RU2532234C1 - Способ измерения механических свойств материала в условиях всестороннего давления (варианты) - Google Patents
Способ измерения механических свойств материала в условиях всестороннего давления (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2532234C1 RU2532234C1 RU2013114082/28A RU2013114082A RU2532234C1 RU 2532234 C1 RU2532234 C1 RU 2532234C1 RU 2013114082/28 A RU2013114082/28 A RU 2013114082/28A RU 2013114082 A RU2013114082 A RU 2013114082A RU 2532234 C1 RU2532234 C1 RU 2532234C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- hydrostatic pressure
- load
- matrix
- plastic metal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области исследования, а именно измерения механических свойств твердых материалов, например твердых геологических пород в условиях гидростатического давления, и может быть использовано для оценки их качества, а именно их прочности и модуля упругости при сжатии. Сущность: размещают образец материала, окруженного высокопластичным металлом, в матрице устройства, обеспечивающего условия гидростатического давления на образец. Нагрузку прикладывают двумя пуансонами, причем внешний пуансон задает гидростатическое давление на образец материала при его воздействии на высокопластичный металл, а внутренний пуансон обеспечивает нагрузку непосредственно на образец материала. По второму варианту осуществления способа нагрузку на образец материала прикладывают одним пуансоном, который задает гидростатическое давление на образец при его воздействии на высокопластичный металл и одновременно обеспечивает нагрузку непосредственно на образец материала, причем матрица устройства имеет канал, по сечению которого определяют гидростатическое давление, действующее на образец материала. Технический результат: возможность измерения механических свойств материала в условиях всестороннего давления. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области исследования, а именно измерения механических свойств твердых материалов, например твердых геологических пород в условиях гидростатического давления, и может быть использовано для оценки их качества, а именно их прочности и модуля упругости при сжатии.
Известен способ определения предела выносливости металлических материалов (RU 2082146, G01N 3/08, опубл. 20.06.1997) [1]. Сущность способа: статически нагружают испытуемый образец и определяют напряжение перехода от линейного накопления остаточной деформации к нелинейному с последующим нагружением другого образца, идентичному вышеуказанному, меньшим напряжением и измеряют величину линейной релаксации, после чего о пределе выносливости судят по измеренным параметрам статического нагружения и релаксации напряжений.
Недостатком известного способа является то, что таким образом необходимо проводить многократное нагружение материала, в результате чего он может изменять свои свойства.
Известен способ определения коэффициента пуансона горных пород (RU 2350922, G01N 3/08 опубл. 27.03.2009) [2]. Сущность способа: одноосно нагружают образец в два цикла и измеряют величины физических откликов, сопровождающих это нагружение. Двухцикловому нагружению подвергают также второй образец, который изготовлен из того же керна, что и первый. Первый цикл нагружения первого образца осуществляют в режиме запрещенных боковых деформаций, а второго - по схеме Кармана в режиме трехосного осесимметричного сжатия. Второй образец во втором цикле нагружают одноосно, причем в качестве откликов образцов в процессе второго цикла их нагружения измеряют активность акустической эмиссии. Определяют величины осевых напряжений, соответствующих максимуму активности акустической эмиссии каждого из образцов, и определяют коэффициент Пуассона по формуле.
Недостатком известного способа является очень сложная схема многократного нагружения.
Известен способ измерения упругих констант материалов (RU 2465551, G01B 9/021, G01N 3/20, опубл. 27.10.2012) [3]. Сущность способа: нагружают образец, установленный в захватах, расчетной нагрузкой. Записывают цифровую голограмму образца без нагрузки. Прикладывают заданное нагружающее усилие и записывают голограмму образца в нагруженном состоянии. Рассчитывают цифровую голографическую интерферограмму образца. Измеряют нормальные перемещения поверхности образца при изгибе и определяют значение модуля упругости и модуля сдвига. Указанную последовательность действий осуществляют повторно, используя разные значения нагружающего усилия, и на основе полученных значений вычисляют среднее значение модуля упругости, модуля сдвига и коэффициента Пуассона. Технический результат: повышение точности измерения упругих констант материалов с одновременным сокращением временных затрат на подготовку и проведение измерений, а также на обработку результатов.
Недостатком известного способа является необходимость применения голографических методов, которые достаточно трудно сопоставлять с реальными механическими нагрузками.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является (SU 1801060 B22F 3/20, 3/24, 07.03.93) [4]. Сущность способа: нагретую капсулу с заготовкой продавливают через матрицу, рабочий диаметр которой относится к диаметру заготовки как 1.05-1.18, причем используют капсулу с утолщенным дном, эквивалентным пресс-остатку, и носовой частью, имеющей форму усеченного конуса, повторяющего профиль матричной воронки.
Недостатком известного способа является невозможность измерения усилий в образце в процессе продавливания через фильеру.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа измерения механических свойств материала в условиях всестороннего давления.
Предлагаемый способ прост в реализации, может быть реализован при использовании обычных испытательных машин и позволяет измерять прочность и модуль упругости при сжатии твердых материалов, например твердых геологических пород.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый способ измерения механических свойств материала в условиях всестороннего давления заключается в размещении образца материала, окруженного высокопластичным металлом, в матрицу устройства, обеспечивающего условия гидростатического давления на образец, и приложении нагрузки на образец материала.
При этом в первом варианте способа нагрузку осуществляют двумя пуансонами, причем внешний пуансон задает гидростатическое давление на образец материала при его воздействии на высокопластичный металл, а внутренний пуансон обеспечивает нагрузку непосредственно на образец материала.
Во втором варианте способа нагрузку на образец материала осуществляют одним пуансоном, который задает гидростатическое давление на образец материала при его воздействии на высокопластичный металл и одновременно обеспечивает нагрузку непосредственно на образец материала, причем матрица устройства имеет канал, по сечению которого определяют гидростатическое давление, действующее на образец материала.
В качестве высокопластичного металла используют свинец или алюминий.
В предлагаемом способе дополнительно осуществляют охлаждение или нагрев матрицы устройства с образцом в интервале температур от 100 К до температуры плавления пластичного материала.
Сущность изобретения состоит в том, что в первом варианте предлагаемого способа используют двухпуансонный метод нагрузки на образец твердого материала, в этом случае внешний пуансон создает гидростатическое давление на образец материала посредством нагрузки на высокопластичный металл (свинец, алюминий и др.), который окружает образец материала в матрице, изготовленной из высокопрочной стали. Внутренний (активный) пуансон осуществляет нагрузку непосредственно на образец твердого материала.
При осуществлении способа по второму варианту, когда в испытательной машине отсутствует возможность раздельного двухпуансонного нагружения (одна подвижная опора, плита см. прототип [4] на дне матрицы выполняют канал для возможности истечения высокопластичного металла вследствие его экструзии через этот канал. Изменение сечения этого канала определяет гидростатическое давление, под которым находится образец твердого материала.
Матрица с размещенным в ней образцом материала, окруженного высокопластичным металлом, или в целом все устройство, обеспечивающее условия гидростатического давления на образец материала, может быть помещено в установку, обеспечивающее охлаждение или нагрев, давая, таким образом, возможность измерения механических характеристик материала не только при комнатной температуре, но и при пониженных или повышенных температурах. Температуру охлаждения или нагрева под деформацию изменяют в интервале от 100 К, обеспечивая необходимую технологическую пластичность высокопластичного металла. Максимальная температура определяется точкой плавления высокопластичного металла, в частности, алюминия или свинца и обеспечивает минимальное гидростатическое давление.
Величина гидростатического давления на образец твердого материала в обоих случаях определяется из предварительных экспериментов - проводится калибровка устройства.
На фиг.1 представлен общий вид устройства, с помощью которого реализован первый вариант способа, где 1 - матрица, 2 - высокопластичный металл, 3 - внутренний пуансон, осуществляющий нагрузку непосредственно на образец, 4 - внешний пуансон, создающий гидростатическое давление на образец материала посредством нагрузки на высокопластичный металл, 5 - образец материала.
На фиг.2 представлен общий вид устройства, с помощью которого реализован второй вариант способа, где 1 - матрица, 2 - высокопластичный металл, 3 - пуансон, создающий гидростатическое давление на образец материала посредством нагрузки на высокопластичный металл и одновременно осуществляющий нагрузку непосредственно на образец материала, 5 - образец материала, 6 - канал истечения высокопластичного металла, плита 7.
Первый вариант способа осуществляется следующим образом.
При осуществлении изобретения используют матрицу 1 из стали Р6М5, высокопластичный металл 2 - свинец. Помещают образец 5 - спеченную керамику Al2O3 в матрицу, укладывают вокруг образца свинец. Помещают матрицу устройства с образцом из спеченной керамики Al2O3 в окружении свинца на неподвижную опору испытательной машины. Прикладывают нагрузку внешним пуансоном 4 на высокопластичный металл-свинец, который передает гидростатическое давление на образец материала и одновременно вторым внутренним пуансоном 3 непосредственно на сам образец материала. Измеряют перемещение внутреннего пуансона, по которому рассчитывают деформацию образца и усилие, передаваемое им на образец, по которому рассчитывают нагрузку. В процессе приложения нагрузки проводят запись этих величин посредством цифрового преобразователя в компьютер, по которым строят зависимости «напряжение-деформация».
Второй вариант способа осуществляется следующим образом.
При осуществлении изобретения использовали матрицу 1 из стали Р6М5, высокопластичный металл - алюминий 2. Помещают образец 5 твердого материала - геологической породы в матрицу, помещают вокруг образца геологической породы алюминий 2. Матрицу с образцом геологической породы в окружении алюминия нагревают спиральным нагревателем до температуры 350°C и прикладывают нагрузку через плиту 7 и пуансон 3, как на высокопластичный металл, который передает гидростатическое давление на образец материала, так и одновременно непосредственно на сам образец как это показано на фиг.2. На дне матрицы в этом случае выполнен канал 6 для пластического истечения алюминия (происходит его экструзия через этот канал), по сечению которого определяют гидростатическое давление, действующее на образец материала. Измеряют перемещение пуансона, по которому рассчитывают деформацию образца и усилие, передаваемое им на образец, по которому рассчитывают нагрузку. В процессе приложения нагрузки проводят запись этих величин посредством цифрового преобразователя в компьютер, по которым строят зависимости «напряжение-деформация».
Предел прочности рассчитывают по формуле: σ (Па)=F/S,
где F - максимальная нагрузка, которую выдерживает образец, Н; S - площадь сечения образца, м2.
Эффективный модуль упругости рассчитывают по наклону кривой нагружения на начальном - линейном участке.
Claims (6)
1. Способ измерения механических свойств материала в условиях всестороннего давления, заключающийся в размещении образца материала, окруженного высокопластичным металлом, в матрицу устройства, обеспечивающего условия гидростатического давления на образец, приложении нагрузки на образец, отличающийся тем, что нагрузку осуществляют двумя пуансонами, причем внешний пуансон задает гидростатическое давление на образец материала при его воздействии на высокопластичный металл, а внутренний пуансон обеспечивает нагрузку непосредственно на образец материала.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокопластичного металла используют свинец или алюминий.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют охлаждение или нагрев матрицы устройства с образцом в интервале температур от 100 К до температуры плавления пластичного материала.
4. Способ определения механических свойств материала в условиях всестороннего давления, заключающийся в размещении образца материала, окруженного высокопластичным металлом, в матрицу устройства, обеспечивающего условия гидростатического давления на образец, приложении нагрузки на образец, отличающийся тем, что нагрузку на образец материала осуществляют одним пуансоном, который задает гидростатическое давление на образец при его воздействии на высокопластичный металл и одновременно обеспечивает нагрузку непосредственно на образец материала, причем матрица устройства имеет канал, по сечению которого определяют гидростатическое давление, действующее на образец материала.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве высокопластичного металла используют свинец или алюминий.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют охлаждение или нагрев матрицы устройства с образцом в интервале температур от 100 К до температуры плавления пластичного материала.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013114082/28A RU2532234C1 (ru) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Способ измерения механических свойств материала в условиях всестороннего давления (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013114082/28A RU2532234C1 (ru) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Способ измерения механических свойств материала в условиях всестороннего давления (варианты) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013114082A RU2013114082A (ru) | 2014-10-10 |
| RU2532234C1 true RU2532234C1 (ru) | 2014-10-27 |
Family
ID=53379738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013114082/28A RU2532234C1 (ru) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Способ измерения механических свойств материала в условиях всестороннего давления (варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2532234C1 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110455621B (zh) * | 2019-08-06 | 2022-03-22 | 深圳市市政工程总公司 | 无机结合料稳定的建筑废弃物混合料的抗压强度试验方法 |
| CN110631904B (zh) * | 2019-08-06 | 2022-06-03 | 深圳市市政工程总公司 | 无机结合料稳定的建筑废弃物混合料的水稳性测试方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU328369A1 (ru) * | Б. И. Абашкин, И. Забиров, П. Д. Крюков , Б. А. Тарасов | |||
| SU813186A1 (ru) * | 1979-03-19 | 1981-03-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательскийинститут Горной Геомеханики Имаркшейдерского Дела | Установка объемного сжати образцов |
| SU1597681A1 (ru) * | 1988-05-10 | 1990-10-07 | Московский институт радиотехники, электроники и автоматики | Способ динамических испытаний кольцевых образцов на раст жение |
| US7650795B2 (en) * | 2007-03-09 | 2010-01-26 | The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | Test cell for applying a shear stress to a test specimen |
-
2013
- 2013-03-29 RU RU2013114082/28A patent/RU2532234C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU328369A1 (ru) * | Б. И. Абашкин, И. Забиров, П. Д. Крюков , Б. А. Тарасов | |||
| SU813186A1 (ru) * | 1979-03-19 | 1981-03-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательскийинститут Горной Геомеханики Имаркшейдерского Дела | Установка объемного сжати образцов |
| SU1597681A1 (ru) * | 1988-05-10 | 1990-10-07 | Московский институт радиотехники, электроники и автоматики | Способ динамических испытаний кольцевых образцов на раст жение |
| US7650795B2 (en) * | 2007-03-09 | 2010-01-26 | The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | Test cell for applying a shear stress to a test specimen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013114082A (ru) | 2014-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dean et al. | A critical assessment of the “stable indenter velocity” method for obtaining the creep stress exponent from indentation data | |
| CN108414379B (zh) | 一种原位压入测试提取金属弹塑性参数的方法 | |
| WO2016206655A1 (en) | An indentation device, instrumented measurement system, and a method for determining the mechanical properties of materials by the indentation method | |
| Lu et al. | Estimation of surface equi-biaxial residual stress by using instrumented sharp indentation | |
| Liu et al. | Crack initiation and growth in PBX 9502 high explosive subject to compression | |
| Zhang et al. | A constitutive model independent analytical method in determining the tensile properties from incremental spherical indentation tests (ISITs) | |
| CN112284921B (zh) | 基于高温液压鼓胀试样测试的材料单轴应力-应变关系确定方法 | |
| EP3306299B1 (en) | Measurement apparatus for performing indentation/creep test, testing method, physical property evaluation program, and recording medium in which physical property evaluation program is recorded. | |
| Zhong et al. | A procedure for predicting strength properties using small punch test and finite element simulation | |
| CN103323391B (zh) | 一种双动式摩擦系数测定装置及其测定方法 | |
| RU2532234C1 (ru) | Способ измерения механических свойств материала в условиях всестороннего давления (варианты) | |
| Matos et al. | Fretting fatigue performance and life prediction of 1120 aluminum alloy wires of overhead conductors | |
| Khan et al. | Development of material model for assessment of brittle cracking behavior of plexiglas | |
| RU2357224C1 (ru) | Способ испытаний на релаксацию напряжения при изгибе | |
| KR101655566B1 (ko) | 유리소재 안전성 평가 장치 및 평가 방법 | |
| KR101631747B1 (ko) | 재질손상 국소진단을 위한 압입 탄성계수 측정장치 및 그 측정방법 | |
| US3397572A (en) | Device for measuring stressstrain curve | |
| RU2612197C1 (ru) | Установка для исследования твердости образца из токсичного материала | |
| Glaser et al. | Comparison between Stereo Optical Strain Measurements and Finite Element Results in Stress Concentration Zones | |
| Lupoi et al. | Under surface pressure sensing technique for the evaluation of contact stresses | |
| CN109900560A (zh) | 一种基于锥台形试样的金属材料变形-组织关系测试方法 | |
| Szymczak et al. | Determination of artificial defects in material under monotonic tension by the use of FEM and DIC methods | |
| Regodic et al. | Development of omega deformeter | |
| SLAIS et al. | VERIFICATION OF MEASUREMENT OF DYNAMIC LOADING DURING THE TAYLOR ANVIL TEST. | |
| KR101685507B1 (ko) | 계면접합력 평가방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190330 |