SU1029041A1

SU1029041A1 - Machine for material fatigue testing at pure bending

Info

Publication number: SU1029041A1
Application number: SU823379159A
Authority: SU
Inventors: Михаил Яковлевич Филатов; Вадим Васильевич Воробей; Владимир Николаевич Белокуров; Вацлав Леонардович Кравченок; Виктор Дмитриевич Рудой
Original assignee: Институт Механики Ан Усср; Предприятие П/Я А-3611
Priority date: 1982-01-12
Filing date: 1982-01-12
Publication date: 1983-07-15

Abstract

1.МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА УСТАЛОСТЬ ПРИ ЧИСТОМ ИЗГИБЕ, содержаща возбудитель динамических перемещений, шарнирно св занный с ним рычаг, установленные с возможностью поворота в плоскости изгиба захваты дл креплени образца , две т ги, один конец каждой из которых шарнирно св зан с захватом , а другой - с рычагом, и механизм статического нагружени , о тличающийс тем, что, с целью расширени диапазона создаваемых нагрузок и перемещений, ,1млчаг выполнен угловым и закреплен на эксцентриковой оси, а механизм статического нагружени выполнен в виде привода поворота эксцентриковой оси. 2. Машина по п. 1, о т л и ч а ющ а с тем, что на угловом рычаге на различном рассто нии от оси его качани установлены оси дл присоединени к ним шатуна возбудител динамических перемещений.1. MACHINE FOR TESTING MATERIALS FOR PURE FATIGUE DURING CLEAN BEND, containing a dynamic movement pathogen, a lever pivotally connected to it, mounted with the possibility of rotating in the plane of bending, grips for fastening the specimen, two rods, one end of each of which is pivotally connected with the grip and the other with a lever, and the static loading mechanism, which is characterized by the fact that, in order to expand the range of created loads and displacements, 1 ml is angular and fixed on the eccentric axis, and the static loading mechanism voltage is formed as a drive eccentric rotation axis. 2. The machine according to claim 1, so that the axis on the corner arm at different distances from its axis of swing is set to connect a connecting rod to them with an exciter of dynamic movements.

Description

Изобретение относитс к исследованию прочностных свойств материалов , а именно к машинам дл испытаний на усталость при чистом изгибе полимерных материалов. Известна машина дл испытани материалов на усталость при чистом иэ,гибе, содержаща возбудитель дина мических перемещений, установленные на эксцентриковых ос х захваты дл креплени образца, две т ги, один конец каждой из которых жестко соед нен с осью, а другой шарнирно св за с возбудителем динамических перемещений l. .Недостатком этой машины вл етс невозможность проведени испытаний при асимг 1етричном цикле нагружени Наиболее близкой к изобретению по технической.сущности вл етс ма шина дл испытаний материалов на ус талость при чистом изгибе, содержаща возбудитель динамических переме щений, шарнирно св занный с ним рычаг , установленные с возможностью поворота в плоскости изгиба захваты дл креплени , образца, две т ги, один конец каждой из которых шарнирно св зан с захватом, а другой с рычагом, и механизм статического нагружени . Механизм статического нагружени выполнен в виде винтовог устройства линейного перемещени ос поворота рычага С 2 . Недостатком этой машины вл етс то, что возможности исследо- вани полимерных материалов в широ ком диапазоне прочностных характеристик ограничены. Характеристики прочности полимерных материалов отличаютс в 20-50 раз, а деформативность - в 50-150 раз. В таком же диапазоне должны мен тьс усили и пе ремещени , создаваемые машиной,если испытани провод тс на одинаковых по размерам образцах. Ограничение ди апазона создаваемых нагрузок и перемещени обусловлены кинематикой машины. Рычаг воспринимает перемещение от возбудител и передает его захватам образца через т ги, при эт соотношение между плечами приложеНИН выбираютс в зависимости от требуемых усилий и деформаций. Если плечи равны, то статическа составл юща не может быть образована. Таким образом, при такой кинематической схеме величины статической и динамической нагрузки взаимосв заны . Цель изобретени - повышение диа пазона создаваемых нагрузок и перемещений . Поставленна цель достигаетс тем что в машине дл испытаний материалов на усталость при чистом изги .бе, содержащей возбудитель динами-. .ческих возбуждений, шарнирно св занный с ним рычаг, установленные с возможностью поворота в плоскости изгиба захваты дл креплени образца, две т ги,один конец каждой из которых шарнирно св зан с захватом, а другой - с рычагом, и механизм статического нагружени , рычаг выполнен угловым и закреплен на эксцентриковой оси, а механизм статического нагружени выполнен в виде привода поворота эксцентриковой оси. Кроме того, на угловом рычаге на различном рассто нии,от оси его качани могут быть установлены -оси дл присоединени к ним шатуна возбудител динамических перемещений. На фиг. 1 изображена схема предпагаемой ма1т1ины; на фиг. 2 - кинематическа схема передачи усилий и перемещений посредством рычага в известной машине; на фиг. 3 - график зависимостей перемещений и усилий от соотношени плеч рычага в.известной машине,-на фиг. 4 - схема передачи усилий и перемещений в предлагаемой машине. Машина дл испытани материалов на усталость при чистом изгибе содержит электродвигатель.1, кинематически св занный с возбудителем 2 динамических перемещений, шарнирно св занный с ним и закрепленный на эксцентриковой оси 3 угловой рычаг 4, установленные с возможностью поворота в плоскости изгиба захваты 5 и б дл креплени образца 7 с упругими силоизмерител ми 8, две т ги 9 и 10, один конец каждой из которых шарнирно св зан с захватом 5 или б, а другой - с рычагом 4, и механизм статического нагружени , выполненный в виде привода 11 поворота эксцентриковой оси 3. Дл снижени осевых нагрузок в образце 7 при его деформировании служат рессоры 12. На плече углового рычага 4 установлены оси 13 присоединени к ним шатуна 14 возбудител 2 динамических перемещений. Машина работает следующим образом . Возбудитель 3 динамических перемещений сообщает колебательное движение угловому рычагу 4 посредством атуна 14. При этом т ги 9 и 10, становленные на другом плече рычага 4, деформируют образец 7 и упругие силоизмерители 8. Статическа нагрузка создаетс путем поворота эксцентриковой оси 3 с помощью привода 11. При необходимости изменени соотошени между предельными деформаци ми (например, при переходе к исытани м материалов с другими механическимн характеристиками) нзмен 1 ,г соотношение плеч рычага 4. На кинемптнческоП схеме известной машини (фиг. 2.) обозначено: А и Р - амплитуды перемещений и усилий , которые рычаг 1 сообщает механиэгту нагружени образца; Ai- статическое перемещение оси качани 1; Дг - статическое перемещение рыча га 1, которое передастс :-еханизму нагружени образца; Et и P,o - плечи приложени усилий. На фиг. 3 приведены графики зависимости А (сплсшные кривые 1-6), (фиг,3, пунктирные кривые l-5) от соотношени Ej/li Значени перемещений даны по отношению к максимальным величинам А д иД цхДО пускаемым конструкцией машины.Коэффициент асимметрии цикла составл ет ,8 (кривые 1 и l ),4 (кривые 2 и 2 ) (кривые 3 и З ): ,4(фиг.3,кривые 4 и 4),8 (фиг.3,кривые 5 и 5) и (фиг.З, кривые 6).Максимальные напр жени выбраны одинаковыми дл всех -г такими, чтобы , не превьииала 70% от допустимого значени ( . На, фиг. 3 приведена крива 7 зависимости максимального усили гупос которое может быть передано н механизм нагружени образца от вели чины tj. Значение Р удано по o ношению к максимальному усилию Ц развиваемому возбудителем. Из криво 7 следует, что при испытани х высок прочных .материалов следует выбирать отношение Дб 1-1,5, а при испытании низкопрочных - увеличить эт отношение до необходимого значени . Однако в св зи с ограничени ми ,|| меютс диапазоны значений ti/t , в которых не может быть обеспечено воспроизведение заданных режимов работы; на фиг. 3 эт диапазоны обозначены через 1 и И. Указанные ограничени завис т от конструктивных особенностей машины, свойств испытуемых материалов и от геометрии образцов. Имеютс также ог раничени силово го характера, заключающиес в том, что при больших значени х отношени возрастает усилие Р на одном из наиболее ответственных узлов возбудителе динамических перемеще .ний. Кроме того, при больших значени х перемещени А должны быть весьма малыми ( 0,0202 ), что:, во-первых, создает затруднение в регулировании режима нагружени и, во-вторых,увеличивает вли ние различного рода зазоров в подвижных соединени х возбудител и рычага на кривую мгновенных значений напр жений в образце и на силоиз мерительную систему. На фиг. 4 изображена кинематическа схема передачи усили от возбудител к образцу в предлагаемой машине. Эта конструкци позвол ет . создавать статическую деформацию Л( котора почти полностью передаетс захватом образца при любых отношени х 2. т.е. . Поэтому диапазон значений /В , который имеет ограничени в прототипе в св зи с трудност ми создани статической составл ющей нагрузки при 0,5-1,5 расшир етс , что расшир ет такжеи возможности машины. Этому способствует и возможность приложени усили Р, в различных точках Ог . рычага 1 (фиг.4) дл сог ласовани характеристик возбудител с характе1 истиками испытуемого материала . Таким образом, предлагаема машина позвол ет расширить диапазон испытуемых материалов, различающихс по механическим свойствам, а также проводить циклические испытани с любой асимметрией цикла на образцах одинаковых размеров как из материалов с высокой деформативностью и низкой прочностью (полиэфирные, эйоксидные и др. смолы), так и армированных материсшов с высокой ПЕЮЧностью и малой деформативностью (стекло-, угле-, боропластики и ДР).The invention relates to the study of the strength properties of materials, in particular to machines for testing fatigue with a pure bend of polymeric materials. The known machine for testing materials for fatigue with pure and hype, containing the causative agent of dynamic movements, grips mounted on eccentric axes for fastening the sample, two rods, one end of each of which is rigidly connected to the axis, and the other is hinged the causative agent of dynamic movements l. The disadvantage of this machine is the impossibility of testing under asymmetric load cycle cycle. The closest to the invention in technical terms is a machine for testing materials for toughness under clean bending, containing a dynamic movement exciter, an articulated arm connected to it with the possibility of rotation in the plane of bending, the grippers for fastening, the specimen, two rods, one end of each of which is pivotally connected with the gripper, and the other with a lever, and a static loading mechanism. The static loading mechanism is made in the form of a rifter of the linear displacement device of the axis of rotation of the lever C 2. The disadvantage of this machine is that the possibilities of studying polymeric materials in a wide range of strength characteristics are limited. Strength characteristics of polymeric materials differ by 20-50 times, and deformability - 50-150 times. In the same range, the forces and displacements created by the machine should change if the tests are carried out on samples of the same size. The limitation of the range of load and displacement caused by the kinematics of the machine. The lever takes the movement from the exciter and transmits it to the specimen grips through the pull, with this ratio between the shoulders being applied depending on the required forces and deformations. If the shoulders are equal, then the static component cannot be formed. Thus, with such a kinematic scheme, the values of the static and dynamic loads are interrelated. The purpose of the invention is to increase the range of generated loads and movements. This goal is achieved by the fact that in a machine for testing materials for fatigue with a clean bend, which contains a dynamic pathogen. Excitations, a lever pivotally connected to it, which are mounted to rotate in the plane of the bend grips for fastening the specimen, two rods, one end of each of which is pivotally connected to the gripper and the other to the lever, and a static loading mechanism, a lever made angular and fixed on the eccentric axis, and the mechanism of static loading is made in the form of a drive rotation of the eccentric axis. In addition, on the angular lever at different distances, from its axis of swing, axles can be mounted to attach a connecting rod to the driver of dynamic movements. FIG. 1 shows the scheme of the expected ma11; in fig. 2 is a kinematic diagram of the transmission of forces and movements by means of a lever in a known machine; in fig. 3 is a plot of displacements and forces versus the ratio of the arms of the lever in a known machine; in FIG. 4 is a diagram of the transmission of forces and movements in the proposed machine. A machine for testing fatigue with a clean bend contains an electric motor 1, kinematically connected with the exciter 2 dynamic movements, pivotally connected with it and fixed on the eccentric axis 3 angular lever 4, mounted with the possibility of rotation in the plane of the bend grips 5 and 6 dl mounting sample 7 with elastic force measuring devices 8, two rods 9 and 10, one end of each of which is pivotally connected with a grip 5 or b, and the other with a lever 4, and a static loading mechanism, made in the form of an actuator 11 turning the exciter centric axis 3. To reduce axial loads in sample 7 when it is deformed, there are springs 12. On the shoulder of the angle lever 4, axes 13 of connecting rod 14 of the exciter 2 dynamic movements are mounted on them. The machine works as follows. The dynamic movement activator 3 communicates the oscillating motion to the angular lever 4 by means of an Atun 14. In this case, the rods 9 and 10, placed on the other arm of the lever 4, deform the sample 7 and the elastic force meters 8. The static load is created by rotating the eccentric axis 3 with the help of the drive 11. If it is necessary to change the weight between the limiting deformations (for example, during the transition to the testing of materials with other mechanical characteristics), replace the 1, g ratio of the arms of the lever 4. On the reference circuit known shini (. FIG 2) is designated A and F - displacement amplitude and effort that the lever 1 according mehaniegtu sample loading; Ai- static movement of the swing axis 1; Dg is the static movement of the lever 1 ha, which is transmitted to: -the loading mechanism of the specimen; Et and P, o - effortless shoulders. FIG. Figure 3 shows the graphs of the dependence of A (curvature curves 1-6), (FIG. 3, dashed curves l-5) versus Ej / li. The displacement values are given relative to the maximum values of A d id cxDO given by the machine design. The cycle asymmetry factor is , 8 (curves 1 and l), 4 (curves 2 and 2) (curves 3 and 3):, 4 (figure 3, curves 4 and 4), 8 (figure 3, curves 5 and 5) and 3c. Curves 6). The maximum stresses are chosen the same for all -g such that not more than 70% of the permissible value (. Fig. 3 shows the curve 7 of the maximum force hpos, which can transferred to the loading mechanism of the sample from the value tj. The value of P is given in relation to the maximum force C developed by the pathogen. From curve 7 it follows that when testing highly durable materials one should choose the ratio DB 1-1.5, and in testing low strength to increase this ratio to the desired value. However, due to the limitations, || there are ranges of ti / t values in which the specified modes of operation cannot be reproduced; in fig. These 3 ranges are indicated by 1 and I. These limitations depend on the design features of the machine, the properties of the tested materials and the geometry of the samples. There are also limitations of the power nature, which consists in the fact that for large values of the ratio, the force P increases on one of the most important nodes of the agent of dynamic displacements. In addition, at large values, the displacement A must be very small (0.0202), which:, firstly, creates difficulty in regulating the loading mode and, secondly, increases the influence of various kinds of gaps in mobile connections of the exciter and leverage on the curve of instantaneous stress values in the sample and on the force measuring system. FIG. Figure 4 shows the kinematic scheme of force transfer from the exciter to the sample in the proposed machine. This design allows. create a static deformation L (which is almost completely transmitted by the capture of the sample in any ratio 2. i.e., therefore, the range of values of / V, which has limitations in the prototype due to the difficulties of creating a static component of the load at 0.5-1 , 5 expands, which also expands the capabilities of the machine. This is also facilitated by the possibility of applying force P, at various points of Arm 2 (Fig. 4), in order to harmonize the characteristics of the exciter with the characteristics of the test material. expand the range of tested materials with different mechanical properties, as well as carry out cyclic tests with any cycle asymmetry on samples of the same size both from materials with high deformability and low strength (polyester, eoxide and other resins), and reinforced materials with high PEARLITY low deformability (glass, carbon, boroplasty and DR).

2/22/2

Л2L2

rOirOi

JScJsc

AI.PIAI.PI

иг.гIG

lf lf

J,wcr/rc J, wcr / rc

..I..I

LL

P I ATPI and AT

Claims

1. MA- TESTING MACHINE

TIRIALS FOR TIRED FOR PURE BENDING, containing a pathogen of dynamic movements, a lever pivotally connected to it, grips mounted to rotate in the bend plane for fixing the sample, two rods, one end of each of which is pivotally connected to the gripper, and the other to the lever, and the mechanism of static loading, characterized in that, in order to expand the range of generated loads and movements, the lever is made angular and fixed on the eccentric axis, and the mechanism of static loading is made in the form of a drive eccentric axis

2. Machine pop. 1, characterized in that on the angular lever at different distances from the axis of its swing axis are installed for attaching to them the connecting rod of the pathogen of dynamic movements.