SU1744576A1 - Установка дл испытаний эластичных материалов при скоростном раст жении - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к испытательной технике. Целью изобретени   вл етс  расширение эксплуатационных возможностей за счет увеличени  скорости деформации образца. Установка содержит ударный силовозбудитель, подвижный 11 и неподвижный 12 захваты дл  образца 10, ударо- воспринимающий элемент в виде стакана 7, св занного с подвижным захватом посредством изогнутой нат нутой струны 4 При воздействии ударного силовозбудител  на ударовоспринимающий элемент последний стремитс  вернуть струну к ее пр молиней

Description

Изобретение относитс  к прочностным испытани м материалов, а именно к устройствам дл  исследовани  деформационных свойств м гких эластичных материалов при различных скорост х деформации.

Известен вертикальный копер, содержащий раму ч виде двух стоек, на которых смонтирована поперечина. На поперечине подвешена направл юща  в виде трубы, по которой скользит свободно падающий груз, который удар ет по наковальне, соединенной с образцом, другой конец которого соединен со стержнем-динамометром. Копер имеет также устройства дл  подъема груза, его отцеплени  на нужной высоте и гашени  остаточной энергии груза после разрыва образца .

Однако указанное устройство не позвол ет получить высокие скорости деформации из-за ограничений по высоте устройства.

Известно устройство дл  испытани  образцов , содержащее два р дом расположенных жестких стержн , которые с одной стороны шарнирно скрпеплены друг с другом с помощью жесткой т ги. Образцы исследуемого материала располагают между этими стержн ми, а усилие прикладываетс  к этим стержн м на некотором удалении от концов. При этом, если образец расположен вблизи концов стержней, противоположных месту креплени  жесткой т ги, устройство позвол ет повысить скорость деформации.

Однако при ударном приложении нагрузки к такому устройству скорость дефор- мации образца будет скачкообразно мен тьс  от нул  до некоторого большого значени , что затрудн ет обработку результатов испытаний.

Известна установка дл  динамических испытаний материалов на раст жение, содержаща  основание, копер с падающим грузом, устройство дл  замера усили , св занное с пассивным захватом дл  образца, механизм передачи нагрузки образцу, выполненный в виде тележки, скрепленной с активным захватом, и плоского кулачка в виде клина с профилированной(непр молинейной ) рабочей поверхностью. При воздействии на кулачок падающего груза кулачок перемещаетс  между неподвижной

поверхностью, оснащенной роликами, и осью колесной пары тележки. При этом при заданной скорости падающего груза скорость движени  активного захвата измен етс  в соответствии с профилем кулачка.

Однако из-за трени  и значительной массы механизма передачи нагрузки образцу установки такого типа не позвол ют получать значительного повышени  скорости

деформации.

Цель изобретени  - расширение эксплуатационных возможностей установки за счет увеличени  скорости деформации образца исследуемого материала при заданной скорости движени  ударного силовозбудител  и при условии плавного перехода от малых скоростей деформации к большим.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что

усилие со стороны нагружающего устройства (ударного силовозбудител ) передаетс  к образцу с помощью тонкой нат нутой струны , центральна  часть которой отклонена от равновесного (пр молинейного) положени 

и с помощью захвата св зана с образцом, при этом нагружающее устройство, воздейству  на струну, нат гивает струну и стремитс  вернуть ее к пр молинейному положению.

На фиг. 1 показана предлагаема  установка в сборе; на фиг. 2 - место расположени  образца исследуемого материала.

Установка состоит из основани  и закрепленной на нем вертикальной стойки (не

показаны), на которой жестко закреплены роликовые опоры 1-3. Между опорами 1-3 прот нута струна 4, котора  в верхней части с помощью приспособлени  5 неподвижно скрепл етс  со стойкой. Дл  предварительного нат жени  струны используетс  груз 6, на котором располагаетс  стакан 7 (на фиг. 1 показан пунктиром). Стакан 7 имеет прорези дл  обеспечени  прохода струны 4 и креплени  опоры 3. Стакан 7 воспринимает

усилие со стороны падающего груза (на фиг. 1 штрих-пунктирной линией показана траектори  движени  падающего груза). Дл  обеспечени  многократного использовани  устройства предусмотрены упоры дл  остановки падающего груза (не показаны), а также предохранительное устройство 8,

которое обрываетс  при некотором усилии, меньшем предельной нагрузки дл  струны. Нат жение струны измер етс  с помощью тензовставки 9. Образец 10 исследуемого материала закрепл етс  с помощью подвижного захвата 11, св занного со струной 4, и неподвижного захвата 12. Захват 12 св зан с тензовставкой 13, котора  одним концом неподвижно скреплена с пластиной 14 и служит дл  замера усили  в образце 10. Пластина 14 подвижно скреплена со стойкой и может с помощью винтовой передачи (не показана) смещатьс  в горизонтальном направлении. Дл  регистрации положени  пластины 14 на стойке закреплена шкала 15. Дл  создани  начальной деформации образца 10 используютс  подвижные упоры 16 и 17 (фиг. 2), которые с помощью винтовой передачи (не показана) могут смещатьс  относительно пластины 14 в горизонтальном направлении. Заданное положение за- хвата 11 относительно пластины 14 регистрируетс  с помощью шкалы 18. Дл  предотвращени  деформировани  образца 10 из-за ползучести при малом усилии, вызванном грузом 6, предусмотрено замковое устройство (не показано), которое может быть расположено на упорах 16 и 17 и должно освобождать захват 11 при определенном усилии. Дл  предотвращени  провисани  захватов 11 и 12 их можно располагать на роликовых опорах 19. Дл  замера положени  захвата 11 в различные моменты времени на захвате 11 сделан упор 20, который, взаимодейству  с гибкими пластинками 21, замыкает электрические контакты , установленные на панели 22.

Конструктивно опоры 1 и 3 могут находитьс  на одной вертикальной пр мой. При этом груз, удар ющий по стакану 7, может быть подн т до опоры 1 или его можно закрепить на конце жесткого шарнирно закрепленного стержн , при этом груз будет двигатьс  по дуге окружности. Если струна 4 достаточно гибка , то опоры 1 и 2 можно расположить в горизонтальной плоскости .

Если груз, удар ющий по стакану 7, движетс  с посто нной скоростью (т.е. груз достаточно массивен), струна 4  вл етс  идеально гибкой и линейно упругой и при этом элементы 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 11 можно считать недеформируемыми и в них отсутствуют люфты и трение, то из геометрических соображений (по известной скорости груза с учетом замеров усили  в струне 4 с помощью тензовставки 9) в первом приближении (пренебрега  волновыми эффектами)

дл  каждого момента времени t можно вычислить положение x(t) захвата 11, его скорость x(t) и ускорение x(t):

,

HJ -ы ;

W.« «а(т Н

w

10

мЦ

«w

где x(t) - величина отклонени  захвата 11 от равновесного положени  (при котором струна 4 между опорами 1 и 2 занимает пр молинейное положение; предполагаетс , что в любой момент времени струна нат нута);

х0 - начальное значение x(t), т.е. первоначальное отклонение захвата 11 (до начала движени  груза 6);

So половина рассто ни  между опорами 1 и 2;

LO - первоначальна  длина струны (недеформированной ) от элемента 5 до груза 6;

N - усилие нат жени  струны, измер е- Мое элементом 9 дл  каждого момента времени;

-Ј

/jN

N

ri

t2

соответственно перва  и втора  производные по времени;

Е - жесткость струны на раст жение

V - скорость движени  груза 6 (V const). t - врем  (отсчитываемое с момента начала движени  груза 6);

F(t)2V(x2+(So)2+ N-Vt;

(.

45

x(t)

41

скорость и ускорение захвата 11.

Если (кроме указанных выше допущений ) жесткость струны Е велика (в пределе струна считаетс  нераст жимой), то можно 5Q считать, что

x(t)

55

УЈ 2 V(x0r + (SoT- V - (So)2 ;

r, 1 ((xc+(S0)2-Vt x (Ч -цx (t)

По известным значени м усили  N и величин х(т) и So можно вычислить усилие Т, воздействующее на захват 11:

Т 2 N

х(0

yC5f+ x(tf .

Более точно усилие, воздействующее на образец 10, замер етс  с помощью элемента 13, а величины деформации и скорости деформации образца 10 дл  различных моментов времени определ ютс  по результатам замера перемещений с помощью элементов 20-22.

Испытани  с помощью предлагаемого устройства провод т следующим образом.

Образец 10 закрепл ют в захватах 11 и 12. Перемеща  упоры 16 и 17, создают в образце 10 начальную деформацию требуемой величины; заданное положение захвата 11 фиксируетс  замковым устройством. Затем , смеща  пластину 14, отклон ют струну 4 от пр молинейного положени  на необходимую величину. По высоте подъема груза, удар ющего по стакану 7, вычисл ют скорость движени  этого груза. При испытани х (с помощью элементов 9, 13, 20-22) синхронно замер ют усили , а также перемещени  захвата 11. Затем по результатам замеров стро т диаграммы деформировани  в координатах деформаци  - напр жение , при этом дл  каждого момента времени

0

5

0

5

можно вычислить скорость деформации. По наклону кривой деформировани  можно определить характерное значение модул  дл  заданных условий нагружени . Мен   начальную деформацию образца, величину отклонени  струны и высоту подъема падающего груза, можно моделировать различные услови  нагружени  эластичных материалов.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Установка дл  испытаний эластичных материалов при скоростном раст жении, содержаща  основание, ударный силовоз- будитель, неподвижный и подвижный захваты дл  образца, ударовоспринимающий элемент, св занный с подвижным захватом, отличающа с  тем, что, с целью расширени  эксплуатационных возможностей путем увеличени  скорости деформации образца, св зь ударовоспринимающего элемента с подвижным захватом осуществлена посредством изогнутой нат нутой струны, один из концов которой скреплен с основанием, другой - с ударовоспринимаю- щим элементом, а средн   часть - с подвижным захватом.

   13

   10

   Редактор А.Лежнина

   Фаг 2.

   Составитель В.Сазонов Техред М.Моргентал

   гг

   2.1

   Корректор Н.Ревска