцу, накладывают на образцы зажимные кольца, стягивают зажимные кольца друг к другу при помощи крепежных соединений с деформированием образцов и образованием герметичной полости, таким образом формируют испытательный узел «Летающая тарелка», в котором оба образца нагружаются одновременно путем приложения локальной нагрузки на центральный участок образца от нагрузочного тела при сближении зажимных колец друг к другу. При этом размеры нагрузочного тела подбирают с учетом уровня заданных напряженийThis goal is achieved by the fact that in the method of testing thin-walled samples under tension, including the operation of applying the load, medium and field to the sample of the test material, measuring the necessary parameters and drawing a conclusion about the degree of change in the characteristics of the samples according to the results of calculating the elastic modulus, at the first stage of testing an opening of the housing of the test unit is injected with a loading body of the appropriate size, one sample is placed on both sides of the housing, superimposed on the samples many rings, tighten the clamping rings to each other by means of fasteners with deformation of the samples and the formation of an airtight cavity, thus forming a test unit "Flying saucer", in which both samples are loaded simultaneously by applying a local load to the central portion of the sample from the load body when approaching clamping rings to each other. In this case, the dimensions of the load body are selected taking into account the level of predetermined stresses
где d - диаметр нагрузочного тела;where d is the diameter of the load body;
HA - суммарная толщина пакета собранного испытательного узла (толщина корпуса совместно с толщиной образцов и герметизирующих прокладок);H A is the total thickness of the package of the assembled test unit (case thickness together with the thickness of the samples and sealing gaskets);
h - исходная толщина испытуемого образца;h is the initial thickness of the test sample;
D - диаметр рабочей части образца;D is the diameter of the working part of the sample;
σ - заданное напряжение;σ is the specified voltage;
E0 - первоначальный модуль упругости материала образца.E 0 is the initial modulus of elasticity of the sample material.
Замеряют первоначальные параметры испытательного узла, выдерживают испытательный узел под действием рабочих сред и полей в течение заданного времени, извлекают испытательный узел из рабочей среды и поля, при необходимости производят очистку от образовавшихся отложений, повторно замеряют параметры (размеры, форму и массу) испытательного узла.The initial parameters of the test unit are measured, the test unit is kept under the influence of working media and fields for a predetermined time, the test unit is removed from the working medium and field, if necessary, the deposits are cleaned, the parameters (dimensions, shape and weight) of the test unit are re-measured.
На втором этапе способа закрепляют испытательный узел на измерительном устройстве, соединяют полость корпуса испытательного узла с источником давления, подают давление внутрь испытательного узла без его разборки, наблюдают за изменением форм куполов обоих образцов и замеряют через заданный интервал нарастания давления общую толщину испытательного узла. Далее обрабатывают полученную информацию об изменении форм куполов. Для упругих материалов механические характеристики образцов вычисляют по значениям модуля упругости по формулеAt the second stage of the method, the test assembly is fixed to the measuring device, the cavity of the test assembly is connected to the pressure source, pressure is supplied inside the test assembly without disassembling, the shape of the domes of both samples is monitored and the total thickness of the test assembly is measured after a predetermined pressure rise interval. Next, the received information about the change in the shape of the domes is processed. For elastic materials, the mechanical characteristics of the samples are calculated from the values of the elastic modulus according to the formula
где Ei - текущий модуль упругости материала образца;where E i is the current modulus of elasticity of the sample material;
N - согласующий коэффициент;N is a matching coefficient;
pi - равномерно распределенное давление внутри испытательного узла;p i - uniformly distributed pressure inside the test unit;
D - диаметр рабочей части образца;D is the diameter of the working part of the sample;
ν - коэффициент Пуассона материала;ν is the Poisson's ratio of the material;
Нi - толщина испытательного узла при давлении pi;H i - the thickness of the test unit at a pressure p i ;
HA - суммарная толщина пакета собранного испытательного узла;H A is the total package thickness of the assembled test unit;
Н0 - исходная толщина испытательного узла до испытаний;H 0 is the initial thickness of the test unit before testing;
d - поперечный размер (диаметр) нагрузочного тела.d is the transverse size (diameter) of the load body.
Для материалов при пластичных деформациях механическиеFor materials with plastic deformations, mechanical
характеристики образцов определяют по условному модулю Еусл упругости по формулеcharacteristics of the samples are determined by the conditional modulus E sr of elasticity according to the formula
где Еусл - условный модуль упругости материала образца;where E sr - conditional elastic modulus of the sample material;
А - параметр, свойственный для конкретного материала с учетом возможного изменения структуры материала в процессе нагружения образца;A is a parameter characteristic of a particular material, taking into account a possible change in the structure of the material during loading of the sample;
k - коэффициент, характерный для материала данного образца (0≤k≤1);k is the coefficient characteristic of the material of this sample (0≤k≤1);
еi - интенсивность деформаций.e i is the strain intensity.
В устройстве для осуществления способа испытания тонкостенных образцов под напряжением, содержащем источник рабочей среды, магистраль для подачи рабочей среды для оказания одностороннего давления на образец, устройство замера давления, измерительный комплекс для замера геометрических параметров образца, образцы скомпонованы в единый испытательный узел, состоящий из корпуса в виде диска с центральным отверстием, в котором размещено нагрузочное тело. С обеих сторон корпуса размещены по одному образцу с герметизирующими прокладками. Снаружи образцов расположены зажимные кольца. В корпусе испытательного узла имеются каналы для соединения полости с источником давления. Нагрузочное тело обычно имеет сферическую форму соответствующего размера.In the device for implementing the method of testing thin-walled samples under voltage, containing a source of the working medium, a line for supplying a working medium for exerting one-way pressure on the sample, a pressure measuring device, a measuring complex for measuring the geometric parameters of the sample, the samples are arranged in a single test unit consisting of a housing in the form of a disk with a central hole in which the load body is placed. On both sides of the housing are placed on one sample with sealing gaskets. Outside the samples are clamping rings. In the housing of the test unit there are channels for connecting the cavity to a pressure source. The load body usually has a spherical shape of the appropriate size.
На фиг.1 представлен общий вид испытательного узла в стадии осуществления первого этапа способа, обозначено: D - диаметр рабочей части образца, H0 - исходная толщина испытательного узла; на фиг.2 - общий вид устройства для осуществления второго этапа способа, обозначено Hi - толщина испытательного узла при давлении pi; на фиг.3 - поперечный разрез испытательного узла, обозначено: d - поперечный размер (диаметр) нагрузочного тела, НA - суммарная толщина пакета собранного испытательного узла; на фиг.4 - сечение А-А по фиг.3; на фиг.5 приведен график изменения коэффициента N от коэффициента Пуассона материала ν; на фиг.6 показан график изменения толщины испытательного узла Нi от давления pi для рассмотренного примера (сплошная линия соответствует деформированию образца, подверженного воздействию агрессивной среды, а штриховая - деформированию образца без воздействия агрессивной среды).Figure 1 presents a General view of the test site in the implementation stage of the first stage of the method, indicated: D is the diameter of the working part of the sample, H 0 is the initial thickness of the test site; figure 2 - General view of the device for implementing the second stage of the method, denoted by H i - the thickness of the test unit at a pressure p i ; figure 3 is a transverse section of the test site, indicated: d is the transverse size (diameter) of the load body, N A is the total thickness of the package of the assembled test site; figure 4 is a section aa in figure 3; figure 5 shows a graph of the change in the coefficient N from the Poisson's ratio of the material ν; figure 6 shows a graph of the thickness of the test node H i versus pressure p i for the considered example (the solid line corresponds to the deformation of the sample exposed to the aggressive environment, and the dashed line to the deformation of the sample without the influence of the aggressive environment).
Способ испытания тонкостенных образцов под напряжением осуществляют в два этапа.The method of testing thin-walled samples under voltage is carried out in two stages.
На первом этапе испытания в центральное отверстие корпуса испытательного узла вводят нагрузочное тело соответствующего размера. Если нагрузочное тело имеет сферическую форму, то в качестве соответствующего размера берется его диаметр. С обеих сторон корпуса размещают по одному образцу с герметизирующими прокладками. Накладывают на образцы зажимные кольца и стягивают друг к другу зажимные кольца при помощи крепежных соединений. Для обеспечения равномерного нагружения образцов рекомендуется зажимные кольца стягивать по диагональным сечениям, например, посредством винта с гайкой. Таким образом формируют испытательный узел «Летающая тарелка», в котором оба образца нагружаются одновременно путем приложения локальной нагрузки (на центральный участок образца) от нагрузочного тела при сближении зажимных колец друг к другу.At the first stage of the test, a loading body of the appropriate size is introduced into the central hole of the housing of the test unit. If the loading body has a spherical shape, then its diameter is taken as the corresponding size. On both sides of the housing place one sample with sealing gaskets. Apply clamping rings to the samples and tighten the clamping rings to each other using fasteners. To ensure uniform loading of the samples, it is recommended to tighten the clamping rings along diagonal sections, for example, by means of a screw and nut. In this way, the Flying Saucer test unit is formed in which both samples are loaded simultaneously by applying a local load (to the central portion of the sample) from the load body when the clamping rings come closer together.
При этом размеры нагрузочного тела подбирают с учетом уровня заданных напряженийIn this case, the dimensions of the load body are selected taking into account the level of predetermined stresses
где d - диаметр нагрузочного тела;where d is the diameter of the load body;
HA - суммарная толщина пакета собранного испытательного узла (толщина корпуса совместно с толщиной образцов и герметизирующих прокладок);H A is the total thickness of the package of the assembled test unit (case thickness together with the thickness of the samples and sealing gaskets);
h - исходная толщина испытуемого образца;h is the initial thickness of the test sample;
D - диаметр рабочей части образца;D is the diameter of the working part of the sample;
σ - заданное напряжение;σ is the specified voltage;
E0 - первоначальный модуль упругости материала образца.E 0 is the initial modulus of elasticity of the sample material.
Замеряют первоначальные параметры испытательного узла, в том числе его геометрические размеры, характеризующие форму образуемого при деформации купола. Выдерживают испытательный узел под действием рабочих сред и полей в течение заданного времени.The initial parameters of the test unit are measured, including its geometric dimensions, which characterize the shape of the dome formed upon deformation. Withstand the test unit under the influence of working environments and fields for a given time.
Могут быть рассмотрены три варианта воздействия сред и полей на первом этапе испытаний: 1) только в заданной среде; 2) только под воздействием заданного поля; 3) комбинированное (совместное) воздействие как среды, так и поля.Three options for the effects of media and fields at the first stage of testing can be considered: 1) only in a given environment; 2) only under the influence of a given field; 3) combined (joint) impact of both the medium and the field.
В качестве рабочих сред могут быть использованы жидкие, парогазожидкие, парогазовые, коррозионные, кислотные, щелочные, почвенные, биологические и другие среды. В качестве полей могут применяться температурные, электрические и магнитные поля, электромагнитные излучения, в том числе оптические, рентгеновские и другие излучения.As working media can be used liquid, vapor-gas, vapor-gas, corrosive, acid, alkaline, soil, biological and other environments. As the fields can be applied temperature, electric and magnetic fields, electromagnetic radiation, including optical, x-ray and other radiation.
После истечения заданного времени испытания в данной среде и полях извлекают испытательный узел из рабочей среды и поля, при необходимости производят очистку от образовавшихся отложений (остатков). При очистке необходимо исключить нанесение на исследуемые образцы механических и других повреждений (дефектов). Повторно замеряют параметры (размеры, форму и массу) испытательного узла. При этом разборка испытательного узла не производится.After the specified test time has elapsed in the given environment and fields, the test unit is removed from the working medium and field, and if necessary, the resulting deposits (residues) are cleaned. When cleaning, it is necessary to exclude the application of mechanical and other damages (defects) to the test samples. Re-measure the parameters (dimensions, shape and weight) of the test unit. In this case, the disassembly of the test unit is not performed.
На втором этапе способа закрепляют испытательный узел на измерительном устройстве и соединяют полости корпуса с источником давления, например с ресивером или компрессором. Подают по соответствующим каналам, например, воздух под давлением внутрь испытательного узла (без его разборки). Наблюдают за изменением форм куполов обоих образцов и замеряют через заданный интервал нарастания давления общую толщину Hi испытательного узла. Далее обрабатывают полученную информацию об изменении форм куполов в зависимости от вида деформации. При этом для упругих материалов механические характеристики образцов оценивают по значениям модуля упругости по формулеAt the second stage of the method, the test assembly is mounted on the measuring device and the body cavities are connected to a pressure source, for example, to a receiver or compressor. Serve through appropriate channels, for example, air under pressure inside the test unit (without disassembling it). Observe the change in the shape of the domes of both samples and measure the total thickness H i of the test assembly through a predetermined pressure rise interval. Next, the received information on the change in the shape of the domes is processed depending on the type of deformation. Moreover, for elastic materials, the mechanical characteristics of the samples are estimated by the values of the elastic modulus according to the formula
где Еi - текущий модуль упругости материала образца;where E i is the current modulus of elasticity of the sample material;
N - согласующий коэффициент;N is a matching coefficient;
pi - равномерно распределенное давление внутри испытательного узла;p i - uniformly distributed pressure inside the test unit;
D - диаметр рабочей части образца;D is the diameter of the working part of the sample;
ν - коэффициент Пуассона материала;ν is the Poisson's ratio of the material;
Hi - толщина испытательного узла при давлении pi;H i - the thickness of the test unit at a pressure p i ;
HA - суммарная толщина пакета собранного испытательного узла;H A is the total package thickness of the assembled test unit;
H0 - исходная толщина испытательного узла до испытаний;H 0 is the initial thickness of the test unit before testing;
d - поперечный размер (диаметр) нагрузочного тела.d is the transverse size (diameter) of the load body.
Согласующий коэффициент N получают из аналитической зависимостиThe matching coefficient N is obtained from the analytical dependence
N=0,35963-0,22425ν+0,12623ν2.N = 0.35963-0.22425ν + 0.12623ν 2 .
График изменения коэффициента N от коэффициента Пуассона материала ν приведен на фиг.5.The graph of changes in the coefficient N from the Poisson's ratio of the material ν is shown in Fig.5.
Для материалов при пластичных деформациях механические характеристики образцов оценивают по условному модулю Еусл упругости по формулеFor materials with plastic deformations, the mechanical characteristics of the samples are estimated using the conditional modulus E sr of elasticity according to the formula
где Еусл - условный модуль упругости материала образца;where E sr - conditional elastic modulus of the sample material;
А - параметр, свойственный для конкретного материала с учетом возможного изменения структуры материала в процессе нагружения образца;A is a parameter characteristic of a particular material, taking into account a possible change in the structure of the material during loading of the sample;
k - коэффициент, характерный для материала данного образца (0≤k≤1);k is the coefficient characteristic of the material of this sample (0≤k≤1);
ei - интенсивность деформаций.e i is the strain rate.
При построении кривой «интенсивность напряжений σi - интенсивность деформаций ei» придерживаются следующего алгоритма.When constructing the curve "stress intensity σ i - strain intensity e i " adhere to the following algorithm.
1. Задают последовательно разные значения коэффициента k, характерного для материала рассмотренных образцов в пределах от 0 до 1 с определенным шагом (например, с шагом 0,1).1. Consistently set different values of the coefficient k, characteristic of the material of the samples in the range from 0 to 1 with a certain step (for example, with a step of 0.1).
2. Вводят безразмерный параметр 2. Enter the dimensionless parameter
3. Определяют параметр с, характеризующий условия равновесия нагруженного образца, из решения алгебраического уравнения3. The parameter c, which characterizes the equilibrium conditions of the loaded sample, is determined from the solution of the algebraic equation
3,67с4+(12-G) с3+G (G-23,5) с2+G2(26-0,67 G) с-10 G3-(1-k)[3,167 с4-(3,5 G-8) с3-(17,5-6 G) Gс2-G2 (2,667 G-22) с-8 G3]=0.3.67s 4 + (12-G) s 3 + G (G-23.5) s 2 + G 2 (26-0.67 G) s-10 G 3 - (1-k) [3.167 s 4 - (3.5 G-8) s 3 - (17.5-6 G) Gc 2 -G 2 (2.667 G-22) s-8 G 3 ] = 0.
4. Задают радиальное перемещение u и прогиб w срединной поверхности образца в виде4. Set the radial displacement u and the deflection w of the middle surface of the sample in the form
где - безразмерная радиальная координата;Where - dimensionless radial coordinate;
r - радиальная координата.r is the radial coordinate.
5. Вычисляют радиальные ε1 и окружные ε2 деформации по формулам 5. Calculate the radial ε 1 and circumferential ε 2 strain according to the formulas
где Where
6. Вычисляют интенсивность деформаций ei из выражения6. Calculate the strain rate e i from the expression
7. Вычисляют вспомогательный параметр J, зависящий от деформаций в материале, толщины испытательного узла Нi при давлении pi и коэффициента k7. The auxiliary parameter J, which depends on the deformations in the material, the thickness of the test assembly H i at pressure p i and the coefficient k, is calculated
8. Вычисляют параметр A(ei), зависящий от деформации и характеризующий прочность материала, по формуле8. Calculate the parameter A (e i ), which depends on the deformation and characterizes the strength of the material, according to the formula
9. Вычисляют интенсивность напряжений σi по формуле9. Calculate the stress intensity σ i according to the formula
. .
10. Вычисляют кривизны купола образца в радиальном К1 и окружном К2 направлениях соответственно. Кривизны К1 и К2 получают из формул10. Calculate the curvature of the dome of the sample in the radial K 1 and district K 2 directions, respectively. The curvatures of K 1 and K 2 are obtained from the formulas
11. Вычисляют теоретическое давление pm по формуле11. Calculate the theoretical pressure p m according to the formula
12. Для уточнения коэффициента k описанную процедуру повторяют многократно, исходя из условия наибольшего согласования теоретического давления pm с экспериментальным значением давления нагружения p.12. To clarify the coefficient k, the described procedure is repeated many times, based on the condition of maximum agreement between the theoretical pressure p m and the experimental value of the loading pressure p.
13. Определяют значение условного модуля Еусл по формуле13. Determine the value of the conditional module E sr according to the formula
При необходимости строят соответствующие графики зависимости параметров. Далее составляют заключение о прочностных свойствах образца.If necessary, build the appropriate graphs of the dependence of the parameters. Next, they make a conclusion about the strength properties of the sample.
Устройство для осуществления способа испытания тонкостенных образцов под напряжением содержит раму 1, источник 2 рабочей среды (нагрузочный резервуар), к которому подсоединена магистраль 3 для подачи рабочей среды в испытательный узел через вентиль 4. На магистрали также имеется стравливающий патрубок 5 с вентилем 6. К магистрали подключено устройство замера давления, которое в простейшем исполнении может представлять собой манометр 7. На раме установлен измерительный комплекс 8 для измерения геометрических параметров испытательного узла.A device for implementing a method for testing thin-walled samples under voltage contains a
Испытательный узел представляет собой единую конструкцию, которая состоит из корпуса 8, выполненного в виде двусвязного диска с центральным отверстием а. В центральном отверстии размещено нагрузочное тело 9. Нагрузочное тело имеет обычно сферическую форму соответствующего размера (диаметра).The test unit is a single structure, which consists of a
С обеих сторон корпуса 8 размещены два образца 10 и 11 с герметизирующими прокладками 12 и 13. Снаружи образцов расположены зажимные кольца 14 и 15, которые имеют крепежные соединения. Таким образом, в собранном виде в испытательном узле формируется герметичная полость б. В корпусе 8 имеются каналы в и г для подсоединения полости б испытательного узла к магистрали 3. Канал в на выходе имеет резьбовую часть, в которую на первом этапе испытаний вворачивают пробку 16, а на втором этапе испытании подсоединяется магистраль 3. Замеры текущих геометрических параметров испытательного узла производятся при помощи измерительного комплекса 17.On both sides of the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
На первом этапе производится сборка испытательного узла с установкой образцов 10, 11 на корпус 8 при помощи зажимных колец 14 и 15. Расположенное внутри корпуса 8 нагрузочное тело 9 вызывает возникновение нагрузочных напряжений на исследуемых образцах вследствие деформирования (из-за разности размеров). Герметичность образующейся полости обеспечивается установкой прокладок 12 и 13. Канал в заглушается пробкой 16 для того, чтобы внутрь полости испытательного узла не попадали воздействующая среда, посторонние предметы или химические и биологические загрязнители. После сборки испытательный узел размещается в зону действия сред и полей на заданное время. При этом образцы подвергаются воздействию сред и полей, которые могут вызвать изменение физико-механических характеристик материалов исследуемых образцов.At the first stage, the test assembly is assembled with
На втором этапе извлекают испытательный узел из зоны действия сред и полей. При необходимости производят очистку внешних поверхностей образцов 10, 11 от продуктов коррозии. Снимают пробку 16 испытательного узла и канал в присоединяют к магистрали 3 устройства. При этом испытательный узел закрепляют на раме 1. При открытии вентиля 4 от источника 3 в полость испытательного узла через каналы в и г поступает рабочий агент (например, сжатый воздух). При этом стравливающий вентиль 6 закрыт.Тогда создается поверхностная нагрузка на исследуемые образцы 10, 11 за счет подачи давления рабочей среды из источника рабочей среды 2 внутрь испытательного узла. Тем самым оказывается одностороннее давление на внутренние поверхности образцов 10, 11 (образцы при этом дополнительно прогибаются). Изменение давление наблюдают при помощи устройства замера давления 7. Синхронно с увеличением давления производятся замеры текущих геометрических параметров испытательного узла при помощи измерительного комплекса 17.At the second stage, the test assembly is removed from the coverage of the media and fields. If necessary, the external surfaces of
По полученным результатам замеров для каждого фиксированного давления производят теоретическую обработку и составляют заключение о степени изменения характеристик материала исследуемых образцов.According to the obtained measurement results for each fixed pressure, theoretical processing is performed and a conclusion is drawn on the degree of change in the material characteristics of the samples under study.
Пример 1. Производилось по описанному способу испытание двух тонкостенных металлических образцов из стали 3 с исходной толщиной h=0,5 мм. Поперечный размер нагрузочного тела был равен d=20 мм. Исходная толщина испытательного узла до испытаний составила Н0=21 мм. Суммарная толщина пакета собранного испытательного узла составила НA=15,8 мм. Рабочий диаметр образцов составлял D=110 мм.Example 1. It was carried out according to the described method, the test of two thin-walled metal samples of
На первом этапе испытательный узел был выдержан в течение 168 часов в коррозионной среде (50% раствор соляной кислоты НСl). Толщина испытательного узла после испытаний составила 20,02 мм (то есть толщина образца после испытаний 0,49 мм).At the first stage, the test unit was aged for 168 hours in a corrosive environment (50% HCl hydrochloric acid solution). The thickness of the test unit after testing was 20.02 mm (i.e., the thickness of the sample after testing 0.49 mm).
Одновременно был подготовлен контрольный испытательный узел с теми же параметрами, который не помещался в агрессивную среду.At the same time, a control test unit with the same parameters was prepared that did not fit in an aggressive environment.
На втором этапе испытательные узлы были исследованы путем подачи внутрь узлов воздуха под давлением с замером толщины испытательных узлов. Результаты замеров приведены в таблице 1.At the second stage, the test units were investigated by supplying inward air units under pressure with measuring the thickness of the test units. The measurement results are shown in table 1.
Как видим, образцы начинают дополнительно прогибаться при внутреннем давлении 0,16 МПа.As you can see, the samples begin to additionally bend at an internal pressure of 0.16 MPa.
Для начальных значений давления нагружения были рассчитаны условные модули упругости образцов. При давлении 0,18 МПа для образца, выдержанного в агрессивной среде, условный модуль упругости составил Еусл=54200 МПа, а для образца, не подверженного воздействию агрессивной среды, модуль составил Еусл=53560 МПа.For the initial values of the loading pressure, the conditional elastic moduli of the samples were calculated. At a pressure of 0.18 MPa, for a sample aged in an aggressive environment, the conditional elastic modulus was E conv = 54,200 MPa, and for a sample not exposed to an aggressive environment, the modulus was E conv = 53560 MPa.
Предложенный способ и устройство для его осуществления позволяют определять с достаточной степенью точности модули упругости нагруженных образцов, подверженных и неподверженных воздействию полей и сред и установить степень износа. Кроме того, существенно упрощаются методика проведения испытания, технология испытания и устройство для осуществления способа. Обеспечивается автономность исследования, расширяются возможности выдерживания нагруженных образцов при различных условиях воздействующих внешних сред и полей. Испытательные узлы представляют собой портативные узлы (устройство имеет небольшие размеры), позволяющие установить их в необходимых исследуемых координатах (под водой, под землей, в воздухе, в потоке жидкости и т.д.). Способ позволяет без разборки устройства производить испытание образцов экспериментально-теоретическим методом и производить постоянный мониторинг за процессом деформирования.The proposed method and device for its implementation make it possible to determine with a sufficient degree of accuracy the moduli of elasticity of loaded samples exposed and not subject to fields and media and to establish the degree of wear. In addition, the test procedure, test technology and device for implementing the method are greatly simplified. The autonomy of the study is ensured, and the possibilities of withstanding loaded samples under various conditions of the acting external media and fields are expanded. Test nodes are portable nodes (the device has small dimensions), allowing you to set them in the required coordinates under investigation (under water, underground, in the air, in a fluid stream, etc.). The method allows without disassembling the device to test samples by the experimental-theoretical method and to constantly monitor the deformation process.
Claims (6)
где Ei - текущий модуль упругости материала образца;
N - согласующий коэффициент;
pi - равномерно распределенное давление внутри испытательного узла;
D - диаметр рабочей части образца;
ν - коэффициент Пуассона материала;
Нi - толщина испытательного узла при давлении рi;
На - суммарная толщина пакета собранного испытательного узла;
Н0 - исходная толщина испытательного узла до испытаний;
d - поперечный размер нагрузочного тела.2. The method according to claim 1, characterized in that for elastic materials the mechanical characteristics of the samples are evaluated by the values of the elastic modulus, calculated by the formula
where E i is the current modulus of elasticity of the sample material;
N is a matching coefficient;
p i - uniformly distributed pressure inside the test unit;
D is the diameter of the working part of the sample;
ν is the Poisson's ratio of the material;
H i - the thickness of the test unit at a pressure p i ;
N a - the total thickness of the package assembled test site;
H 0 is the initial thickness of the test unit before testing;
d is the transverse size of the load body.
,
где Еусл - условный модуль упругости материала образца;
А - параметр, свойственный для конкретного материала с учетом возможного изменения структуры материала в процессе нагружения образца;
k - коэффициент, характерный для материала данного образца (0≤k≤1);
еi - интенсивность деформаций.3. The method according to claim 1, characterized in that for materials with plastic deformations, the mechanical characteristics of the samples are evaluated by the conditional elastic modulus according to the formula
,
where E sr - conditional elastic modulus of the sample material;
A is a parameter characteristic of a particular material, taking into account a possible change in the structure of the material during loading of the sample;
k is the coefficient characteristic of the material of this sample (0≤k≤1);
e i is the strain intensity.
,
где d - диаметр нагрузочного тела;
НА - суммарная толщина пакета собранного испытательного узла (толщина корпуса совместно с толщиной образцов и герметизирующих прокладок);
h - исходная толщина испытуемого образца;
D - диаметр рабочей части образца;
σ - заданное напряжение;
Е0 - первоначальный модуль упругости материала образца.4. The method according to claim 1, characterized in that the dimensions of the load body are selected taking into account the level of specified voltages:
,
where d is the diameter of the load body;
N A is the total thickness of the package of the assembled test unit (case thickness together with the thickness of the samples and sealing gaskets);
h is the initial thickness of the test sample;
D is the diameter of the working part of the sample;
σ is the specified voltage;
E 0 is the initial modulus of elasticity of the sample material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010124785/28A RU2437077C1 (en) | 2010-06-16 | 2010-06-16 | Procedure for testing thin-wall specimens under stress and device "flying saucer" for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010124785/28A RU2437077C1 (en) | 2010-06-16 | 2010-06-16 | Procedure for testing thin-wall specimens under stress and device "flying saucer" for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2437077C1 true RU2437077C1 (en) | 2011-12-20 |
Family
ID=45404430
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010124785/28A RU2437077C1 (en) | 2010-06-16 | 2010-06-16 | Procedure for testing thin-wall specimens under stress and device "flying saucer" for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2437077C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2722572C1 (en) * | 2020-01-20 | 2020-06-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" | Device "ochkych" for testing of thin-walled samples with controlled mechanical stress |
CN111460669A (en) * | 2020-04-03 | 2020-07-28 | 辽宁科技大学 | Internal pressure thin-wall container stress measurement virtual simulation system |
CN114112745A (en) * | 2021-11-22 | 2022-03-01 | 河北建筑工程学院 | Assembled loading device for beam-column connection semi-rigid node test |
-
2010
- 2010-06-16 RU RU2010124785/28A patent/RU2437077C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2722572C1 (en) * | 2020-01-20 | 2020-06-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" | Device "ochkych" for testing of thin-walled samples with controlled mechanical stress |
CN111460669A (en) * | 2020-04-03 | 2020-07-28 | 辽宁科技大学 | Internal pressure thin-wall container stress measurement virtual simulation system |
CN114112745A (en) * | 2021-11-22 | 2022-03-01 | 河北建筑工程学院 | Assembled loading device for beam-column connection semi-rigid node test |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2437077C1 (en) | Procedure for testing thin-wall specimens under stress and device "flying saucer" for its implementation | |
US9188519B2 (en) | Multiple specimen testing | |
Wan et al. | Fracture mechanics of a new blister test with stable crack growth | |
US20010037687A1 (en) | Compact hollow cylinder tensile tester | |
JP5856296B2 (en) | Apparatus and method for performing a high cycle material fatigue test at a controlled strain ratio in a controlled atmosphere | |
US9097609B1 (en) | Hermetic seal leak detection apparatus with variable size test chamber | |
CN108693055A (en) | The fatigue of materials performance acquisition methods of sheet metal specimens | |
CN104677749B (en) | A kind of diaphragm type compressor metal foil diaphragm flexural fatigue measurement apparatus and method | |
Keerthiwansa et al. | Elastomer testing: The risk of using only uniaxial data for fitting the Mooney-Rivlin hyperelastic-material model | |
RU2184361C1 (en) | Method of determination of strength properties of film materials | |
US20120061151A1 (en) | Load Cell | |
RU2396540C2 (en) | Method of determining durability of construction materials under effect of aggressive factors and device for realising said method | |
CN110286040A (en) | A kind of determination method of the maximum stress of liquid effects lower prestress circular membrane | |
RU2439537C1 (en) | Test method of thin-wall specimens under stress | |
Zagrai et al. | Electro-mechanical impedance method for crack detection in thin wall structures | |
RU2516766C1 (en) | Method to recover bearing capacity of pipeline | |
RU2387973C2 (en) | Method for detection of strength properties of thinnest films and nanofilms and device for its realisation | |
RU2296976C2 (en) | Method for testing samples of metallic membranes under voltage and device for realization of said method | |
CN110005962B (en) | Pipeline leakage monitoring device and method based on piezoresistor anti-frequency shift | |
CN112880950A (en) | Method for determining deflection of circular prestressed film with limited maximum deflection under air pressure | |
Abbott et al. | Vacuum technology considerations for mass metrology | |
RU2310184C2 (en) | Method of determining strength of thin-layer materials | |
CN113640133A (en) | Sealing film mechanical property testing device based on expansion method | |
RU2506574C1 (en) | Method to determine moisture content in gases and device for its realisation | |
Bondar et al. | ELASTIC-PLASTIC BEHAVIOR AND FRACTURE OF STRUCTURES WITH LOSS CONCENTRATORS UNDER CYCLIC LOADS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120617 |