ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗРУШАЮЩИХ СДВИГОВЫХ УСИЛИЙ КЕРАМИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ

Полезная модель относится к области строительных материалов и предназначена для определения разрушающих сдвиговых усилий керамических образцов.
Известно устройство для определения сдвиговой прочности композиционных материалов. Установка представляет собой оснастку, которая имеет паз для фиксации образца при испытании и отверстие, которое обеспечивает выдавливание с противоположной стороны части материала цилиндрическим индентором (Орешко Е.И. Определение сдвиговой прочности полимерных композиционных материалов при индентировании [Текст] / Е.И. Орешко, B.C. Ерасов, Д.А. Уткин, Н.О. Яковлев // Механика композиционных материалов и конструкций. - 2021. - №1. - С. 73-88).
Недостатком данного устройства является то, что оно предназначено для испытания вытянутых образцов, изготовленных в форме пластин с толщиной до 2 мм, и требует набора статистических данных по количеству испытаний.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому приспособлению является выбранная в качестве прототипа установка для определения межслойной прочности при сдвиге, состоящая из асимметричной четырехточечной изгибающей установки. Устройство состоит из неподвижного элемента, установленного на опорной плите, и подвижного элемента, способного перемещаться по вертикали с помощью жесткого стержня с линейным роликоподшипником. Подвижный элемент крепится к захвату испытательной машины. (ГОСТ Р 57744-2017. КОМПОЗИТЫ КЕРАМИЧЕСКИЕ. Определение межслойной прочности при сдвиге при нормальной температуре методом испытания на сжатие образца с двойным надрезом или методом Йосипеску: дата введения 2018-02-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию. - Изд. официальное. - Москва: Стандартинформ, 2017. - 20 с.).
Недостатком указанной установки является то, что для определения межслойной прочности при сдвиге керамических композитов требуется изготовление образцов сложной конфигурации с двойным V-образным надрезом. Кроме того, для испытаний необходимо использовать универсальную по ГОСТ 28840 (растяжение, сжатие, изгиб) испытательную машину, обеспечивающую сжатие образца с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата. По действующему ГОСТ Р 57744-2017 для определения сдвиговой прочности образцов кроме универсальной испытательной машины требуется специальное фиксирующее устройство, состоящее из левого и правого зажимов с регулируемыми винтами, неподвижного и подвижного элементов и жесткого стержня.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в упрощении приспособления для проведения испытаний и использовании для испытаний образцов простой конфигурации.
Существующая проблема решается тем, что приспособление для определения разрушающих сдвиговых усилий керамического образца, включающее неподвижный элемент, установленный на опорной плите, и подвижный элемент, установленный с возможностью перемещения по вертикали, согласно полезной модели неподвижный элемент выполнен в виде цилиндра со сквозным отверстием прямоугольного сечения вдоль вертикальной оси и отверстием квадратного сечения в его боковой поверхности, а подвижный элемент выполнен с поперечным сечением в виде прямоугольника, площадь которого соответствует площади поперечного сечения сквозного отверстия неподвижного элемента и равна половине площади поперечного сечения испытуемого образца.
Предлагаемое приспособление имеет простую конструкцию, состоящую из неподвижного и подвижного элементов, и также позволяет определять сдвиговую прочность керамических образцов кубической формы без вырезов.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемой полезной модели, позволяет за счет наличия сквозного отверстия прямоугольного сечения вдоль вертикальной оси и предусмотренного отверстия квадратного сечения в боковой поверхности неподвижного элемента, изготавливать для испытаний образцы простой конфигурации в виде куба. А выполнение подвижного элемента с поперечным сечением в виде прямоугольника, площадь которого соответствует площади поперечного сечения сквозного отверстия неподвижного элемента и равна половине площади поперечного сечения испытуемого образца, позволяет использовать, для испытаний прочности материала при сдвиге, такие образцы кубической формы, аналогичные испытаниям при сжатии материала, а также использовать обычное прессовое оборудование, применяемое при сжатии образцов.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где
на фиг. 1 изображен общий вид приспособления;
на фиг. 2 - разрез приспособления по вертикали;
на фиг. 3 - аксонометрическая проекция керамического образца для испытаний, где показаны вертикальное сечение (площадь среза образца) и направление приложения нагрузки.
Приспособление для определения разрушающих сдвиговых усилий в керамических образцах состоит из неподвижного элемента 1 (матрица), выполненного в виде цилиндра со сквозным отверстием прямоугольного сечения вдоль вертикальной оси, и подвижного элемента 2 (пуансон), выполненного с поперечным сечением в виде прямоугольника, площадь которого соответствует площади поперечного сечения сквозного отверстия неподвижного элемента 1. Матрица имеет два отверстия: первое - сквозное отверстие вдоль вертикальной оси цилиндра предназначено для перемещения пуансона 2; второе - отверстие, выполненное в боковой поверхности цилиндра, предназначено для установки испытуемого образца 3. Отверстие имеет квадратное сечение, соответствующее сечению испытуемого образца.
Определение сдвиговых усилий с использованием разработанного приспособления проводится следующим образом.
Предварительно осуществляется смазка пуансона 2 и матрицы 1 для предотвращения их поломки, снижения сил трения между ними и более плавного хода пуансона 2. Испытуемый образец 3 в форме куба, поперечное сечение которого соответствует квадратному сечению отверстия в боковой поверхности матрицы, устанавливается в него до упора во внутреннюю стенку цилиндрической матрицы 1. После установки образца 3 вводится пуансон 2. Собранное приспособление устанавливается на опорную плиту лабораторного пресса. Верхняя плита пресса плавно опускается до прямого соприкосновения с пуансоном 2 вплоть до отсутствия зазора между ними. Во время испытания под действием плиты пресса пуансон 2 опускается и давит на половину площади поперечного сечения образца, обеспечивая перемещение одной его половины (подвижной) относительно другой (неподвижной), зафиксированной в стенке матрицы 1, вдоль оси симметрии образца 3 параллельно его грани. В результате на образец 3 прикладывается усилие, моделирующее испытание прочности при сдвиге образца.
При проведении испытания определяется разрушающее сдвиговое усилие пресса, прикладываемое на образец. Далее по формуле (1) вычисляется предел прочности при сдвиге образца
где F - разрушающее сдвиговое усилие пресса, кгс;
2
А - площадь среза образца (вертикального сечения, параллельного оси прикладываемого усилия пресса, согласно фиг. 3), см.
Достоверность полученных результатов обусловлена набором статистических данных при испытании керамических образцов и повторяемостью (сходимостью) результатов испытания.
Предлагаемое приспособление позволяет определить разрушающие сдвиговые усилия в керамических образцах и полученные с помощью заявляемого приспособления данные использовать в технологии производства изделий строительной керамики для оценки механической прочности керамических материалов.