RU2717571C1 - Device for testing plate-like specimen for fatigue strength - Google Patents
Device for testing plate-like specimen for fatigue strength Download PDFInfo
- Publication number
- RU2717571C1 RU2717571C1 RU2019123504A RU2019123504A RU2717571C1 RU 2717571 C1 RU2717571 C1 RU 2717571C1 RU 2019123504 A RU2019123504 A RU 2019123504A RU 2019123504 A RU2019123504 A RU 2019123504A RU 2717571 C1 RU2717571 C1 RU 2717571C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- lever
- test
- spring
- testing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
- G01N3/34—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces generated by mechanical means, e.g. hammer blows
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки циклической прочности материалов. Известно, что прочность материала в условиях циклического нагружения существенно зависит от интенсивности напряжений σi в возможном очаге разрушения [1]:The invention relates to testing equipment and can be used to assess the cyclic strength of materials. It is known that the strength of the material under cyclic loading substantially depends on the intensity of stresses σ i in a possible fracture center [1]:
где σ1, σ2, σ3 - величины главных напряжений в точке наблюдения. Указанная прочность зависит также и от вида напряженно-деформированного состояния (НДС) в этом очаге [1-2], характеризуемого коэффициентом П - коэффициентом жесткости вида рассматриваемого НДС [3]:where σ 1 , σ 2 , σ 3 are the magnitudes of the principal stresses at the observation point. The indicated strength also depends on the type of stress-strain state (VAT) in this source [1-2], characterized by the coefficient P - the stiffness coefficient of the type of the considered VAT [3]:
Прочность материала в конкретной детали конструкции, имеющей заданный уровень и вид напряженного состояния в возможном очаге разрушения, является конструкционной прочностью материала [4]. Для ее определения в случае сложного НДС детали реальной конструкции эффективным является плоскоцилиндрический образец для механических испытаний [5], имеющий форму круглой пластины, на противоположных сторонах которой выполнены U-образные канавки с одинаковым в своих поперечных сечениях профилем, направляющие оси которых расположены под прямым углом друг к другу. В образце, предложенном в [5] рабочей, т.е. зоной расположения возможного очага разрушения, является зона перемычки материала, расположенная в центральной зоне образца. Указанный образец позволяет моделировать в рабочей зоне образца вид сложного НДС, характеризуемого заданным значением величины 77, значение которой может изменяться в широком практически значимым диапазоне значений коэффициента 77 в зависимости от значений геометрических параметров U-образные канавок [6].The strength of the material in a specific part of the structure having a given level and type of stress state in a possible source of destruction is the structural strength of the material [4]. To determine it in the case of a complex VAT of a real structure, an effective is a flat-cylindrical sample for mechanical testing [5], having the shape of a round plate, on the opposite sides of which are made U-shaped grooves with the same profile in their cross sections, the guide axes of which are located at right angles to each other. In the sample proposed in [5] by the worker, i.e. the zone of location of the possible source of destruction is the zone of the bulkhead material located in the central zone of the sample. The specified sample allows you to simulate in the working area of the sample the form of a complex VAT characterized by a given value of 77, the value of which can vary in a wide practically significant range of values of the coefficient 77 depending on the values of the geometric parameters of the U-shaped grooves [6].
Известно устройство [7], позволяющее испытывать пластинчатые крестообразные образцы материала на усталостную прочность. Указанные образцы находятся при этом в сложном НДС с заданным значением коэффициента П. Указанное устройство имеет существенный недостаток: для его применения необходимо использовать сложную высоконагруженную рамно-шарнирную оснастку, позволяющую сформировать разнонаправленные испытательные усилия, действующие в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Указанные усилия необходимы для обеспечения необходимого вида НДС, характеризуемого заданным значением коэффициента П.A device is known [7], which allows to test plate cross-shaped samples of material for fatigue strength. At the same time, these samples are in a complex VAT with a given value of the coefficient P. The specified device has a significant drawback: for its use, it is necessary to use a complex highly loaded frame-hinged tooling, which allows the formation of multidirectional test forces acting in two mutually perpendicular directions. These efforts are necessary to ensure the necessary type of VAT, characterized by a given value of the coefficient P.
Известно устройство [8] для испытания круглого пластинчатого образца, предложенного в [5] на усталостную прочность при заданном виде НДС. Процесс испытаний производится в этом случае путем воздействия на образец нагружающей жидкой или газообразной средой, подаваемой под давлением через сопло в виде напорной струи, направленной на центральную часть образца. К недостаткам такого устройства относится необходимость создания сложной нагружающей системы в виде компрессора и трубопроводов. Существенным недостатком указанного устройства является то, что оно не позволяет испытывать толстостенные пластинчатые образцы, что существенно ограничивает возможности моделирования конструкционной прочности материала массивных высоконагруженных элементов машин, находящихся в условиях сложного НДС.A device [8] is known for testing a circular plate sample, proposed in [5] for fatigue strength at a given type of VAT. In this case, the test process is performed by exposing the sample to a loading liquid or gaseous medium supplied under pressure through a nozzle in the form of a pressure jet directed to the central part of the sample. The disadvantages of such a device include the need to create a complex loading system in the form of a compressor and pipelines. A significant drawback of this device is that it does not allow to test thick-walled plate samples, which significantly limits the possibility of modeling the structural strength of the material of massive highly loaded machine elements that are in conditions of complex VAT.
Наиболее близким техническим решением рассматриваемой проблемы, принятым за прототип, является способ испытания образцов с помощью машины (рычага) Фейрбейрна [9]. Для проведения усталостных испытаний концу специального рычага сообщалось циклическое вертикальное движение от стержня, прикрепленного к равномерно вращающемуся эксцентрику. К недостатком такой машины следует отнести невозможность ее использования для испытания образцов в виде плоскоцилиндрических пластин.The closest technical solution to this problem, adopted as a prototype, is a method for testing samples using a Feuerbairn machine (lever) [9]. To conduct fatigue tests, a cyclic vertical movement from a rod attached to a uniformly rotating eccentric was reported to the end of a special lever. The disadvantage of such a machine is the impossibility of its use for testing samples in the form of flat-cylindrical plates.
Целью изобретения является создание устройства для оценки усталостной конструкционной прочности материала в процессе циклических испытаний плоскоцилиндрических образцов, материал рабочей зоны которых находится в сложном напряженно-деформированном состоянии, характеризуемом заданным значением коэффициента П - коэффициента жесткости вида НДС.The aim of the invention is to provide a device for evaluating the fatigue structural strength of a material during cyclic testing of plane-cylindrical specimens, the material of the working zone of which is in a complex stress-strain state, characterized by a given value of the coefficient P - stiffness coefficient of the form of VAT.
Поставленная цель достигается тем, что испытуемый образец нагружают силой от сжатой до заданного значения пружины через рычаг и пуансон сферического профиля, а циклическое изменение нагрузки осуществляют путем уменьшения реакции пружины с помощью системы вращающихся кулачков (эксцентриков).This goal is achieved by the fact that the test sample is loaded with force from a spring compressed to a predetermined value through a lever and a punch of a spherical profile, and a cyclic load change is carried out by reducing the reaction of the spring using a system of rotating cams (eccentrics).
Существо изобретения пояснено на фиг. 1, где представлена принципиальная схема устройства, создающего циклическое нагружение-разгружение испытуемого образца; на фиг. 2 - вид А на поперечное сечение по П-образной стойке 7.The invention is illustrated in FIG. 1, which shows a schematic diagram of a device that creates a cyclic loading-unloading of a test sample; in FIG. 2 is a cross-sectional view A along a
Устройство для испытания пластинчатого образца на усталостную прочность имеет следующую конструкцию. На металлической платформе 1 установлена стойка 2, шарнирно соединенная с рычагом 3. Рычаг выполнен из двух параллельно расположенных пластин для повышения прочности и создания пространства для других деталей. На конце короткого плеча рычага между двух пластин шарнирно вставлен пуансон 4, оказывающий давление на пластинчатый образец 5, помещенный на полую цилиндрическую опору 6 в виде полого цилиндра со ступенчатым изменением диаметра его внутренней поверхности. На определенном расстоянии от оси рычага, определяемом из условия создания на испытываемый образец испытательного циклического усилия необходимой величины, установлена П-образная стойка с подвешенной к верхней полке пружиной 8, которая верхней стороной упирается в рычаг. Подвеска пружины выполнена в виде шпильки 9, у которой снизу приварен фланец 10 для посадки пружины, а верхнее резьбовое окончание служит для создания необходимого предварительного сжатия пружины с помощью гайки 11. Шпилька подвески проходит между пластин рычага и выходит через отверстие на верхней полке П-образной стойки. Концевая часть длинного плеча содержит опорный ролик 12, который контактирует с одним из эксцентриков 13. Для вращения эксцентриков их ось с помощью муфты соединена с регулируемым электроприводом, в качестве которого может быть использован стандартный мотор-редуктор (на схеме не показан).A device for testing a plate sample for fatigue strength has the following design. A
При испытании образец укладывается на опорный полый цилиндр 6 со ступенчато изменяющимся внутренним диаметром. При этом цилиндрическая пластина-образец имеет наружный диаметр равный по величине внутреннему диаметру большей величины полой цилиндрической опоры 6, создавая при этом возможность опирания испытываемого образца на внутреннюю ступень полого цилиндра в зоне в зоне ступенчатого изменения его внутреннего диаметра. С помощью гайки 11 предварительно создается сжатие пружины 8, которое передается через рычаг 3 и пуансон 4 на образец 5, создавая расчетную нагрузку на испытываемый образец. При этом в образце создается сложное напряженное состояние с заданной характеристикой вида НДС, возникающего под воздействием испытательного усилия. В процессе своего вращения эксцентрик 13 позволяет при нажатии на опорный ролик 12 частично уменьшить или полностью снять усилие, действующее на образец. Величина усилия, действующего в процессе испытаний, при этом может регистрироваться с помощью специальной тензометрической системы, фиксирующей величины деформаций и, соответственно, усилий, передаваемых на образец рычагом 3. Один цикл действия испытательной нагрузки на образец соответствует при этом одному обороту эксцентрика 13. После проведения определенного числа циклов нагружения в процессе испытаний проводится неразрушающий контроль образца для выявления появляющихся усталостных трещин в его рабочей зоне.During testing, the sample is placed on the supporting
Список цитируемых документов:List of cited documents:
1. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты конструкций на прочность и долговечность. Справочник. - М.: Машиностроение. - 1981. - 272 с.1. Kogaev V.P., Makhutov N.A., Gusenkov A.P. Design calculations for strength and durability. Directory. - M.: Mechanical Engineering. - 1981. - 272 p.
2. Вансович, К.А. Экспериментальное изучение скорости роста поверхностных трещин в алюминиевом сплаве АК-6 и в стали 20 при двухосном нагружении / К.А. Вансович, В.И. Ядров // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2013. - Том 15, №4(2). - С. 436-438.2. Vansovich, K.A. Experimental study of the surface crack growth rate in AK-6 aluminum alloy and in steel 20 under biaxial loading / K.A. Vansovich, V.I. Yadrov // Bulletin of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. - 2013. - Volume 15, No. 4 (2). - S. 436-438.
3. Смирнов-Аляев Г.А. Механические основы пластической обработки металлов. Инженерные методы расчета. - Л.: Машиностроение. - 1968. - 272 с.3. Smirnov-Alyaev G.A. The mechanical basis of plastic processing of metals. Engineering methods of calculation. - L .: Mechanical engineering. - 1968. - 272 p.
4. Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. В двух частях. Часть 1. Критерии прочности и ресурса. - Новосибирск. «Наука». 2005 г. 494 с.4. Makhutov N.A. Structural strength, resource and technological safety. In two parts.
5. Патент на изобретение №2360227, G01N 3/08. Образец для оценки прочности материала при сложном напряженном состоянии / Цвик Л.Б., Черепанов А.П., Пыхалов А.А. и др.; опубликован: 27.01.2009; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский государственный университет путей сообщения» (РФ).5. Patent for invention No. 2360227,
6. Патент на полезную модель №176972 Российская Федерация, МПК G01M 13/00. Устройство для двухосных испытаний крестообразных образцов / К.А. Вансович, В.И. Ядров; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет» (РФ).6. Utility Model Patent No. 176972 Russian Federation,
7. Зеньков Е.В., Цвик Л.Б., Пыхалов А.А. Дискретное моделирование напряженно-деформированного состояния плоскоцилиндрических образцов с концентраторами напряжений в виде канавок. - Вестник ИрГТУ. - 2011 г., №7. С. 64-69.7. Zenkov EV, Tsvik LB, Pykhalov A.A. Discrete modeling of the stress-strain state of cylindrical specimens with stress concentrators in the form of grooves. - Bulletin of ISTU. - 2011, No. 7. S. 64-69.
8. Патент №2418284, G01N 3/12 Российская Федерация, МПК. Способ испытания пластинчатого образца на усталостную прочность и устройство для его осуществления / Цвик Л.Б., Черепанов А.П., Храменок М.А. и др.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения» (ОАО ИркускНИИхиммаш) (РФ)8. Patent No. 2418284,
9. Тимошенко СП. История науки о сопротивлении материалов. - М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы. - 1957 г. 534 с.9. Tymoshenko SP. History of the science of resistance to materials. - M .: State publishing house of technical and theoretical literature. - 1957 534 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019123504A RU2717571C1 (en) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | Device for testing plate-like specimen for fatigue strength |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019123504A RU2717571C1 (en) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | Device for testing plate-like specimen for fatigue strength |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2717571C1 true RU2717571C1 (en) | 2020-03-24 |
Family
ID=69943271
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019123504A RU2717571C1 (en) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | Device for testing plate-like specimen for fatigue strength |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2717571C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1504556A2 (en) * | 1988-01-05 | 1989-08-30 | Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический кабельный институт | Apparatus for fatigue testing of flexible specimens |
SU1840374A1 (en) * | 1988-05-24 | 2006-10-10 | Научно-исследовательский институт специальной техники (НИИСТ) МВД РФ | Device for cyclic loading of long-length samples |
RU2380678C1 (en) * | 2008-12-19 | 2010-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Installation for fatigue testing samples |
CN201828471U (en) * | 2010-10-20 | 2011-05-11 | 青岛泰能鲁尔新技术有限公司 | Simulation detection equipment for valve port of pressure regulator |
-
2019
- 2019-07-19 RU RU2019123504A patent/RU2717571C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1504556A2 (en) * | 1988-01-05 | 1989-08-30 | Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический кабельный институт | Apparatus for fatigue testing of flexible specimens |
SU1840374A1 (en) * | 1988-05-24 | 2006-10-10 | Научно-исследовательский институт специальной техники (НИИСТ) МВД РФ | Device for cyclic loading of long-length samples |
RU2380678C1 (en) * | 2008-12-19 | 2010-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Installation for fatigue testing samples |
CN201828471U (en) * | 2010-10-20 | 2011-05-11 | 青岛泰能鲁尔新技术有限公司 | Simulation detection equipment for valve port of pressure regulator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rozumek et al. | Experimental and numerical investigation of mixed mode I+ II and I+ III fatigue crack growth in S355J0 steel | |
Apetre et al. | Probabilistic model of mean stress effects in strain-life fatigue | |
Vansovich et al. | The effect of stress state characteristics on the surface fatigue cracks growth rate taking into account plastic deformations | |
RU2717571C1 (en) | Device for testing plate-like specimen for fatigue strength | |
Meischel et al. | Constant and variable-amplitude loading of aluminum alloy 7075 in the VHCF regime | |
Aliakbari | The investigation of modelling material behavior in autofrettaged tubes made from aluminium alloys | |
JP5852981B2 (en) | Evaluation Method of Impact Bending / Shearing Properties of Materials | |
Owsiński et al. | Identification of fatigue cracks on the basis of measurable changes in system dynamics | |
RU201820U1 (en) | FATIGUE TEST RIG | |
CN201107239Y (en) | Dynamic load stress etching test stand rack of metallic material welding component | |
Poulain et al. | Characterization of damage during low cycle fatigue of a 304L austenitic stainless steel as a function of environment (air, PWR environment) and surface finish (polished, ground) | |
Korhonen et al. | Qt steel high cycle fatigue testing with ultrasonic | |
Bader et al. | Effect of V notch shape on fatigue life in steel beam made of AISI 1037 | |
RU2242739C2 (en) | Method and device for testing shells | |
RU2735713C1 (en) | Stand for static and cyclic tests of cruciform specimens | |
RU172393U1 (en) | BENCH FOR TESTING REINFORCED CONCRETE ELEMENTS WITH COMPRESSION AND SHORT DYNAMIC TURNING | |
Emel'yanov et al. | Fatigue of a cylindrical shell lying on a rigid bed | |
RU2465565C1 (en) | Manufacturing method of specimens of high-rate metal of oil-gas equipment for cyclic crack resistance testing | |
Cadoni et al. | Strain rate effects on mechanical properties in tension of aluminium alloys used in armour applications | |
Pietrzyk et al. | Inverse analysis applied to the evaluation of rheological and microstructural parameters in hot forming of steels | |
RU2298164C2 (en) | Method of determining durability of sheet material | |
Deltort | Experimental and numerical aspects of adiabatic shear in a 4340 steel | |
Faszynka et al. | Crack growth path in specimens with rectangular section under bending with torsion | |
Rettenmeier et al. | Fatigue assessment of full-scale welded crane runway girders | |
CN214539055U (en) | A device for brinell hardness test |