RU2818046C1 - Устройство для позиционирования ледяного образца при проведении испытаний на растяжение - Google Patents
Устройство для позиционирования ледяного образца при проведении испытаний на растяжение Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818046C1 RU2818046C1 RU2022132813A RU2022132813A RU2818046C1 RU 2818046 C1 RU2818046 C1 RU 2818046C1 RU 2022132813 A RU2022132813 A RU 2022132813A RU 2022132813 A RU2022132813 A RU 2022132813A RU 2818046 C1 RU2818046 C1 RU 2818046C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elements
- ice sample
- symmetry
- ice
- sample
- Prior art date
Links
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 title claims description 7
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к приспособлениям для позиционирования испытуемых образцов и может быть использовано при проведении испытаний льда на прочность при растяжении непрямым методом или методом раскалывания. Устройство содержит пару элементов из твердых пород древесины, центральные продольные оси которых лежат в вертикальной осевой плоскости образца, выполненного в виде цилиндра вращения с преимущественно горизонтально ориентированной осью симметрии, с обеспечением контакта по всей его длине. Устройство дополнительно содержит две идентичные части, расположенные симметрично относительно вертикальной осевой плоскости размещенного между ними ледяного образца, причем каждая часть состоит из двух параллельных рам, которые ориентированы перпендикулярно оси симметрии ледяного образца, расположены симметрично относительно центра симметрии ледяного образца и съемно соединены с жесткими связями, ориентированными параллельно оси симметрии ледяного образца, а каждая рама выполнена из материала с низкой теплопроводностью и состоит из параллельных элементов, на концах которых закреплены уплотнители из упругодеформируемого материала, а центральные продольные оси лежат в горизонтальной плоскости элементов из твердых пород древесины, и перемычки, внутренняя поверхность которой примыкает к ледяному образцу с образованием линии контакта, ориентированной параллельно оси симметрии ледяного образца. Рамы идентичных частей выполнены с возможностью их опирания на перемычки при преимущественно вертикальной ориентации параллельных элементов и попарно по внешнему периметру объединены с элементами из твердых пород древесины с помощью связей из упругодеформируемого материала, каждая из которых выполнена в форме замкнутого контура, размещенного в соответствующих пазах рам и элементов из твердых пород древесины. Технический результат: повышение достоверности результатов и расширение области применения. 4 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к приспособлениям для позиционирования испытуемых образцов и может быть использовано при проведении испытаний льда на прочность при растяжении непрямым методом или методом раскалывания.
Известна конструкция кондуктора для бетонных цилиндрических образцов (см. ГОСТ 10180-2012, переиздан в июне 2018 г., стр. 25, рис. И.2).
В качестве ближайшего аналога принято устройство для позиционирования цилиндрического бетонного образца при проведении испытаний на растяжение методом раскалывания, содержащее пару элементов из твердых пород древесины, центральные продольные оси которых лежат в вертикальной осевой плоскости образца, выполненного в виде цилиндра вращения с преимущественно горизонтально ориентированной осью симметрии, с обеспечением контакта по всей его длине (см. международный стандарт американского общества испытаний и материалов для испытаний цилиндрических бетонных образцов на растяжение методом раскалывания, ASTM C496/C496M-17, 2017 г.).
Однако аналоги не предназначены для проведения испытаний ледяных образцов.
При проведении испытании цилиндрических ледяных образцов возникают две основные проблемы:
- высокая концентрация сжимающих напряжений из-за малой площади контакта образцов с нагрузочными пластинами пресса, что является критичным для льда;
- проскальзывание образцов из-за их быстрого таяния в зонах контакта со стальной поверхностью плит пресса.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка устройства, обеспечивающего корректное и неизменное положение ледяного образца во время испытаний на растяжение методом раскалывания.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в следующем:
1. Создание условий испытаний, способствующих получению достоверных результатов, поскольку:
- на протяжении всего процесса испытаний линия приложения нагрузки и центральные продольные оси элементов из твердых пород древесины, передающих нагрузку, лежат в вертикальной осевой плоскости ледяного образца, положение которого остается неизменным;
- минимизированы передача тепла от стальных элементов испытательного оборудования ледяному образцу, таяние в зонах контакта и кручение ледяного образца в устройстве;
- устройство для позиционирования не ограничивает поперечную деформацию ледяного образца, т.к. в процессе нагружения идентичные части равномерно и симметрично перемещаются в стороны при сохранении конструктивного единства самого устройства;
2. Расширение области применения за счет следующих факторов:
- обеспечена возможность проведения испытаний ледяного образца на растяжение методом раскалывания;
- организована возможность настройки устройства для позиционирования под длину конкретного ледяного образца путем изменения длины жестких связей между рамами.
Поставленная задача решается тем, что устройство для позиционирования ледяного образца при проведении испытаний на растяжение, содержащее пару элементов из твердых пород древесины, центральные продольные оси которых лежат в вертикальной осевой плоскости образца, выполненного в виде цилиндра вращения с преимущественно горизонтально ориентированной осью симметрии, с обеспечением контакта по всей его длине, отличается тем, что устройство содержит две идентичные части, расположенные симметрично относительно вертикальной осевой плоскости размещенного между ними ледяного образца, причем каждая часть состоит из двух параллельных рам, которые ориентированы перпендикулярно оси симметрии ледяного образца, расположены симметрично относительно центра симметрии ледяного образца и съемно соединены с жесткими связями, ориентированными параллельно оси симметрии ледяного образца, а каждая рама выполнена из материала с низкой теплопроводностью и состоит из параллельных элементов, на концах которых закреплены уплотнители из упруго деформируемого материала, а центральные продольные оси лежат в горизонтальной плоскости элементов из твердых пород древесины, и перемычки, внутренняя поверхность которой примыкает к ледяному образцу с образованием линии контакта, ориентированной параллельно оси симметрии ледяного образца, кроме того, рамы идентичных частей выполнены с возможностью их опирания на перемычки при преимущественно вертикальной ориентации параллельных элементов и попарно по внешнему периметру объединены с элементами из твердых пород древесины с помощью связей из упруго деформируемого материала, каждая из которых выполнена в форме замкнутого контура, размещенного в соответствующих пазах рам и элементов из твердых пород древесины.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого изобретения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач.
Признаки «устройство содержит две идентичные части, расположенные симметрично относительно вертикальной осевой плоскости размещенного между ними ледяного образца» описывают расположение идентичных частей относительного ледяного образца и приводят к следующему:
- обеспечивают расположение линии приложения нагрузки и центральных продольных осей элементов из твердых пород древесины в вертикальной осевой плоскости ледяного образца на протяжении всего процесса испытаний;
- упрощают процедуру размещения и позиционирования ледяного образца в устройстве;
- обуславливают возможность перемещения идентичных частей в стороны в процессе нагружения ледяного образца при его неизменном положении;
- позволяют использовать одни и те же идентичные части при возможности варьирования размеров и/или замены элементов из твердых пород древесины, ледяного образца.
Признак «рамы идентичных частей выполнены с возможностью их опирания на перемычки при преимущественно вертикальной ориентации параллельных элементов также упрощают процедуру размещения и позиционирования ледяного образца в устройстве.
Признаки «каждая идентичная часть состоит из двух параллельных рам, которые ориентированы перпендикулярно оси симметрии ледяного образца, расположены симметрично относительно центра симметрии ледяного образца и съемно соединены с жесткими связями, ориентированными параллельно оси симметрии ледяного образца» описывают состав каждой идентичной части и расположение ее составляющих относительно ледяного образца.
Признаки «каждая рама выполнена из материала с низкой теплопроводностью… и содержит перемычку, внутренняя поверхность которой примыкает к ледяному образцу с образованием линии контакта, ориентированной параллельно оси симметрии ледяного образца» позволяют минимизировать передачу тепла от стальных элементов испытательного оборудования ледяному образцу, таяние в зонах контакта и кручение ледяного образца в устройстве.
Признаки «каждая рама содержит параллельные элементы, на концах которых закреплены уплотнители из упруго деформируемого материала, а центральные продольные оси лежат в горизонтальной плоскости элементов из твердых пород древесины» обеспечивают корректную передачу нагрузки от стальных элементов испытательного оборудования ледяному образцу при отсутствии ограничений поперечной деформации ледяного образца.
Признаки «рамы попарно по внешнему периметру объединены с элементами из твердых пород древесины с помощью связей из упруго деформируемого материала, каждая из которых выполнена в форме замкнутого контура, размещенного в соответствующих пазах рам и элементов из твердых пород древесины» обеспечивают равномерное и симметричное перемещение в стороны идентичных частей в стороны при сохранении конструктивного единства самого устройства.
На фиг.1 показан макет устройства.
На фиг.2 изображен общий вид устройства с установленным в нем ледяным образцом.
На фиг.3 изображен вид на спереди на устройство с установленным в нем ледяным образцом.
На фиг.4 показан разрез устройства с установленным в нем ледяным образцом в горизонтальной осевой плоскости образца.
На чертежах показаны ледяной образец 1, рамы 2, ось симметрии 3 ледяного образца 1, жесткие связи 4, параллельные элементы 5 рам 2, элементы 6 из твердых пород древесины, уплотнители 7 из упруго деформируемого материала, перемычки 8 рам 2, внутренние поверхности 9 перемычек 8, связи 10 из упруго деформируемого материала.
Устройство для позиционирования содержит две идентичные части, расположенные симметрично относительно вертикальной осевой плоскости (на чертежах не обозначена) размещенного между ними ледяного образца 1.
Каждая часть состоит из двух параллельных рам 2, которые ориентированы перпендикулярно оси симметрии 3 ледяного образца 1, расположены симметрично относительно центра симметрии (на чертежах не обозначен) ледяного образца 1 и съемно соединены с жесткими связями 4, ориентированными параллельно оси симметрии 3 ледяного образца 1.
Каждая рама 2 выполнена из материала с низкой теплопроводностью (например, пластика) и состоит из параллельных элементов 5, на концах которых закреплены уплотнители 7 из упруго деформируемого материала, а центральные продольные оси (на чертежах не обозначены) лежат в горизонтальной плоскости элементов 6 из твердых пород древесины и перемычки 8, внутренняя поверхность которой примыкает к ледяному образцу 1 с образованием линии контакта (на чертежах не показана), ориентированной параллельно оси симметрии 3 ледяного образца 1.
Причем рамы 2 выполнены с возможностью их опирания на перемычки 8 при преимущественно вертикальной ориентации параллельных элементов 5 и попарно по внешнему периметру объединены с элементами 6 из твердых пород древесины с помощью связей 10 из упруго деформируемого материала (например, резины), каждая из которых выполнена в форме замкнутого контура, размещенного в соответствующих пазах (на чертежах не обозначены) рам 2 и элементов 6 из твердых пород древесины.
Сборку устройства, установку в нем ледяного образца и приведение в проектное положение осуществляют следующим образом.
Собирают идентичные части устройства, для чего рамы 2 съемно соединяют с жесткими связями 4 и при необходимости адаптируют под длину конкретного ледяного образца 1 путем изменения длины жестких связей 4 между рамами 2.
Далее одну из идентичных частей опирают на перемычки 8 рам 2 и устанавливают ледяной образец 1 между преимущественно вертикально ориентированными параллельными элементами 5 рам 2.
При этом рамы 2 располагают симметрично относительно центра симметрии ледяного образца 1 и при обеспечении его примыкания к внутренним поверхностям перемычек 8 с образованием линии контакта, ориентированной параллельно оси симметрии 3 ледяного образца 1.
После обеспечения корректного расположения идентичной части относительно ледяного образца 1 на уплотнители 7 из упруго деформируемого материала устанавливают элементы 6 из твердых пород древесины таким образом, чтобы обеспечивался их контакт с ледяным образцом 1 по всей его длине, а их центральные продольные оси располагались в горизонтальной осевой плоскости ледяного образца 1.
Ширину элементов 6 из твердых пород древесины подбирают таким образом, чтобы величина угла θ между проекциями боковых кромок элементов 6 из твердых пород древесины на зону их контакта с ледяным образцом 1 была не более 15°.
После обеспечения корректного расположения элементов 6 из твердых пород древесины относительно идентичной части и ледяного образца 1 на указанные элементы 6 из твердых пород древесины устанавливают вторую идентичную часть.
При этом идентичные части располагают симметрично относительно горизонтальной осевой плоскости размещенного между ними ледяного образца1.
После обеспечения корректного расположения ледяного образца 1 в устройстве, размещают связи 10 из упруго деформируемого материала в пазах рам 2 и элементов 6 из твердых пород древесины.
Собранное устройство с размещенным в нем ледяным образцом 1 устанавливают в проектное положение, при котором центральные продольные оси элементов 6 из твердых пород древесины лежат в вертикальной осевой плоскости ледяного образца 1 и параллельные элементы 5 рам 2 примыкают к элементам 6 из твердых пород древесины через уплотнители 7 из упруго деформируемого материала.
Испытания ледяных образцов на растяжение методом раскалывания проводят следующим образом.
Предварительно подготавливают ледяные образцы из натурного, лабораторного или модифицированного льда, определяют и регистрируют их размеры.
Собранное устройство с размещенным в нем ледяным образцом устанавливают в проектном положении по центру плоской нагрузочной плиты испытательного оборудования - пресса на одноосное сжатие.
В качестве испытательного оборудования можно использовать гидравлический или электрический пресс, а также универсальные испытательные машины с возможностью установки постоянной скорости движения плиты пресса, обеспечивающие максимальное нагрузочное усилие не менее 50 кН. Примером испытательного оборудования может служить универсальная испытательная машина Shimadzu AG-100 kNXplus.
Далее с помощью плиты пресса прикладывают и регистрируют нагрузку Р, под действием которой в ледяном образце возникают поперечные деформации, при возрастании которых идентичные части устройства равномерно и симметрично перемещаются в стороны.
Нагружение ледяного образца осуществляют до момента образования трещины в его вертикальной осевой плоскости, а в указанный момент регистрируют разрушающую нагрузку Рmax.
Величину растягивающих напряжений σt, МПа, определяют по формуле:
где P - разрушающая нагрузка;
D - диаметр образца;
t - высота образца.
Результаты испытаний разных ледяных образцов, проведенных авторами, приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Результаты прочности льда на растяжение | ||||||
| Тип льда |
Высота образца
t, мм |
Диаметр образца D, мм | Скорость движения пресса V, мм/с |
Разрушающая нагрузка
Р max , Н |
Температура льда
Т i , °С |
Прочность на растяжение
σ t , МПа |
| Лабораторный | 95,0 | 138,3 | 0,04 | 8759,181 | -14,9 | 0,424 |
| Лабораторный | 104,3 | 138,0 | 0,01 | 5736,637 | -9,5 | 0,254 |
| Модифицированный | 100,0 | 138,3 | 0,4 | 8709,51 | -4,0 | 0,401 |
| Модифицированный | 96,7 | 138,0 | 0,4 | 12669,31 | -14,9 | 0,605 |
| Натурный | 101,0 | 139,0 | 0,04 | 6843,996 | -7,8 | 0,310 |
| Натурный | 99,7 | 138,7 | 0,01 | 4267,391 | -3,8 | 0,197 |
Claims (1)
- Устройство для позиционирования ледяного образца при проведении испытаний на растяжение, содержащее пару элементов из твердых пород древесины, центральные продольные оси которых лежат в вертикальной осевой плоскости образца, выполненного в виде цилиндра вращения с горизонтально ориентированной осью симметрии, с обеспечением контакта по всей его длине, отличающееся тем, что устройство содержит две идентичные части, расположенные симметрично относительно вертикальной осевой плоскости размещенного между ними ледяного образца, причем каждая часть состоит из двух параллельных рам, которые ориентированы перпендикулярно оси симметрии ледяного образца, расположены симметрично относительно центра симметрии ледяного образца и съемно соединены с жесткими связями, ориентированными параллельно оси симметрии ледяного образца, а каждая рама выполнена из материала с низкой теплопроводностью и состоит из параллельных элементов, на концах которых закреплены уплотнители из упругодеформируемого материала, а центральные продольные оси лежат в горизонтальной плоскости элементов из твердых пород древесины, и перемычки, внутренняя поверхность которой примыкает к ледяному образцу с образованием линии контакта, ориентированной параллельно оси симметрии ледяного образца, кроме того, рамы идентичных частей попарно по внешнему периметру объединены с элементами из твердых пород древесины с помощью связей из упругодеформируемого материала, каждая из которых выполнена в форме замкнутого контура, размещенного в соответствующих пазах рам и элементов из твердых пород древесины.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2818046C1 true RU2818046C1 (ru) | 2024-04-23 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1310680A1 (ru) * | 1985-07-26 | 1987-05-15 | Хабаровский политехнический институт | Способ испытани льда на прочность |
| RU2014585C1 (ru) * | 1991-07-09 | 1994-06-15 | Самарский государственный аэрокосмический университет | Устройство для центрирования образца к машине для испытания на растяжение-сжатие |
| RU170013U1 (ru) * | 2016-11-10 | 2017-04-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Образец для испытания материала на осевое сжатие |
| CN108732037A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-02 | 大连理工大学 | 一种耐低温便携式海冰拉压试验机系统 |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1310680A1 (ru) * | 1985-07-26 | 1987-05-15 | Хабаровский политехнический институт | Способ испытани льда на прочность |
| RU2014585C1 (ru) * | 1991-07-09 | 1994-06-15 | Самарский государственный аэрокосмический университет | Устройство для центрирования образца к машине для испытания на растяжение-сжатие |
| RU170013U1 (ru) * | 2016-11-10 | 2017-04-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Образец для испытания материала на осевое сжатие |
| CN108732037A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-02 | 大连理工大学 | 一种耐低温便携式海冰拉压试验机系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN205506548U (zh) | 一种脆性材料压缩试验夹具 | |
| KR20050103350A (ko) | 절리면 전단시험장치 | |
| KR101345064B1 (ko) | 압축 시험 장치 | |
| RU2818046C1 (ru) | Устройство для позиционирования ледяного образца при проведении испытаний на растяжение | |
| Pardo et al. | Tensile dynamic behaviour of a quasi-unidirectonal E-glass/polyester composite | |
| Tsai et al. | Evaluation of test methods for silicon die strength | |
| Wang et al. | Breakage behaviour of sand particles in point-load compression | |
| CN104237016B (zh) | 高速动态压缩试验装置 | |
| JP2002228564A (ja) | 圧縮・剪断試験方法及びその試験装置 | |
| CN112345340A (zh) | 一种用于圆柱形岩石试样的可控角度裂隙面生成装置 | |
| KR101133561B1 (ko) | 2축 재료 시험기 | |
| KR101510606B1 (ko) | 인장 시험용 지그 | |
| CN108267476A (zh) | 一种混凝土拉伸状态下的导热系数测量装置及测量方法 | |
| RU2018108702A (ru) | Способ определения предела выносливости материала при изгибе | |
| Duckworth et al. | Influence of stress gradients on the relationship | |
| SU1545142A1 (ru) | Устройство дл определени напр женно-деформированного состо ни образцов при внецентренном сжатии | |
| CN211877630U (zh) | 一种混凝土单轴抗拉试验机 | |
| RU2289804C1 (ru) | Устройство для испытания на устойчивость металлических образцов | |
| CN213021409U (zh) | 一种新型钢化玻璃平直度检验装置 | |
| RU2621618C1 (ru) | Способ определения критического коэффициента интенсивности напряжения бетона | |
| El-Shakra et al. | Deflection measurements and toughness evaluations for FRC | |
| SU1809356A1 (en) | Apparatus for testing specimens in complex stressed state | |
| CN113218769B (zh) | 一种用于测试岩石抗拉强度的间接拉伸装置及方法 | |
| RU61421U1 (ru) | Машина испытательная для механических испытаний строительных материалов | |
| RU2006817C1 (ru) | Способ механических испытаний образцов горных пород и устройство для его осуществления |