RU2538414C2 - Device for determining modulus of elasticity of structural materials - Google Patents
Device for determining modulus of elasticity of structural materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2538414C2 RU2538414C2 RU2013121248/28A RU2013121248A RU2538414C2 RU 2538414 C2 RU2538414 C2 RU 2538414C2 RU 2013121248/28 A RU2013121248/28 A RU 2013121248/28A RU 2013121248 A RU2013121248 A RU 2013121248A RU 2538414 C2 RU2538414 C2 RU 2538414C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elasticity
- modulus
- determining
- structural materials
- loading mechanism
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к устройствам для определения упругих характеристик материалов при изгибе, и может быть использовано для определения зависимости модуля упругости конструкционных материалов как от температуры, так и от величины изгибающих напряжений.The invention relates to the field of testing equipment, and in particular to devices for determining the elastic characteristics of materials under bending, and can be used to determine the dependence of the modulus of elasticity of structural materials both on temperature and on the magnitude of bending stresses.
Область применения - машиностроение, металлургия и др.Scope - mechanical engineering, metallurgy, etc.
Модуль упругости - это величина, характеризующая упругие свойства материала. Модуль упругости устанавливается экспериментально-механическим испытанием образцов изучаемых материалов и не является строго постоянной величиной для одного и того же материала, его значения меняются в зависимости от химического состава и кристаллической структуры материала, от его предварительной обработки (термическая обработка, прокат, ковка и др.), а также от температуры материала - Фридман Я.Б., Механические свойства металлов, 2 изд., М., 1952 г., - поэтому при расчетах, учитывающих упругие характеристики деталей машин и их элементов, необходимо знать значение модуля упругости при различных температурах и величины изгибающих напряжений.The elastic modulus is a quantity characterizing the elastic properties of a material. The elastic modulus is established by experimental-mechanical testing of samples of the studied materials and is not a strictly constant value for the same material, its values vary depending on the chemical composition and crystal structure of the material, on its preliminary processing (heat treatment, rolling, forging, etc. ), as well as on the temperature of the material - Friedman Ya.B., Mechanical properties of metals, 2nd ed., Moscow, 1952 - therefore, when calculating the elastic characteristics of machine parts and their elements, It is necessary to know the value of the elastic modulus at various temperatures and the magnitude of bending stresses.
Известен способ определения модуля упругости металлических материалов и устройство для его осуществления [Патент РФ 2169355 C1, G01N 3/20, 3/18, 20.06.2000].A known method of determining the modulus of elasticity of metallic materials and a device for its implementation [RF Patent 2169355 C1, G01N 3/20, 3/18, 06/20/2000].
В указанном устройстве исследуемый образец нагружают на изгиб поочередно двумя грузами разной величины при нормальной и заданной температурах, измеряют максимальные прогибы образца и расчетным путем определяют модуль упругости материала при заданной температуре.In the specified device, the test sample is bent alternately with two loads of different sizes at normal and predetermined temperatures, the maximum deflection of the sample is measured, and the elastic modulus of the material at a given temperature is determined by calculation.
К недостаткам указанного устройства следует отнести сложность конструкции и наличие электрозависимых компонентов (тензодатчиков), которые вносят существенные погрешности в измерения, кроме того, для проведения измерений требуется наличие дорогостоящего испытательного оборудования.The disadvantages of this device include the complexity of the design and the presence of electrically dependent components (strain gauges), which introduce significant errors in the measurement, in addition, the measurement requires expensive test equipment.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для определения модуля упругости конструкционных материалов при повышенных температурах [Патент РФ 2308016 С2, G01N 3/20, 3/18, 20.01.2007]. В указанном устройстве исследуемый образец помещают в муфельную печь и нагружают на изгиб на 2-х призматических опорах столика приложенной по центру сосредоточенной силой фиксированной величины при различных температурах, фиксируют величину прогиба балки и по ней с учетом геометрических размеров образца и по известным из курса сопротивления материалов формулам определяют величину модуля упругости при различной температуре.Closest to the proposed invention is a device for determining the modulus of elasticity of structural materials at elevated temperatures [RF Patent 2308016 C2, G01N 3/20, 3/18, 01/20/2007]. In the indicated device, the test sample is placed in a muffle furnace and bent on 2 prismatic table supports with a fixed fixed value applied in the center by concentrated force at various temperatures, the deflection of the beam is recorded and according to it taking into account the geometric dimensions of the sample and the materials known from the resistance course formulas determine the magnitude of the modulus of elasticity at different temperatures.
Данное устройство также содержит ряд недостатков, а именно: невозможность снятия зависимостей упругих свойств от величины изгибающих напряжений в силу статичности нагрузки; отсутствие учета поперечных сил в образце, что вносит определенные погрешности в результаты измерений.This device also contains a number of disadvantages, namely: the impossibility of removing the dependences of elastic properties on the magnitude of bending stresses due to the static load; the absence of transverse forces in the sample, which introduces certain errors in the measurement results.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности определения модуля упругости конструкционных материалов при повышенных температурах и расширение функциональных возможностей устройства за счет измерения модуля упругости в широком диапазоне величины изгибающих напряжений.The objective of the present invention is to improve the accuracy of determining the modulus of elasticity of structural materials at elevated temperatures and expand the functionality of the device by measuring the modulus of elasticity in a wide range of bending stresses.
Технический результат от реализации настоящего изобретения выразится:The technical result from the implementation of the present invention is expressed:
- в повышении точности измерений модуля упругости за счет исключения погрешностей, связанных с отсутствием учета воздействия эпюры поперечных сил на результат измерений в прототипе и аналоге;- to improve the accuracy of measurements of the elastic modulus by eliminating errors associated with the lack of consideration of the effect of the shear force diagram on the measurement result in the prototype and analogue;
- в расширении функциональных возможностей устройства в сторону снятия зависимости модуля упругости от величины изгибающих напряжений;- in expanding the functionality of the device in the direction of removing the dependence of the elastic modulus on the magnitude of bending stresses;
- в снижении трудоемкости процесса испытаний.- in reducing the complexity of the test process.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами: на Фиг.1 показана схема устройства, на Фиг.2 - расчетная схема,The invention is illustrated by drawings: figure 1 shows a diagram of a device, figure 2 is a design diagram,
где:Where:
1 - опорный столик;1 - supporting table;
2 - нагрузочная скоба;2 - load bracket;
3 - нагружающий механизм;3 - loading mechanism;
4 - полая штанга;4 - hollow bar;
5 - индикатор часового типа;5 - dial indicator;
6 - муфельная печь;6 - muffle furnace;
7 - испытуемый образец.7 - test sample.
Устройство для определения модуля упругости конструкционных материалов в широком диапазоне температур и изгибающих напряжений состоит из помещенных в муфельную печь 6, оснащенную системой регулирования температуры (на чертеже не показана), опорного столика 1 с призматическими опорами, испытуемого образца 7 и нагружающего механизма 3, оснащенного нагрузочной скобой 2, передающей требуемое усилие F, задаваемое посредством набора калиброванных разновесов, на образец через полую штангу 4 и призматические выступы нагрузочной скобы 2, непосредственно с ним контактирующие, измерительного устройства 5 в виде индикатора часового типа.A device for determining the elastic modulus of structural materials in a wide range of temperatures and bending stresses consists of placed in a muffle furnace 6 equipped with a temperature control system (not shown in the drawing), a support table 1 with prismatic supports, a test sample 7 and a loading mechanism 3 equipped with a load bracket 2, transmitting the required force F, set by means of a set of calibrated weights, to the sample through the hollow rod 4 and the prismatic protrusions of the load bracket 2, directly GOVERNMENTAL contact with it, the measuring apparatus 5 as a dial gauge.
Устройство работает следующим образом: на неподвижно помещенные в муфельную печь 6 призматические опоры столика устанавливается образец из испытуемого материала 7. Требуемое усилие Р от нагружающего устройства через полую штангу 4 к нагрузочную скобу 2 передается на испытуемый образец 7, а необходимая температура образца задается терморегулятором муфельной печи. При этом индикатором часового типа 5 измеряется прогиб образца в зоне чистого изгиба. Измерение температуры образца производится термопарами, а регистрация - самопишущим прибором КСП-4.The device operates as follows: a sample from the test material 7 is mounted on the prismatic table legs that are fixed in the muffle furnace 6 and the required force P from the loading device through the hollow rod 4 to the load bracket 2 is transferred to the test sample 7, and the required temperature of the sample is set by the muffle furnace temperature controller . In this case, the dial gauge 5 measures the deflection of the sample in the zone of clean bending. The temperature of the sample is measured by thermocouples, and the registration is performed using a KSP-4 recorder.
Модуль упругости определяется по следующей формуле:The elastic modulus is determined by the following formula:
Е - модуль упругости материала;E is the modulus of elasticity of the material;
σ - величина изгибающих напряжений;σ is the value of bending stresses;
t - температура, °C;t is the temperature, ° C;
Р - величина нагрузки;P is the magnitude of the load;
J - момент инерции сечения бруса;J is the moment of inertia of the beam section;
Δ - величина прогиба бруса.Δ - the value of the deflection of the beam.
Данная формула получена исходя из следующих предположений (фиг.2).This formula is obtained on the basis of the following assumptions (figure 2).
Полагая, что P/2=F, принятая расчетная схема представлена на фиг.2. При этом очевидно, что опорные реакции на левой и правой опорах в силу симметрии прилагаемой нагрузки будут также равны F.Assuming that P / 2 = F, the adopted design scheme is presented in figure 2. It is obvious that the support reactions on the left and right supports, due to the symmetry of the applied load, will also be equal to F.
Согласно представленной расчетной схеме уравнение изгибающих моментов для участка II имеет следующий вид:According to the presented design scheme, the equation of bending moments for section II has the following form:
Как известно из курса сопротивления материалов, дифференциальное уравнение упругой линии бруса имеет следующий вид:As you know from the course of resistance of materials, the differential equation of the elastic line of the beam has the following form:
Интегрируя уравнение (3) получается уравнение углов наклона касательной к упругой линии бруса, а интегрируя его же дважды - уравнение упругой линии бруса (уравнение прогибов).Integrating equation (3), we obtain the equation of the angles of inclination of the tangent to the elastic line of the beam, and integrating it twice, the equation of the elastic line of the beam (equation of deflections).
В нашем случае, дважды проинтегрировав уравнение (3), с учетом (2) получим:In our case, integrating equation (3) twice, taking into account (2), we obtain:
С1 и С2 - постоянные первого и второго интегрирования соответственно.C 1 and C 2 are the constants of the first and second integration, respectively.
Так как левый конец бруса шарнирно оперт на призме, С2=0.Since the left end of the beam is pivotally supported on a prism, C 2 = 0.
C1 определим исходя из равенства 0 угла наклона касательной к упругой оси балки в ее центре (координата z=2a). Продифференцировав (3) один раз, получим:C 1 we define based on the equality of 0 the angle of inclination of the tangent to the elastic axis of the beam in its center (coordinate z = 2a). Differentiating (3) once, we obtain:
Откуда при z=2а определим C1:Whence for z = 2a we define C 1 :
Тогда окончательно уравнение упругой линии примет вид:Then finally the equation of the elastic line takes the form:
Так как в предлагаемом устройстве индикатор часового типа фактически замеряет разность прогибов в точках с координатами z=2а и z=a, определим эти прогибы в обозначениях согласно схемы, представленной на фиг.2.Since in the proposed device the watch-type indicator actually measures the difference of the deflections at points with coordinates z = 2a and z = a, we define these deflections in the notation according to the diagram shown in figure 2.
Знак минус перед прогибом означает, что он направлен в сторону, противоположную выбранному нами направлению оси Y, т.е. вниз. В дальнейших расчетах будем использовать абсолютные значения прогибов.The minus sign before the deflection means that it is directed in the direction opposite to the direction of the Y axis that we have chosen, i.e. way down. In further calculations, we will use the absolute values of the deflections.
Тогда прогиб Δ, фиксируемый индикатором часового типа, составит:Then the deflection Δ, fixed by the dial indicator, will be:
Учитывая, что температура t образца задается исследователем, напряжения изгиба в зоне испытания образца с учетом (11) определяются по формуле (12),Given that the temperature t of the sample is set by the researcher, bending stresses in the test zone of the sample, taking into account (11), are determined by the formula (12),
W - момент сопротивления поперечного сечения бруса,W is the moment of resistance of the cross section of the beam,
а прогиб образца известен по показаниям индикатора часового типа, модуль упругости в зависимости от температуры и величины изгибающих напряжений определится по следующей зависимости:and the deflection of the sample is known from the indications of a dial indicator, the elastic modulus depending on temperature and the magnitude of bending stresses is determined by the following relationship:
Данное устройство позволяет определять зависимость модуля упругости конструкционных материалов в широком диапазоне температур и величин изгибающих напряжений, повысить точность измерений, снизить трудоемкость и затраты на испытательное оборудование. Таким образом, была достигнута цель изобретения.This device allows you to determine the dependence of the modulus of elasticity of structural materials in a wide range of temperatures and values of bending stresses, increase the accuracy of measurements, reduce the complexity and costs of test equipment. Thus, the object of the invention was achieved.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013121248/28A RU2538414C2 (en) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Device for determining modulus of elasticity of structural materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013121248/28A RU2538414C2 (en) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Device for determining modulus of elasticity of structural materials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013121248A RU2013121248A (en) | 2014-11-20 |
RU2538414C2 true RU2538414C2 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53288404
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013121248/28A RU2538414C2 (en) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Device for determining modulus of elasticity of structural materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2538414C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU953511A1 (en) * | 1981-01-23 | 1982-08-23 | Организация П/Я В-2640 | Device for testing material for bending |
DE4234950C1 (en) * | 1992-10-16 | 1994-04-21 | Kernforschungsz Karlsruhe | High temp. ultrasonic testing appts. |
RU2308016C2 (en) * | 2005-07-11 | 2007-10-10 | ФГОУ ВПО "Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова" | Device for measuring elasticity modulus of construction materials at high temperatures |
RU75241U1 (en) * | 2008-03-11 | 2008-07-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет" | DEVICE FOR DETERMINING THE ELASTICITY MODULE OF CONSTRUCTION MAGNETIC MATERIALS AT HIGH TEMPERATURES |
-
2013
- 2013-05-07 RU RU2013121248/28A patent/RU2538414C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU953511A1 (en) * | 1981-01-23 | 1982-08-23 | Организация П/Я В-2640 | Device for testing material for bending |
DE4234950C1 (en) * | 1992-10-16 | 1994-04-21 | Kernforschungsz Karlsruhe | High temp. ultrasonic testing appts. |
RU2308016C2 (en) * | 2005-07-11 | 2007-10-10 | ФГОУ ВПО "Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова" | Device for measuring elasticity modulus of construction materials at high temperatures |
RU75241U1 (en) * | 2008-03-11 | 2008-07-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет" | DEVICE FOR DETERMINING THE ELASTICITY MODULE OF CONSTRUCTION MAGNETIC MATERIALS AT HIGH TEMPERATURES |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013121248A (en) | 2014-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Huang et al. | The art of coupon tests | |
Wang et al. | The assessment of residual stresses in welded high strength steel box sections | |
Eskandari et al. | In-situ strain localization analysis in low density transformation-twinning induced plasticity steel using digital image correlation | |
Fengchun et al. | Evaluation of dynamic fracture toughness KId by Hopkinson pressure bar loaded instrumented Charpy impact test | |
Pham et al. | Determination of equi-biaxial residual stress and plastic properties in structural steel using instrumented indentation | |
Zhu et al. | Measurement of residual stress in quenched 1045 steel by the nanoindentation method | |
JP6142074B2 (en) | Fatigue testing equipment | |
Wang et al. | Investigation on activation volume and strain-rate sensitivity in ultrafine-grained tantalum | |
CN104614283B (en) | A kind of analysis method of corresponding object phase change in metal material heat treatment process | |
RU2538414C2 (en) | Device for determining modulus of elasticity of structural materials | |
Garofalo et al. | Design of apparatus for constant-stress or constant-load creep tests | |
RU2535645C1 (en) | Determination of long object bending stiffness with help of curvature gage | |
Anastasopoulos | Structural health monitoring based on operational modal analysis from long gauge dynamic strain measurements | |
RU2578662C1 (en) | Method of testing building structures for bending with torsion at static and dynamic short-term action | |
CN104792464A (en) | Revolution solid mass center testing method | |
RU2590224C1 (en) | Method of estimating bending stress in elements of structures | |
RU2383876C2 (en) | Method for detection of gear set efficiency factor | |
RU2653186C1 (en) | Method of determining poisson ratio of sealed thin-walled polymer tube material | |
CN104006959A (en) | Method for measuring composite fatigue test | |
CN105136572A (en) | Egg shell material parameter nondestructive testing device and testing method | |
RU2308016C2 (en) | Device for measuring elasticity modulus of construction materials at high temperatures | |
RU156561U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING SUPPORT REACTIONS | |
CN205067231U (en) | Small tensile force measurement device | |
Regodic et al. | Development of omega deformeter | |
Regodić et al. | Application of'Omega'deformer for stress measuring in dynamic loading of the structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170508 |