Устройство для испытания образца материала на сжатие в условиях гидростатического давления
DEVICE FOR TESTING SAMPLE OF MATERIAL FOR COMPRESSION UNDER CONDITIONS OF HYDROSTATIC PRESSURE

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, материаловедению и измерительной технике и может быть использовано для построения диаграмм пластичности и сопротивления деформации металлических материалов. Данное устройство может применяться при проведении научных исследований и в промышленности.
Известно устройство для испытания образца материала на сжатие при высоких гидростатических давлениях, содержащее герметичный контейнер, установленные в его полости опору и размещенный со стороны одного из торцов контейнера плунжер, матрицу с коническим отверстием, закрепленную со стороны второго торца контейнера, вспомогательный образец, установленный на матрице и предназначенный для выпрессовывания его через матрицу, и две плиты для сжатия испытуемого образца, одна из которых установлена на опоре, с целью повышения надежности испытаний, верхняя плита соединена со вспомогательным образцом с возможностью ее осевого перемещения. [Устройство для испытания образца материала на сжатие при высоких гидростатических давлениях: патент №2655043 РФ кл. G01N 3/08; авторы - Федоров А.А., Петров А.П., Беспалов А.В., Комаров Р.С.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» - №2017117507; заявл. 19.05.2017; опубл. 23.05.2018. Бюл. №15].
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для испытания образца материала на сжатие в условиях гидростатического давления, содержащее герметичный контейнер, со стороны одного из торцов которого расположена опора, а со стороны противоположного - плунжер, в полости контейнера установлены плиты для сжатия между ними испытуемого образца, выполненного с цилиндрическими полостями на рабочих торцах и отверстием по оси, одна из плит взаимодействует с плунжером, а другая, имеющая дроссельный канал, - с опорой, часть полости контейнера между плитой и опорой заполнена смазкой, а сама плита выполнена с возможностью перемещения вдоль оси контейнера и имеет герметичное уплотнение по поверхности контакта с ним. [Устройство для испытания образца материала на сжатие в условиях гидростатического давления: патент №2709426 С1 кл. G01N 3/08; авторы - Федоров А.А., Беспалов А.В., Комаров Р.С.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» - №2019108890; заявл. 27.03.2019; опубл. 17.12.2019, бюл. №35].
Недостатком известных устройств является невозможность обеспечения высокой точности испытания из-за непостоянства гидростатического давления смазки на торцах испытуемого образца.
В частности, для первого прототипа (патент №2655043) имеет место непостоянство гидростатического давления смазки на торцах испытуемого образца из-за переменного диаметра по длине вспомогательного образца, который механически связан с деталями устройства и выпрессовывание которого, в связи с этим, возможно только при непрерывном повышении гидростатического давления смазки в контейнере.
Для второго прототипа (патент №2709426) непостоянство гидростатического давления смазки на торцах испытуемого образца имеет место из-за непрерывного возрастания скорости перемещения нижней плиты, на которую, в свою очередь, воздействует испытуемый образец, причем, сжатие образца сопровождается увеличением его скорости деформации (ζ):
где: υ - скорость перемещения верхней плиты;
Н - высота испытуемого образца.
Из уравнения видно, что при непрерывном уменьшении Н, непрерывно возрастает ζ, увеличивая скорость перемещения нижней плиты, а это, в свою очередь, непрерывно повышает гидростатическое давление смазки в контейнере.
Таким образом, в обоих прототипах гидростатическое давление смазки на торцах испытуемого образца является непостоянным, что делает невозможным обеспечение высокой точности испытаний.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение постоянного гидростатического давления смазки на торцах испытуемого образца.
Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для испытания образца материала на сжатие в условиях гидростатического давления, содержащее герметичный контейнер, со стороны одного из торцов которого расположена опора, а со стороны противоположного - плунжер, в полости контейнера установлены плиты для сжатия между ними испытуемого образца, выполненного с цилиндрическими полостями на рабочих торцах и отверстием по оси, одна из плит взаимодействует с плунжером, а другая, имеющая дроссельный канал, - с опорой, часть полости контейнера между плитой и опорой заполнена смазкой, а сама плита выполнена с возможностью перемещения вдоль оси контейнера и имеет герметичное уплотнение по поверхности контакта с ним, согласно предлагаемому изобретению, в опоре выполнено коническое отверстие для выпрессовывания через него вспомогательного образца, имеющего постоянный диаметр по всей длине. Вспомогательный образец по своей технической сущности является «предохранительным клапаном», не допускающим подъем гидростатического давления смазки в контейнере, что обеспечивает постоянство гидростатического давления смазки на торцах испытуемого образца.
На фиг. 1 изображено устройство для испытания образца материала на сжатие в условиях гидростатического давления.
Устройство содержит герметичный контейнер 2, с установленной в его полости опорой 6, и размещенный со стороны одного из торцов контейнера плунжер 1, верхнюю 10 и нижнюю плиты 11 для сжатия между ними испытуемого образца 3 с цилиндрическими полостями на рабочих торцах и отверстием по оси, причем верхняя плита взаимодействует с плунжером, а нижняя, имеющая дроссельный канал 4 и герметичное уплотнение 5, взаимодействует через часть полости контейнера, заполненной смазкой 9, с опорой, в которой выполнено коническое отверстие 7 для выпрессовывания через него вспомогательного образца 8.
Устройство работает следующим образом.
В герметичный контейнер 2 устанавливают опору 6, после чего в коническое отверстие 7, выполненное в опоре помещают вспомогательный образец 8 постоянного по длине диаметра, а часть полости контейнера заполняют смазкой 9, на которую опускают нижнюю плиту 11, имеющую дроссельный канал 4 и герметичное уплотнение 5. Затем на нижней плите 11 размещают испытуемый образец 3 с цилиндрическими полостями на рабочих торцах и отверстием по оси, после чего с помощью плунжера 1 на торец испытуемого образца опускают верхнюю плиту 10, обеспечивая при ее перемещении передачу усилия от плунжера 1 через испытуемый образец 3 на нижнюю плиту 11, инициируя ее перемещение и воздействие при этом на смазку 9, находящуюся в части полости контейнера 2 между нижней плитой 11 и опорой 6. Смазка 9, выдавливаясь через дроссельный канал 4 нижней плиты 11 в осевое отверстие и цилиндрические полости на рабочих торцах испытуемого образца 3 формирует активное гидродинамическое трение на поверхностях контакта испытуемого образца с плитами 10 и 11, причем благодаря выпрессовыванию вспомогательного образца 8 постоянного по длине диаметра через коническое отверстие 7, сохраняется постоянство гидростатического давления смазки 9 на торцах испытуемого образца 3, что обеспечивает повышение точности испытаний.