RU2465567C1 - Method for determining material strength, and device for its implementation - Google Patents
Method for determining material strength, and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2465567C1 RU2465567C1 RU2011105474/28A RU2011105474A RU2465567C1 RU 2465567 C1 RU2465567 C1 RU 2465567C1 RU 2011105474/28 A RU2011105474/28 A RU 2011105474/28A RU 2011105474 A RU2011105474 A RU 2011105474A RU 2465567 C1 RU2465567 C1 RU 2465567C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drilling
- drill
- strength
- electric
- test material
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Drilling And Boring (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области испытаний материалов, в частности к способам определения прочности строительных сталей в существующих конструкциях.The present invention relates to the field of testing materials, in particular to methods for determining the strength of structural steels in existing structures.
В настоящее время большая часть капиталовложений направляется на реконструкцию существующих зданий и сооружений. В ходе реконструкции часто необходима оценка фактической несущей способности стальных конструкций и их соединений (сварных швов). Фактическая несущая способность строительных стальных конструкций определенным образом зависит от прочности материала. Однако измерить прочность материала стальных конструкций в существующих зданиях и сооружениях в настоящее время весьма проблематично.Currently, most of the investment goes to the reconstruction of existing buildings and structures. During reconstruction, it is often necessary to assess the actual bearing capacity of steel structures and their joints (welds). The actual bearing capacity of building steel structures in a certain way depends on the strength of the material. However, measuring the strength of the material of steel structures in existing buildings and structures is currently very problematic.
Известен «Способ определения механических свойств металлических изделий» по авторскому свидетельству СССР № 1820277 от 07.06.1993 года, бюл. №21, МПК G01N 3/00 - [1], заключающийся в том, что от полосы (заготовки) отбирается партия образцов, проводятся механические испытания на растяжение, определяются предел текучести, предел прочности и относительное удлинение, затем получают изделие, измеряют параметры деформирующего инструмента, степень деформации и определяют удельную энергию сопротивления деформации при получении изделия из полосы (заготовки) по исследуемой схеме напряженного состояния, первая приравнивается удельной энергии сопротивления деформации, определяемой для случая двумерной деформации (при плосконапряженном состоянии). Далее находят степень двумерной деформации полосы, соответствующую величине удельной энергии деформации при пластической деформации полосы по исследуемой схеме напряженного состояния. Затем по известным зависимостям для плосконапряженного состояния определяют механические свойства, соответствующие эквивалентной степени деформации.The well-known "Method for determining the mechanical properties of metal products" according to the author's certificate of the USSR No. 1820277 from 06/07/1993, bull. No. 21, IPC
Однако при реализации этого способа необходимо для исследования прочностных свойств вырезать образцы в существующих конструкциях, что не всегда допустимо, так как это приводит к ослаблению сечения конструкции.However, when implementing this method, it is necessary for the study of strength properties to cut out samples in existing structures, which is not always permissible, since this leads to a weakening of the structural section.
Известен «Способ определения условного предела текучести стальных материалов» по авторскому свидетельству СССР №365622 от 08.01.1973 года, бюл.№6, МПК G01N 3/00 - [2], заключающийся в том, что в испытуемый материал вдавливают индентор, определяют размер отпечатка и, выбрав коэффициент, вычисляют прочностные характеристики.The well-known "Method for determining the conditional yield strength of steel materials" according to the author's certificate of the USSR No. 365622 dated 08.01.1973, bull. No. 6, IPC
Недостатками данного способа являются низкая точность и сложность его применения из-за трудоемкости выбора соответствующего испытуемому материалу коэффициента.The disadvantages of this method are the low accuracy and complexity of its application due to the complexity of choosing the appropriate coefficient for the test material.
Известно «Устройство для испытаний металлов методом среза резьбы» по авторскому свидетельству СССР № 1116345 от 30.09.1984 года, бюл. №36, МПК G01N 3/24 - [3], которое работает следующим образом: в испытуемом материале выполняют отверстие, нарезают резьбу, ввинчивают в отверстие нагружающий винт, вырывают его и при этом измеряют усилие среза и площадь срезаемой резьбы, что позволяет косвенно определить прочностные свойства материала.It is known "Device for testing metals by the method of cutting threads" according to the author's certificate of the USSR No. 1116345 from 09/30/1984, bull. No. 36, IPC
Недостатком данного способа является его сложность, обусловленная измерением площади срезаемой резьбы, что может снизить точность измерений, а также довольно сложная конструкция самого прибора.The disadvantage of this method is its complexity, due to the measurement of the area of the cut thread, which can reduce the accuracy of the measurements, as well as the rather complicated design of the device itself.
Прототипом предлагаемого изобретения является «Способ и устройство для испытания материала, в частности древесины или пиломатериала, с помощью измерения работы, затраченной на проникновение» по патенту Германии: DE 10031333 А1 20010118, опубл. 18.01.2001 года МПК, G01N 3/00, G01N 3/02, G01N 33/46 - [4], заключающийся в сверлении испытуемого материала, измерении затрачиваемой энергии, времени, глубины сверления с последующим косвенным определением расчетным путем физических прочностных свойств материала.The prototype of the invention is the "Method and device for testing material, in particular wood or lumber, by measuring the work spent on penetration" according to the German patent: DE 10031333 A1 20010118, publ. 01/18/2001 IPC, G01N 3/00, G01N 3/02, G01N 33/46 - [4], which consists in drilling the test material, measuring the energy expended, time, drilling depth, with subsequent indirect determination by calculation of the physical strength properties of the material.
Однако у аналога имеются следующие недостатки:However, the analogue has the following disadvantages:
- он применим для испытаний только в стационарных условиях, и используется для определения физических свойств древесины и пиломатериалов, а применение его непосредственно для проведения испытаний строительных сталей и тем более на строительных объектах проблематично;- it is applicable for testing only in stationary conditions, and is used to determine the physical properties of wood and lumber, and its use directly for testing structural steels and especially at construction sites is problematic;
- он предназначен для сверления испытуемого материала только по нормали к его поверхности, что не всегда возможно, особенно для проведения испытаний вне лаборатории;- it is intended for drilling the test material only normal to its surface, which is not always possible, especially for testing outside the laboratory;
- отличается сложностью своей конструкции, и, следовательно, высокой ее стоимостью, из-за которой возможности широкого применения аналога ограничены.- differs in the complexity of its design, and, consequently, its high cost, because of which the possibilities of widespread use of the analogue are limited.
Исходя из вышеприведенных недостатков аналогов и прототипа, возникают задачи по снижению стоимости измерительного оборудования, по выполнению его мобильным и универсальным, и по упрощению технологии измерения прочности.Based on the above disadvantages of analogues and prototype, there are tasks to reduce the cost of measuring equipment, to make it mobile and universal, and to simplify the technology for measuring strength.
Указанные задачи решаются тем, что в способе определения прочности материала, заключающемся в сверлении испытуемого материала, измерении затрачиваемой энергии, времени, глубины сверления с последующим косвенным определением расчетным путем физических прочностных свойств материала, сверление производят в два этапа в эталонном образце и в испытуемом материале последовательно одним сверлом несколько раз в течение одинаковых заданных временных промежутков, и с одинаковым постоянным усилием прижима сверла к материалу, вычисляют удельную энергию, затраченную на каждое сверление, по которым вычисляют среднюю удельную энергию сверления испытуемого материала, далее сравнивают средние удельные энергии сверлений испытуемого материала и эталонного образца с известной прочностью и вычисляют прочность испытуемого материала по формуле:These problems are solved by the fact that in the method of determining the strength of the material, which consists in drilling the test material, measuring the energy consumed, time, drilling depth, followed by indirect calculation by calculation of the physical strength properties of the material, drilling is carried out in two stages in a reference sample and in the test material in series one drill several times during the same given time intervals, and with the same constant force of the clamp of the drill against the material, calculate the specific The energy spent on each drilling, by which the average specific drilling energy of the test material is calculated, then the average specific drilling energy of the test material and the reference sample with known strength is compared and the strength of the tested material is calculated by the formula:
где σfact - предел текучести (предел прочности) испытуемого материала;where σ fact is the yield strength (tensile strength) of the test material;
σ1 - предел текучести (предел прочности) эталонного образца;σ 1 - yield strength (tensile strength) of the reference sample;
Wfact - удельная энергия, затраченная на сверление исследуемого материала;W fact - specific energy spent on drilling the studied material;
W1 - удельная энергия, затраченная на сверление эталонного образца.W 1 - specific energy spent on drilling a reference sample.
Вышеизложенная формула вытекает из предположения о том, что диаграммы растяжений испытуемого материала и материала эталонного образца подобны по внешнему виду. Поэтому пределы текучести (σy) и временные сопротивления (σu) эталонного образца и испытуемого материала соотносятся так же, как энергии, затраченные на их сверление:The above formula follows from the assumption that the tensile diagrams of the test material and the material of the reference sample are similar in appearance. Therefore, the yield strengths (σ y ) and the temporary resistance (σ u ) of the reference sample and the test material are correlated in the same way as the energies spent on their drilling:
что было подтверждено экспериментально.which was confirmed experimentally.
Введение отличительного признака: «сверление производят в два этапа» необходимо для того, чтобы на первом этапе (предварительном) сверлом был снят наружный слой материала (металла, в том числе и его оксидный слой), который может иметь различные неровности и выполнить в испытуемом материале небольшое углубление (альтернатива кернению), которое позволит дальнейшее сверление материала на втором (заключительном) этапе производить без помех, исключит возможность соскальзывания сверла с поверхности материала, и разрешит не учитывать различную высоту кромок отверстия, образовавшегося во время предварительного этапа сверления, в случае если испытуемый материал в конструкции находится под каким-либо углом к горизонтальной плоскости. Это позволит измерить глубину отверстия на заключительном этапе сверления по разности положения сверла после предварительного и заключительного этапов сверления. Другими словами, при помощи предварительного сверления производят подготовку поверхности материала для измерения глубины отверстий, образовавшихся в ходе заключительного этапа сверления.The introduction of the distinguishing feature: “drilling is carried out in two stages” is necessary so that at the first stage (preliminary) the outer layer of the material (metal, including its oxide layer), which can have various irregularities and can be made in the test material, is removed with a drill a small recess (alternative to punching), which will allow further drilling of the material at the second (final) stage without interference, will exclude the possibility of the drill sliding off the surface of the material, and will allow not to the height of the edges of the hole formed during the preliminary stage of drilling, if the test material in the structure is at any angle to the horizontal plane. This will allow you to measure the depth of the hole at the final stage of drilling by the difference in the position of the drill after the preliminary and final stages of drilling. In other words, using preliminary drilling, the surface of the material is prepared to measure the depth of the holes formed during the final drilling stage.
Введение отличительного признака: «сверление производят: в эталонном образце и в испытуемом материале последовательно одним сверлом» необходимо для того, чтобы, во-первых, упростить и удешевить устройство для реализации предложенного способа (необходима всего лишь одна дрель и сверло), и, во-вторых, сверление одним сверлом эталонного образца и испытуемого материала (которым может быть и реальная конструкция) сводит к минимуму влияние погрешностей на затупление сверла, что было проверено экспериментально.The introduction of the distinguishing feature: “drilling is carried out: in the reference sample and in the test material successively with one drill” is necessary in order, firstly, to simplify and reduce the cost of the device for implementing the proposed method (only one drill and drill are needed), and, in secondly, drilling with a single drill a reference sample and the test material (which may be a real design) minimizes the influence of errors on the blunting of the drill, which was verified experimentally.
Введение отличительного признака: «сверление производят: несколько раз в течение одинаковых, заданных временных промежутков» необходимо для того, чтобы усреднить погрешности при каждом сверлении (в течение одинаковых, заданных временных промежутков) и получить более точные результаты измерений.The introduction of the distinguishing feature: “drilling is done: several times during the same, predetermined time intervals” is necessary in order to average the errors during each drilling (during the same, predetermined time intervals) and to obtain more accurate measurement results.
Введение отличительного признака: «сверление производят: с одинаковым постоянным усилием прижима сверла к материалу» необходимо для того, чтобы устранить влияния разных (по силе) усилий прижима сверла к материалу, и, следовательно, не учитывать их при проведении измерений, то есть практически к существенному упрощению способа измерения прочности.The introduction of the distinguishing feature: “drilling is performed: with the same constant force of pressing the drill against the material” is necessary in order to eliminate the effects of different (in strength) efforts of pressing the drill against the material, and therefore not to take them into account when making measurements, that is, practically a significant simplification of the method of measuring strength.
Введение отличительного признака: «вычисляют удельную энергию, затраченную на каждое сверление» необходимо для того, чтобы перейти к величинам, характеризующим материал, которые косвенно можно связать с прочностью материала.The introduction of the distinguishing feature: "calculate the specific energy spent on each drilling" is necessary in order to go to the values characterizing the material, which can indirectly be associated with the strength of the material.
Другими словами сущность способа состоит в сравнении удельных энергий, затраченных на сверление отверстий в эталонном образце и в материале исследуемой конструкции за фиксированный промежуток времени. Так первоначально берут заранее подготовленный образец, известного класса или марки стали, названный эталонным (изготовленный, например, в соответствии с ГОСТ 1497-84), и испытывают его на растяжение при помощи разрывной машины известным способом. В процессе проведения испытаний получают значения предела текучести (σy) и временного сопротивления (σu) эталонного образца (стали), и обозначают их в зависимости от интересующего параметра как σ1. Результаты этих испытаний принимают эталонными для испытываемого материала (стали).In other words, the essence of the method consists in comparing the specific energies spent on drilling holes in the reference sample and in the material of the test structure for a fixed period of time. So initially take a pre-prepared sample of a known class or grade of steel, called the reference (made, for example, in accordance with GOST 1497-84), and test it in tension using a tensile testing machine in a known manner. In the process of testing, the yield strength (σ y ) and temporary resistance (σ u ) values of the reference sample (steel) are obtained, and they are designated as σ 1 depending on the parameter of interest. The results of these tests are taken as reference for the test material (steel).
Далее, по предложенному выше способу, данный эталонный образец (одним сверлом малого диаметра в нескольких местах) сверлят (проводят заданную серию сверлений) в два этапа в течение одинаковых заданных промежутков времени, и с одинаковым, постоянным усилием прижима сверла к материалу, вычисляют удельную энергию W1, затраченную на каждое сверление (при помощи счетчика электрической энергии, например, с ценой деления Вт*сек), вычисляют среднюю удельную энергию сверлений эталонного образца. Таким образом, получают исходные данные, а именно W1, σ1 для проведения последующих испытаний материала (строительных сталей) в существующих конструкциях.Further, according to the method proposed above, this reference sample (with one drill of small diameter in several places) is drilled (carry out a given series of drills) in two stages for the same given intervals of time, and with the same, constant force of pressing the drill against the material, the specific energy is calculated W 1 spent on each drilling (using an electric energy meter, for example, with a division price of W * sec), calculate the average specific drilling energy of the reference sample. Thus, initial data are obtained, namely, W 1 , σ 1 for subsequent material testing (building steels) in existing structures.
Затем, в существующих конструкциях по предложенному способу определяют их прочность. При проведении каждой новой серии сверлений целесообразно использовать новое сверло того же диаметра, той же марки с одной и той же партии завода изготовителя, что позволяет свести к минимуму погрешности на затупление сверла. А так как сверла одной и той же марки, одной и той же партии завода изготовителя обладают одинаковыми свойствами, то появляется возможность проведений многократных новых серий сверлений, и, следовательно, определений прочности материала каждого элемента в существующих конструкциях с однократной серией сверлений материала эталонного образца.Then, in existing structures according to the proposed method, their strength is determined. When conducting each new series of drilling, it is advisable to use a new drill of the same diameter, the same grade from the same batch of the manufacturer, which minimizes errors in blunting the drill. And since the drills of the same brand, of the same batch of the manufacturer have the same properties, it becomes possible to conduct multiple new series of drilling, and, therefore, determine the strength of the material of each element in existing structures with a single series of drilling of the material of the reference sample.
Сущность устройства для реализации способа определения прочности материала (далее по тексту устройство) следующая: Устройство содержит электрическую дрель со сверлом и механизмом постоянного ее прижима, для сверления испытуемого материала, измерительные приборы по измерению затрачиваемой электрической дрелью энергии, времени и глубины сверления, состоит из трубчатого корпуса, внутри которого с возможностью осевого перемещения в подшипниковых узлах установлена электрическая дрель со сверлом, которая с тыльной стороны подпружинена с возможностью трех значений постоянного прижима к испытуемому материалу электрической дрели, к которой через счетчик электрической энергии и программируемое реле времени подсоединена электрическая аккумуляторная батарея, трубчатый корпус содержит с внешней стороны два вертикальных и один горизонтальный уровни положения трубчатого корпуса, и регулируемую измерительную шкалу осевого перемещения дрели при сверлении, вблизи торцевого среза трубчатый корпус содержит, как минимум, одно боковое окно и расположенные равномерно по окружности три установочных болта с упорными головками. Электрическая дрель может быть выполнена с электродвигателем постоянного тока. Трубчатый корпус с внешней стороны может содержать рукоятку с курком, кинематически связанным с электрическим включателем на два положения - включения двухэтапного сверления испытуемого образца материала.The essence of the device for implementing the method for determining the strength of the material (hereinafter referred to as the device) is as follows: The device contains an electric drill with a drill and a mechanism for its constant clamping, for drilling the test material, measuring instruments for measuring the energy spent by the electric drill, time and depth of drilling, consists of a tubular case, inside of which with the possibility of axial movement in the bearing units installed an electric drill with a drill, which on the back side is spring-loaded with with the possibility of three values of constant clamping of an electric drill to the test material, to which an electric storage battery is connected via an electric energy meter and a programmable time switch, the tubular body contains two vertical and one horizontal levels of the position of the tubular body on the outside, and an adjustable measuring scale of the axial movement of the drill with drilling, near the end cut, the tubular body contains at least one side window and arranged uniformly around the circumference Three mounting screws with thrust heads. An electric drill can be made with a DC motor. The tubular body on the outside can contain a handle with a trigger kinematically connected to the electric switch in two positions - the inclusion of a two-stage drilling of the test material sample.
Введение отличительного признака: «содержит трубчатый корпус, внутри которого с возможностью осевого перемещения в подшипниковых узлах установлена электрическая дрель со сверлом, которая с тыльной стороны подпружинена с возможностью трех значений постоянного прижима к испытуемому материалу электрической дрели» необходимо для создания портативного, переносного, недорогого и надежного устройства небольшого веса, позволяющего проводить сверление материала непосредственно в материале существующей (стальной) конструкции вертикально вниз, горизонтально, либо вертикально вверх, при этом прижим к испытуемому материалу сверла электрической дрели остается постоянным, что позволяет устранить влияния разных (по силе) усилий прижима сверла к материалу, и, следовательно, дает возможность не учитывать их при проведении измерений. Другими словами, при любом положении материала исследуемой конструкции относительно горизонтальной плоскости прижим к испытуемому материалу сверла электрической дрели всегда остается постоянным.The introduction of the distinguishing feature: “contains a tubular housing inside which with the possibility of axial movement in the bearing assemblies an electric drill with a drill is installed, which is spring-loaded on the back with the possibility of three values of constant pressure of the electric drill to the test material” is necessary to create a portable, portable, inexpensive and reliable device of small weight, allowing to drill material directly in the material of the existing (steel) structure vertically down, horizontally, or vertically upward, while the clamp to the test material of the drill of an electric drill remains constant, which eliminates the effects of different (in strength) efforts to clamp the drill to the material, and, therefore, makes it possible not to take them into account when taking measurements. In other words, at any position of the material of the investigated structure relative to the horizontal plane, the clamp to the test material of the drill of an electric drill always remains constant.
Введение отличительного признака: «к электрической дрели, через счетчик электрической энергии и программируемое реле времени подсоединена электрическая аккумуляторная батарея» также необходимо для создания портативного, переносного, недорогого и надежного устройства, небольшого веса; использование аккумуляторной батареи позволяет подводить к дрели электрический ток; программируемое реле времени дает возможность задавать равные промежутки времени, при сверлении отверстий в материале (стали), счетчик электрической энергии дает возможность непосредственно измерять количество энергии, затраченное на сверление каждого отверстия в испытуемом материале (стали).The introduction of a distinctive feature: “an electric battery is connected to an electric drill through an electric energy meter and a programmable time relay” is also necessary to create a portable, portable, inexpensive and reliable device, light weight; the use of a battery allows electric current to be supplied to the drill; a programmable time relay makes it possible to set equal time intervals when drilling holes in a material (steel), an electric energy meter makes it possible to directly measure the amount of energy spent drilling each hole in a test material (steel).
Введение отличительного признака: «трубчатый корпус содержит с внешней стороны два вертикальных и один горизонтальный уровни положения трубчатого корпуса…, а вблизи торцевого среза расположенные равномерно по окружности три установочных болта с упорными головками» необходимо для возможности выставить устройство строго горизонтально или вертикально, в зависимости от необходимости.The introduction of the distinguishing feature: “the tubular body contains on the outside two vertical and one horizontal levels of the position of the tubular body ... and near the end section there are three installation bolts with thrust heads evenly spaced around” it is necessary to place the device strictly horizontally or vertically, depending on necessary.
Введение отличительного признака: «трубчатый корпус содержит с внешней стороны регулируемую измерительную шкалу осевого перемещения дрели при сверлении» необходимо для измерения глубины отверстий, образовавшихся во время заключительного этапа сверления.The introduction of the distinguishing feature: “the tubular body contains, on the outside, an adjustable measuring scale for the axial movement of the drill during drilling” is necessary to measure the depth of the holes formed during the final stage of drilling.
Введение отличительного признака: «вблизи торцевого среза трубчатый корпус содержит, как минимум, одно смотровое окно» необходимо для облегчения замены сверла, визуального наблюдения за его состоянием и ходом сверления (чтобы своевременно заметить заклинивание либо излом сверла, если они произойдут).The introduction of the distinguishing feature: “near the end cut, the tubular body contains at least one inspection window” is necessary to facilitate the replacement of the drill, visual observation of its condition and the course of drilling (in order to notice jamming or kink of the drill in time if they occur).
Введение отличительного признака: «электрическая дрель выполнена с электродвигателем постоянного тока» дает возможность уйти от значения сosφ (где φ - фазовый угол синусоид напряжения и тока, при определении значений активной мощности), что существенно снижает погрешность измерения значений энергий, затраченных на сверление отверстий, и соответственно повышает точность измерений. Это также позволит упростить схему электропитания от аккумуляторной батареи, исключив из нее инвертор преобразования постоянного тока в переменный.The introduction of the distinguishing feature: “an electric drill is made with a direct current electric motor” makes it possible to get away from the value of cosφ (where φ is the phase angle of the voltage and current sinusoids when determining the values of active power), which significantly reduces the error in measuring the energies spent on drilling holes, and accordingly increases the accuracy of measurements. This will also simplify the power supply circuit of the battery by eliminating the inverter from converting direct current to alternating current.
Введение отличительного признака: «трубчатый корпус с внешней стороны содержит рукоятку с курком, кинематически связанным с электрическим включателем на два положения - включения двухэтапного сверления испытуемого образца материала» необходимо для удобства удерживания одной рукой устройства при сверлении материала конструкции (и включения программируемого реле времени на предварительный и заключительный этапы сверления), так как другая рука должна быть использована для установки регулируемой измерительной шкалы в «нулевую отметку» после предварительного этапа сверления.The introduction of the distinguishing feature: “the tubular body on the outside contains a handle with a trigger kinematically connected to the electric switch in two positions — turning on the two-stage drilling of the test material sample” is necessary for the convenience of holding the device with one hand while drilling the construction material (and turning on the programmable time relay for preliminary and the final stages of drilling), since the other hand should be used to set the adjustable measuring scale to “zero "After pre-drilling stage.
На фиг.1 представлено устройство для реализации способа определения прочности материала. На фиг.2 - механизм для осуществления постоянного усилия прижима сверла к материалу. На фиг.3 - вид А по фиг.1 (с торца). На фиг.4 - вид В по фиг.2. На фиг.5 - разрез 1-1 по фиг.1. На фиг.6 - разрез 2-2 по фиг.1. На фиг.7 - вид положения устройства для сверления вертикально вниз. На фиг.8 - вид положения устройства для горизонтального сверления. На фиг.9 - вид положения устройства для сверления вертикально вверх. На фиг.10 - вид горизонтального сверления при наклонных существующих конструкциях. На фиг.11 - узел I из фиг.8. На фиг.12 - узел II из фиг.10.Figure 1 shows a device for implementing the method for determining the strength of the material. Figure 2 is a mechanism for realizing a constant force of clamping the drill to the material. Figure 3 is a view A of figure 1 (from the end). Figure 4 is a view In figure 2. Figure 5 - section 1-1 of figure 1. Figure 6 is a section 2-2 of figure 1. 7 is a view of the position of the device for drilling vertically down. On Fig is a view of the position of the device for horizontal drilling. In Fig.9 is a view of the position of the device for drilling vertically upward. Figure 10 is a view of horizontal drilling with inclined existing structures. In Fig.11 - node I of Fig.8. In Fig.12 - node II of Fig.10.
Устройство состоит из трубчатого корпуса 1, внутри которого с возможностью осевого перемещения в подшипниковых узлах 2 установлена электрическая дрель 3 со сверлом 4, которая с тыльной стороны подпружинена с возможностью трех значений постоянного прижима к испытуемому материалу электрической дрели 3. Трубчатый корпус 1 содержит с внешней стороны два вертикальных 5 и один горизонтальный 6 уровни положения трубчатого корпуса, и регулируемую измерительную шкалу 7 осевого перемещения дрели 3 при сверлении. Вблизи торцевого среза трубчатый корпус 1 содержит два боковых окна 8 и расположенные равномерно по окружности и жестко прикрепленные к трубчатому корпусу 1 три уголка 9 с резьбой для установочных болтов с упорными головками 10. Трубчатый корпус 1 также содержит продольную щель 11 для индикатора 12 (жестко прикрепленного к электрической дрели 3) для регулируемой измерительной шкалы 7. К электрической дрели 3, посредством электрического кабеля через счетчик электрической энергии 13 и программируемое реле времени 14, подсоединена электрическая аккумуляторная батарея 15. В прикрепленную к трубчатому корпусу 1 рукоятку 16 вмонтирован электрический включатель 17 на два положения, для управления программируемым реле времени 14. К электрическому выключателю 17 кинематически подсоединен курок 18. Нажатием (легким) курка 18 до первого положения выключателя 17 через определенное время запускается режим предварительного этапа сверления, а сильным нажатием курка 18 - до второго положения выключателя 17 через определенное время запускается режим заключительного этапа сверления. На торцевой срез трубчатого корпуса 1 установлено кольцо из антифрикционного материала 19 (для прижима к исследуемой конструкции). Механизм постоянного прижима электрической дрели 3 состоит из калиброванной пружины сжатия 20, прижимного диска 21, задней крышки 22 (трубчатого корпуса 1) с навинчивающейся резьбой и центральным отверстием, в которое установлен шток 23 с рукояткой, жестко закрепленный внутри трубчатого корпуса 1 к прижимному диску 21. На штоке установлены три фиксатора 24 положения сверления в виде поперечных к штоку стержней. По фиг.2. фиксаторы положений сверления 24, начиная слева направо, обозначены условными буквенными обозначениями, соответствующими трем основным положениям сверления («в» - вертикально вверх, «г» - горизонтальному сверлению, «н» - вертикально вниз). Задняя крышка 22 у центрального отверстия имеет два симметричных выреза 25 под фиксаторы 24, а со своей внутренней стороны перпендикулярные вырезам 25 симметричные полукруглые углубления 26 для фиксаторов 24.The device consists of a
Устройство работает следующим образом: первоначально подсоединяют устройство, состоящее из трубчатого корпуса 1, внутри которого с возможностью осевого перемещения в подшипниковых узлах 2 установлена электрическая дрель 3 со сверлом 4, посредством электрических кабелей к счетчику электрической энергии 13, программируемому реле времени 14 и электрической аккумуляторной батарее 15. Программируемое реле времени 14 соединено с электрическим включателем 17, имеющим два положения включения, который кинематически подсоединен к курку 18 и вмонтирован в рукоятку 16. Затем устройство подносят к исследуемой конструкции, и прижимают его к ней кольцом из антифрикционного материала 19. Это кольцо препятствует скольжению вдоль поверхности материала. С помощью размещенных в уголках 9 установочных болтов с упорными головками 10, по двум вертикальным 5 и одному горизонтальному 6 уровням, выставляют трубчатый корпус 1 в строго в вертикальное или горизонтальное положение. В зависимости от направления сверления выставляют механизм постоянного прижима электрической дрели 3. По фиг.7: для сверления вертикально вниз шток 23 с рукояткой вставляют внутрь трубчатого корпуса 1 через центральное отверстие задней крышки 22, пока первый фиксатор 24, обозначенный буквой «н» (низ), не войдет в два симметричных выреза 25, после чего шток 23 при помощи рукоятки поворачивают на 90°, чтобы первый фиксатор 24 под действием сжатой пружины 20 (через прижимной диск 21) встанет в полукруглые углубления 26. При этом своим другим концом пружина 20 будет прижимать электрическую дрель с постоянным усилием к материалу исследуемой конструкции. Так как линейный размер глубины сверления значительно меньше расстояния между фиксаторами 24 (это расстояние 5÷10 см), пружина сжатия 20 будет работать на малых перемещениях и с малым изменением силы сжатия. Таким образом, можно допустить, что и с постоянным усилием прижима. При всех положениях сверления прижимное усилие, действующее на сверло, одинаково. По фиг.8: для сверления горизонтально шток 23 с рукояткой аналогично вставляют внутрь трубчатого корпуса 1, пока второй фиксатор 24, обозначенный буквой «г» (горизонтально), не войдет в полукруглые углубления 26. По фиг.9: для сверления вертикально вверх шток 23 с рукояткой аналогично вставляют внутрь трубчатого корпуса 1, пока третий фиксатор 24, обозначенный буквой «в» (вверх), не войдет в полукруглые углубления 26. Далее производят сверление в два этапа. Первоначально легким нажатием курка 18 переводят включатель 17 в первое положение, при этом программируемое реле времени 14 включает этап предварительного сверления, который длится 1÷10 с. После проведения этапа предварительного сверления под выходящий из продольной щели 11 индикатор 12 заново выставляют регулируемую измерительную шкалу 7 в «нулевое положение», а также обнуляют показания счетчика электрической энергии 13. Далее производят заключительный этап сверления, при котором сильным нажатием курка 18 переводят включатель 17 во второе положение, - программируемое реле времени 14 включает этап заключительного сверления, который длится 30÷300 с (в зависимости от предполагаемой прочности материала). Процессы предварительного и заключительного сверлений визуально контролируют через боковые окна 8. По окончании второго заключительного этапа сверления, не меняя положения устройства, измеряют глубину отверстия через показания индикатора 12 на измерительной шкале 7, а также со счетчика электрической энергии 13 снимают показания энергии, затраченной на сверление. Точность измерения глубины отверстий должна быть не менее 0,1 мм. Снятые показания заносят в таблицу для дальнейших вычислений по предложенному выше способу, после чего весь процесс работы устройства повторяется.The device operates as follows: initially connect a device consisting of a
Заключительные этапы сверления производят в течение равных промежутков времени. Эти промежутки задают при помощи реле времени 24. Полученные в ходе измерений значения глубины отверстия и величины энергии в дальнейшем используют для определения удельной энергии, затраченной на сверление отверстия определенного объема. Число сверлений в эталонном образце и материале исследуемой конструкции должно быть не менее трех - это снижает погрешность в измерениях, расстояние между отверстиями должно быть не менее 5 см, тем самым уменьшается вероятность попасть в дефект материала, время сверления материала (металла) должно быть не менее 30 сек.The final stages of drilling produce for equal periods of time. These intervals are set using a
Полагаем, что предложенные способ определения прочности материала и устройство для его реализации обладают всеми критериями изобретения, так как совокупность ограничительных и отличительных признаков формулы изобретения по п.1, п.2, п.3 и п.4 является новым для способов и конструкций определения прочности материалов, и, следовательно, соответствует критерию "новизна".We believe that the proposed method for determining the strength of the material and the device for its implementation have all the criteria of the invention, since the combination of restrictive and distinctive features of the claims according to
Совокупность признаков формулы изобретения предложенного способа и устройства для его реализации неизвестна на данном уровне развития техники и не следует общеизвестным правилам определения прочности материалов, а также не следует общеизвестным правилам разработки и конструирования устройств определения прочности материала, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".The set of features of the claims of the proposed method and device for its implementation is unknown at this level of technology and does not follow well-known rules for determining the strength of materials, and does not follow well-known rules for the development and construction of devices for determining the strength of a material, which proves compliance with the criterion of "inventive step".
Внедрение способа определения прочности материала и устройства для его реализации не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".The implementation of the method for determining the strength of the material and the device for its implementation does not present any structural, technical and technological difficulties, whence the compliance with the criterion of "industrial applicability" follows.
ЛитератураLiterature
1. Авторское свидетельство СССР: 1820277 от 07.06.1993 года, Бюл. №21, МПК G01N 3/00 - «Способ определения механических свойств металлических изделий».1. USSR author's certificate: 1820277 of 06/07/1993, bull. No. 21,
2. Авторское свидетельство СССР: SU 365622 от 08.01.1973 года, Бюл. №6, МПК G01N 3/00 - «Способ определения условного предела текучести стальных материалов».2. USSR author's certificate: SU 365622 dated 01/08/1973, Bull. No. 6,
3. Авторское свидетельство СССР: SU 1116345 от 30.09.1984 года, Бюл. №36, МПК G01N 3/24 - «Устройство для испытаний металлов методом среза резьбы».3. USSR author's certificate: SU 1116345 of 09/30/1984, Bull. No. 36,
4. Патент Германии: DE 10031333 А1 20010118, опубл. 18.01.2001 года, МПК, G01N 3/00, G01N 3/02, G01N 33/46, «Способ и устройство для испытания материала, в частности древесины или пиломатериала, с помощью измерения работы, затраченной на проникновение» - прототип.4. German patent: DE 10031333 A1 20010118, publ. 01/18/2001, IPC,
Claims (4)
где σfact - предел текучести (предел прочности) испытуемого материала;
σ1 - предел текучести (предел прочности) эталонного образца;
Wfact - удельная энергия, затраченная на сверление испытуемого материала;
W1 - удельная энергия, затраченная на сверление эталонного образца.1. The method of determining the strength of the material, which consists in drilling the test material, measuring the energy consumed, time, drilling depth with subsequent indirect determination by calculation of the physical strength properties of the material, characterized in that the drilling is carried out in two stages in the reference sample and in the test material in series with one the drill several times over the same predetermined time intervals, and with the same constant effort to hold the drill against the material, calculate the specific energy calculated for each drilling, which calculate the average specific drilling energy of the test material, then compare the average specific drilling energy of the test material and the reference sample with known strength and calculate the strength of the test material by the formula
where σ fact is the yield strength (tensile strength) of the test material;
σ 1 - yield strength (tensile strength) of the reference sample;
W fact - specific energy spent on drilling the test material;
W 1 - specific energy spent on drilling a reference sample.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011105474/28A RU2465567C1 (en) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Method for determining material strength, and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011105474/28A RU2465567C1 (en) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Method for determining material strength, and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011105474A RU2011105474A (en) | 2012-08-20 |
| RU2465567C1 true RU2465567C1 (en) | 2012-10-27 |
Family
ID=46936291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011105474/28A RU2465567C1 (en) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Method for determining material strength, and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2465567C1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106940265A (en) * | 2017-05-17 | 2017-07-11 | 长安大学 | A kind of ring shear test preparation of soil sample device and method for making sample |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU49418A1 (en) * | 1935-01-14 | 1936-08-31 | строительной механики Всеукраинской Академии Наук Институт | Drilling Tester |
| SU817255A1 (en) * | 1979-06-15 | 1981-03-30 | Государственный Научно-Исследова-Тельский Проектно-Конструкторскийи Проектный Институт Угольной Про-Мышленности "Укрниипроект" | Rock-testing device |
| DE10031333A1 (en) * | 1999-07-01 | 2001-01-18 | Frank Rinn | Method and device for testing materials through penetration and separation resistance measurement uses a spindle stroke gearing mechanism with a spindle and a variable-speed motor drawing itself along the spindle. |
| RU2303251C1 (en) * | 2006-03-22 | 2007-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Arrangement for definition of durability of rocks in a massif |
-
2011
- 2011-02-14 RU RU2011105474/28A patent/RU2465567C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU49418A1 (en) * | 1935-01-14 | 1936-08-31 | строительной механики Всеукраинской Академии Наук Институт | Drilling Tester |
| SU817255A1 (en) * | 1979-06-15 | 1981-03-30 | Государственный Научно-Исследова-Тельский Проектно-Конструкторскийи Проектный Институт Угольной Про-Мышленности "Укрниипроект" | Rock-testing device |
| DE10031333A1 (en) * | 1999-07-01 | 2001-01-18 | Frank Rinn | Method and device for testing materials through penetration and separation resistance measurement uses a spindle stroke gearing mechanism with a spindle and a variable-speed motor drawing itself along the spindle. |
| RU2303251C1 (en) * | 2006-03-22 | 2007-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Arrangement for definition of durability of rocks in a massif |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011105474A (en) | 2012-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tannert et al. | In situ assessment of structural timber using semi-destructive techniques | |
| Kasal et al. | In situ assessment of structural timber | |
| US6718820B2 (en) | Apparatus for indentation test and method for measuring mechanical properties using it | |
| EP2356425B1 (en) | Portable polymer tester | |
| CN105043865B (en) | Concrete damage fracture property method of testing under double-field coupled | |
| Mirzaakhmedova | Inspection of concrete in reinforced concrete elements | |
| Kloiber et al. | Prediction of mechanical properties by means of semi-destructive methods: A review | |
| EP2952866A1 (en) | Method for evaluating residual stress by using instrumented indentation test technique, storage medium storing computer program including same, and indentation test apparatus for performing instrumented indentation test by operating storage medium | |
| Daoud et al. | Strain-energy release rate for a single-edge-cracked circular bar in tension | |
| Kloiber et al. | Conventional compressive strength parallel to the grain and mechanical resistance of wood against pin penetration and microdrilling established by in-situ semidestructive devices | |
| CN107991195A (en) | A kind of method that elastic deformation energy at rock material peak load point is measured in three-point bending fracture experiment | |
| CN1979161A (en) | Method for detecting residual strain of thermal-continuous-rolled high-strength steel plate | |
| RU2465567C1 (en) | Method for determining material strength, and device for its implementation | |
| JP5760244B2 (en) | Low cycle fatigue crack growth evaluation method | |
| WO2017054919A1 (en) | Device for checking a martindale sample holder with an inserted sample, and arrangement comprising the apparatus and the sample holder | |
| Efimov | Determination of tensile strength by the measured rock bending strength | |
| CN110726586A (en) | On-site micro-damage sampling detection method for wood strength | |
| JP3672527B2 (en) | Method and apparatus for estimating strength of concrete | |
| JP2007108095A (en) | Method and device for diagnosing member irradiated with neutron | |
| CN112683880B (en) | Device and method for rapidly determining mineral content based on Raman spectrum analysis | |
| Liehr et al. | Energy resolved residual stress analysis with laboratory X-ray sources | |
| US4182163A (en) | Method and apparatus for measuring the strength of a fibrous body | |
| KR101655566B1 (en) | Apparatus for safety assessement of glass materials and evaluation method thereof | |
| CN110031281B (en) | Method for determining steel type | |
| RU179920U1 (en) | Device for determining the adhesion of coatings to the substrate |