RU2723903C1 - Device for analysis of strength of material at complex loading - Google Patents
Device for analysis of strength of material at complex loading Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723903C1 RU2723903C1 RU2019116407A RU2019116407A RU2723903C1 RU 2723903 C1 RU2723903 C1 RU 2723903C1 RU 2019116407 A RU2019116407 A RU 2019116407A RU 2019116407 A RU2019116407 A RU 2019116407A RU 2723903 C1 RU2723903 C1 RU 2723903C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- installation
- strength
- samples
- holes
- 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
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
- G01N3/12—Pressure testing
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 области определения и исследования прочностных свойств материалов, работающих при одновременном воздействии нормальных и касательных напряжений, также может использоваться при экспериментальном проектировании и постройке различных композитных конструкций во всех отраслях промышленностиThe invention relates to the field of determination and study of the strength properties of materials working under the simultaneous action of normal and shear stresses, can also be used in the experimental design and construction of various composite structures in all industries
В работе «А method to produce uniform plane-stress states with applications to fiber-reinforced materials» [1] предложена методика, позволяющая исследовать напряженное состояние материала, характеризуемое одновременным воздействием как касательных, так и нормальных напряжений. Суть методики заключалась в испытании образца, выполненного в форме плоского круглого блина с ассиметричным вырезом. По периферии образец имеет шесть попарно симметричных отверстий, с помощью которых он устанавливается и крепится в испытательной машине. При этом, устанавливая образец за различные из трех пар отверстий, имеется возможность создавать в средней части образца или только нормальные напряжения, или только касательные напряжения или одновременно каждые из них в одинаковом соотношении.In the work “A method to produce uniform plane-stress states with applications to fiber-reinforced materials” [1], a technique is proposed that allows one to study the stress state of a material characterized by the simultaneous action of both tangential and normal stresses. The essence of the technique was to test a sample made in the form of a flat round pancake with an asymmetric cut. Along the periphery, the sample has six pairwise symmetric holes with which it is installed and mounted in a testing machine. At the same time, by installing the sample for various of the three pairs of holes, it is possible to create in the middle part of the sample either only normal stresses, or only tangential stresses, or at the same time each of them in the same ratio.
Установка позволяет исследовать одновременно как нормальные, так и касательные напряжения в клеевом соединении двух образцов и в цельно изготовленных образцах. Вместе с тем, использование такой установки предполагает исследование образцов только одной толщины. Если, исследуя клеевые соединения, имеется возможность использовать образец повторно (предварительно счистив остатки клеевого вещества), то при исследования напряженного состояния в цельно изготовленном образце, после одного испытания и разрушения образца, повторное его использование невозможно. К тому же, изготовление предлагаемого образца весьма трудоемко, и требует большого количества времени.The setup allows both normal and shear stresses to be studied simultaneously in the adhesive joint of two samples and in fully fabricated samples. However, the use of such an installation involves the study of samples of only one thickness. If, when examining adhesive joints, it is possible to reuse the sample (having previously cleaned off the remains of the adhesive), then when examining the stress state in a whole manufactured sample, after one test and destruction of the sample, its reuse is impossible. In addition, the manufacture of the proposed sample is very time-consuming, and requires a lot of time.
В работе «The effect of loading mode on fracture toughness of Arcan adhesive joint» [2] используется установка, состоящая из двух полукруглых сегментов, в каждом из которых, в центральной части, с одной стороны имеется вырез, на половину толщины полукруга. Форма выреза повторяет форму испытываемых образцов. На местах выреза имеются три отверстия. Исследуемый образец состоит из двух трапециевидных частей, соединенных посередине клеевым швом. Каждая из трапециевидных частей имеет по три отверстия соосных с отверстиями в вырезах полукругов. При проведении испытаний, образец вставляется в выреза обоих полукругов и соединяется с помощью болтов. Полукруглые сегменты имеют на периферии семь отверстий, с шагом в пятнадцать градусов, для крепления в испытательную машину. В зависимости от выбранного крепежного отверстия, имеется возможность комбинировать различные соотношения нормальных и касательных напряжений в клеевом шве. Таким образом, можно создать семь различных комбинаций.The work “The effect of loading mode on fracture toughness of Arcan adhesive joint” [2] uses a setup consisting of two semicircular segments, each of which, in the central part, on one side has a cut half the thickness of the semicircle. The shape of the cutout follows the shape of the test samples. There are three holes at the cutout points. The test sample consists of two trapezoidal parts connected in the middle by an adhesive seam. Each of the trapezoidal parts has three holes coaxial with the holes in the notches of the semicircles. During testing, the sample is inserted into the cutout of both semicircles and connected using bolts. Semicircular segments have seven holes on the periphery, in increments of fifteen degrees, for attachment to a testing machine. Depending on the selected mounting hole, it is possible to combine different ratios of normal and tangential stresses in the adhesive joint. Thus, seven different combinations can be created.
Установка позволяет исследовать одновременно как нормальные, так и касательные напряжения в клеевом соединении двух образцов и в цельно изготовленных образцах. Она позволяет испытывать образцы различной толщины, и ее можно использовать многократно. Вместе с тем, использование такой установки требует наличия отверстий в испытываемых образцах, что снижает технологичность их изготовления.The setup allows both normal and shear stresses to be studied simultaneously in the adhesive joint of two samples and in fully fabricated samples. It allows you to test samples of different thicknesses, and it can be used repeatedly. However, the use of such an installation requires the presence of holes in the tested samples, which reduces the manufacturability of their manufacture.
Наиболее близкой конструкцией того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является установка, предложенная в статье «An evaluation of the Arcan specimen for determining the shear moduli of fiber-reinforced composites» [3]. Применяемая установка, состоящая из четырех полукруглых сегментов, каждый из которых в центральной части с одной стороны имеет специфичный вырез, повторяющий форму испытываемого образца. Исследуемый образец, в форме «бабочки», клеится к крепежным пластинам, а они в свою очередь на разъемном крепеже к полукруглым сегментам. Они имеют на периферии семь отверстий, с шагом в пятнадцать градусов, для крепления в испытательную машину. В зависимости от выбранного крепежного отверстия, имеется возможность комбинировать различные соотношения нормальных и касательных напряжений в клеевом шве. Таким образом, можно создать семь различных комбинаций.The closest design of the same purpose to the claimed invention in terms of features is the installation proposed in the article "An evaluation of the Arcan specimen for determining the shear moduli of fiber-reinforced composites" [3]. The installation used consists of four semicircular segments, each of which in the central part has, on the one hand, a specific cutout that repeats the shape of the test sample. The studied sample, in the form of a “butterfly”, is glued to the mounting plates, and they, in turn, are detachable fasteners to the semicircular segments. They have seven holes on the periphery, in increments of fifteen degrees, for mounting in a testing machine. Depending on the selected mounting hole, it is possible to combine different ratios of normal and tangential stresses in the adhesive joint. Thus, seven different combinations can be created.
Установка позволяет исследовать одновременно как нормальные, так и касательные напряжения, возникающие в материале. Она устраняет недостатки ранее упомянутой разработки - создаваемое растягивающее усилие прикладывается симметричного испытываемого образца, что создает симметричное напряженное состояние по его толщине, а испытываемый образец изготавливается без отверстий, что увеличивает технологичность изготовления. Вместе с тем, предлагаемая установка позволяет испытывать образцы, с различной толщиной, но не более 2,54 мм.The setup allows you to simultaneously study both normal and tangential stresses arising in the material. It eliminates the drawbacks of the previously mentioned development - the generated tensile force is applied to a symmetrical test specimen, which creates a symmetrical stress state in its thickness, and the test specimen is made without holes, which increases the manufacturability. However, the proposed installation allows you to test samples with different thicknesses, but not more than 2.54 mm.
Недостатками описанной установки в [3] можно отнести ограничение максимально возможной толщины исследуемого образца до 2,54 мм и использование клея, в качестве соединительного вещества между установкой и образцом требует регулярных трудозатрат на создание и удаление клеевого соединения.The disadvantages of the described installation in [3] include the limitation of the maximum possible thickness of the test sample to 2.54 mm and the use of glue as a connecting substance between the installation and the sample requires regular labor to create and remove the adhesive joint.
Задача изобретения заключается в снижении трудозатрат в подготовке образцов исследования, расширения диапазона толщин исследуемых образцов и расширения конструктивного разнообразия устройств для исследования прочности материала при сложном нагружении. Поставленная задача решается с помощью разработанного устройства, содержащего четыре попарно соединяющихся полукруглых диска с повторяющим форму испытываемого образца в центральной части с одной стороны вырезом и металлические рифленые прокладки, с прижимными винтами, установленными на полукруглых дисках в зоне крепления образца, обеспечивая сцепление исследуемого образца с установкой.The objective of the invention is to reduce labor costs in the preparation of research samples, expanding the range of thicknesses of the studied samples and expanding the structural variety of devices for studying the strength of the material under complex loading. The problem is solved with the help of a developed device containing four pairwise connected semicircular disks with a cutout repeating the shape of the test sample in the central part on one side and metal grooved gaskets, with clamping screws mounted on semicircular disks in the sample attachment area, ensuring the adhesion of the test sample to the installation .
Устройство исследования прочности материала при сложном нагружении иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.A device for studying the strength of a material under complex loading is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-4.
На фиг. 1. изображены все составляющие части разработанного устройства Устройство представляет из себя четыре полукруглых диска 1, каждый из которых в центральной части с одной стороны имеет вырез 2, повторяющий форму испытываемого образца 3. Диски попарно соединяются с помощью центрующих отверстий 4 и направляющих штифтов. Отличительной особенностью установки являются наличие специальных рифленых металлических прокладок 5, обеспечивающих жесткое сцепление образца с установкой. В области выреза, имеются по три отверстия 6 на каждом полукруглом сегменте, для установки прижимных винтов, предназначенных для обеспечения сцепления образца 3 с установкой. Каждый полукруглый сегмент имеет на периферии ряд отверстий 7-13, для крепления установки в разрывную машину. На фиг. 2. показано полностью собранное устройство с захватами для крепления в испытательную машину. На фиг. 3. - разрез устройства.In FIG. 1. all components of the developed device are shown. The device consists of four
Приспособление собирается последовательно: на поверхность укладываются два полукруглых диска 1, в вырезы 2 укладываются металлические прокладки 5. На эти прокладки сверху устанавливается образец 3, который сверху прижимается оставшейся парой металлических прокладок 5. Далее сверху устанавливаются оставшиеся полукруглые диски 1. В свою очередь, диски, попарно, центрируются с помощью штифтов, вставляемых в отверстия 4. После чего, в отверстия 6 устанавливают прижимные винты. Наличие глубоких бороздок на металлических прокладках в совокупности с прижимным усилием винтов обеспечивает достаточно жесткое сцепление образца со всей установкой. Наконец, установку, с помощью специальных креплений, устанавливают в разрывную машину под необходимым углом за счет отверстий 11-17. Далее приспособление подвергается необходимой растягивающей нагрузке. В ходе испытания, в исследуемом образце 3, путем приложения одной растягивающей нагрузки, создаются или только нормальные напряжения, или только касательные напряжения, или их комбинация.The device is assembled sequentially: two
С помощью описанной установки имеется возможность исследовать как образцы, склеенные из двух частей, так и цельно изготовленные. Установка позволяет испытывать образцы толщиной от 2 до 10 мм.Using the described setup, it is possible to examine both samples glued from two parts, as well as completely manufactured. The setup allows testing samples from 2 to 10 mm thick.
На фиг. 4. обозначены все возможные крепежные отверстия, с помощью которых имеется возможность комбинировать различные соотношения нормальных σ и касательных τ напряжений, возникающих в образце. Закрепив установку с помощью отверстий 13, в зоне Б образца 3 создаются только нормальные напряжения. Закрепив установку с помощью отверстий 7, в зоне Б образца 3 создаются только касательные напряжения. Закрепив установку с помощью отверстий 8-12, в зоне Б образца 3 создаются одновременно и нормальные и касательные напряжения, при чем в разных соотношениях. Имея значения величины разрывной нагрузки Р, площади поперечного сечения S образца в зоне Б и угла закрепления установки в испытательной машине α (на фиг. 4 угол α изображен для случая крепления установки с помощью отверстий 12), можно посчитать возникающие нормальные σ и касательные τ напряжения:In FIG. 4. all possible mounting holes are indicated, with the help of which it is possible to combine various ratios of normal σ and tangential τ stresses arising in the sample. Having fixed the installation with
Предложенное техническое решение позволяет исключить как подготовку клеевого соединения, так и освобождение от него элементов крепления, снижая трудоемкость подготовки образцов исследования, что ведет к повышению производительности испытательной машины. При этом расширяется диапазон толщин образцов исследования. Предложенное техническое решение также расширяет ассортимент устройств исследования прочности материала при сложном нагружении.The proposed technical solution allows to exclude both the preparation of the adhesive joint and the release of the fastening elements from it, reducing the complexity of preparing the test samples, which leads to an increase in the productivity of the testing machine. In this case, the range of thicknesses of the samples of the study is expanded. The proposed technical solution also expands the range of devices for studying the strength of the material under complex loading.
Источники информацииSources of information
1. Arcan М., Hashin Z., Voloshin A. A method to produce uniform plane-stress states with applications to fiber-reinforced materials // Experimental Mechanics 1978, vol. 18, pp. 141-146.1. Arcan M., Hashin Z., Voloshin A. A method to produce uniform plane-stress states with applications to fiber-reinforced materials // Experimental Mechanics 1978, vol. 18, pp. 141-146.
2. Prakash K., BasaRuddin K.S., Rojan M.A., Idrus H. The Effect of Loading Mode on Fracture Toughness of Arcan Adhesive Joint // Applied Mechanics and Materials. - 2015. - Vol. 786. - p. 3-7.2. Prakash K., BasaRuddin K.S., Rojan M.A., Idrus H. The Effect of Loading Mode on Fracture Toughness of Arcan Adhesive Joint // Applied Mechanics and Materials. - 2015. - Vol. 786. - p. 3-7.
3. Hung, S.C., & Liechti, K.M.An evaluation of the arcan specimen for determining the shear moduli of fiber-reinforced composites. // Experimental Mechanics. - 1997. - 37(4). - p. 460-468.3. Hung, S.C., & Liechti, K. M. An evaluation of the arcan specimen for determining the shear moduli of fiber-reinforced composites. // Experimental Mechanics. - 1997 .-- 37 (4). - p. 460-468.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019116407A RU2723903C1 (en) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Device for analysis of strength of material at complex loading |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019116407A RU2723903C1 (en) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Device for analysis of strength of material at complex loading |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2723903C1 true RU2723903C1 (en) | 2020-06-18 |
Family
ID=71096126
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019116407A RU2723903C1 (en) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Device for analysis of strength of material at complex loading |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2723903C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2801296C1 (en) * | 2023-03-06 | 2023-08-07 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" (Сколковский институт науки и технологий) | Device for creating complex stress state during fatigue testing |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU57905U1 (en) * | 2006-07-03 | 2006-10-27 | Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук | DEVICE FOR TESTING COMPRESSION MATERIALS (OPTIONS) |
RU2362139C1 (en) * | 2007-12-04 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Method of sample testing for low-cycle fatigue in plane stress conditions |
FR3004805B1 (en) * | 2013-04-18 | 2015-12-11 | Ensta Bretagne | TEST, COMPRESSION AND / OR SHEAR MEASURING TEST |
RU2584344C1 (en) * | 2014-11-18 | 2016-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук | DEVICE FOR TESTING MATERIAL FOR SHEARING AND TWISTING AT DEFORMATION RATE 102-105 с-1, METHOD OF DETERMINING DEPENDENCE OF MAXIMUM TANGENTIAL STRESS OF SHEAR DEFORMATION IN SAMPLE MATERIAL IN FORM OF SOLID CYLINDRICAL ROD AND METHOD OF DETERMINING DEPENDENCE OF VOLTAGE FROM SHEAR DEFORMATION IN SAMPLE MATERIAL IN FORM OF THIN-WALLED CYLINDRICAL TUBE USING SAID DEVICE |
-
2019
- 2019-05-28 RU RU2019116407A patent/RU2723903C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU57905U1 (en) * | 2006-07-03 | 2006-10-27 | Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук | DEVICE FOR TESTING COMPRESSION MATERIALS (OPTIONS) |
RU2362139C1 (en) * | 2007-12-04 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Method of sample testing for low-cycle fatigue in plane stress conditions |
FR3004805B1 (en) * | 2013-04-18 | 2015-12-11 | Ensta Bretagne | TEST, COMPRESSION AND / OR SHEAR MEASURING TEST |
RU2584344C1 (en) * | 2014-11-18 | 2016-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук | DEVICE FOR TESTING MATERIAL FOR SHEARING AND TWISTING AT DEFORMATION RATE 102-105 с-1, METHOD OF DETERMINING DEPENDENCE OF MAXIMUM TANGENTIAL STRESS OF SHEAR DEFORMATION IN SAMPLE MATERIAL IN FORM OF SOLID CYLINDRICAL ROD AND METHOD OF DETERMINING DEPENDENCE OF VOLTAGE FROM SHEAR DEFORMATION IN SAMPLE MATERIAL IN FORM OF THIN-WALLED CYLINDRICAL TUBE USING SAID DEVICE |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2801296C1 (en) * | 2023-03-06 | 2023-08-07 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" (Сколковский институт науки и технологий) | Device for creating complex stress state during fatigue testing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yang et al. | Nondestructive detection of weak joints in adhesively bonded composite structures | |
Gibson | Modal vibration response measurements for characterization of composite materials and structures | |
CN106226155B (en) | A kind of composite thin plate inplane shear test fixture and test method | |
Jumel et al. | Instrumented End Notched Flexure–Crack propagation and process zone monitoring. Part I: Modelling and analysis | |
Capozucca | Vibration of CFRP cantilever beam with damage | |
Thevenet et al. | Experimental analysis of the behavior of adhesively bonded joints under tensile/compression–shear cyclic loadings | |
RU2723903C1 (en) | Device for analysis of strength of material at complex loading | |
Blanloeuil et al. | Nonlinear mixing of non-collinear guided waves at a contact interface | |
Budzik et al. | Monitoring of crosslinking of a DGEBA-PAMAM adhesive in composite/aluminium bonded joint using mechanical and ultra-sound techniques | |
Rizal et al. | Free vibration characteristics of jute fibre reinforced composite for the determination of material properties: Numerical and experimental studies | |
Ringhofer et al. | Basic steel properties of self-tapping timber screws exposed to cyclic axial loading | |
Roohnia et al. | Dynamic methods to evaluate the shear modulus of wood | |
EA036595B1 (en) | Method and fixture for shear testing of multidimensional connections made of any composite materials having a detectable stiffness factor | |
Matta et al. | Acoustic emission damage assessment of steel/CFRP bonds for rehabilitation | |
RU2535528C1 (en) | Method for determining ultimate strength of timber for shearing | |
RU2540460C1 (en) | Method to determine mechanical properties of brittle materials at tension | |
RU2696934C1 (en) | Method of determining tensile strength of ceramics in axial tension | |
Zhang et al. | Experimental and Numerical Investigation on the Mechanical Behaviors of the Velcro® and Dual-Lock Fasteners | |
Mára et al. | The Failure of Carbon Fiber Reinforced Composite Analyzed by Acoustic Emission | |
Jalili et al. | Flexural free vibration as a non-destructive test for evaluation of viscoelastic properties of polymeric composites in bending direction | |
Manguán et al. | On the determination of the modulus of elasticity of plasterboard plates | |
RU2590941C1 (en) | Method of testing flat specimens from organic glass on pure shift | |
da Silva Filho et al. | Development of a biaxial tensile device in the plane for monotonic mechanical tests and cruciform specimens Desenvolvimento de um dispositivo de tração biaxial no plano para ensaios mecânicos monotônicos e de corpos de prova cruciformes | |
Weberová | Methods of adhesive bonding joints testing | |
RU2798326C1 (en) | Specimen of laminated composite materials for tensile testing in the direction of the thickness of the specimen |