УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ
INSTALLATION FOR MATERIAL SAMPLES STRENGTH TEST

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность.
Известна установка для испытания образцов материалов на прочность (патент РФ №1293541, кл. G01N 3/10, 1987), содержащая опорную раму, установленные на ней под прямым углом друг к другу две направляющие, толкатели, установленные на направляющих, приводы перемещения толкателей вдоль направляющих, захваты для образцов.
Недостаток установки состоит в отсутствии возможности проводить испытания при взаимодействии образцов с контактированием по разным поверхностям.
Известна установка для испытания образцов материалов на прочность (патент РФ №1504550, кл. G01N 3/10, 1990), содержащая опорную раму, установленные на ней под прямым углом друг к другу две направляющие, толкатели, установленные на одних концах направляющих, приводы перемещения толкателей вдоль направляющих, захваты для образцов и наковальни, расположенные на других концах направляющих.
Недостаток установки состоит в том, что на ней неосуществимы испытания при взаимодействии образцов, нагружаемых поочередно одноосной и двухосной нагрузками с контактированием по разным поверхностям.
Известна установка для испытания образцов материалов на прочность (патент РФ №2050536, кл. G01N 3/10, 1990), принимаемая за прототип. Установка содержит опорную раму, установленные на ней под прямым углом друг к другу две направляющие, две наковальни, установленные в вершине прямого угла направляющих, толкатели, установленные на других концах направляющих, приводы перемещения толкателей вдоль направляющих, захваты для образцов, фиксаторы захватов на направляющих и пружины, соединенные одним концом с соответствующими захватами. Установка обеспечивает поочередное нагружение взаимодействующих образцов одноосной и двухосной нагрузками с контактированием по разным поверхностям.
Недостаток установки состоит в том, что на ней невозможно регулировать жесткость нагружающей системы в процессе воздействия на образцы осевыми и плоскими статическими и ударными нагрузками. Возможность регулировать жесткость испытаний при чередовании осевых и плоских нагрузок позволяет более точно оценивать поведение материалов образцов перед разрушением. Так, переход на более жесткое нагружение замедляет процессы ползучести и усиливает релаксационные процессы в периоды выдержки под нагрузкой, особенно при одноосном нагружении. Уменьшение жесткости изменяет скорости реологических процессов в противоположных направлениях, при этом более сильное влияние заметно при плоском нагружении. Смена жесткости «расшатывает» материалы, поэтому регулируя жесткость, можно заданным путем приводить образцы к энергообмену на стадии разрушения. Знание этих закономерностей позволит повысить прогноз последствий энергообмена в массиве горных пород путем наблюдения за особенностями силовой работы элементов горного массива.
Техническим результатом изобретения является увеличение объема информации путем испытаний при регулировании жесткости нагружающей системы в процессе воздействия на образцы осевыми и плоскими статическими и ударными нагрузками.
Технический результат достигается тем, что установка для испытания образцов материалов на прочность, содержащая опорную раму, установленные на ней под прямым углом друг к другу две направляющие, две наковальни, установленные в вершине прямого угла направляющих, толкатели, установленные на других концах направляющих, приводы возвратно-поступательного перемещения толкателей вдоль направляющих, захваты для образцов, фиксаторы захватов на направляющих и пружины, соединенные одним концом с соответствующими захватами, согласно изобретению толкатели размещены в дополнительных направляющих, соединены с ними дополнительными пружинами и имеют фиксаторы для соединения с дополнительными направляющими, при этом дополнительные направляющие соединены с другими концами основных пружин и выполнены с возможностью перемещения вдоль основных направляющих, а основные и дополнительные пружины имеют разные характеристики жесткости.
Дополнительные направляющие с дополнительными пружинами и фиксаторами позволяют проводить нагружение с участием одной или с участием двух пружин с разной жесткостью, что меняет в ходе испытаний жесткость нагружающей системы и обеспечивает достижение технического результата.
На чертеже представлена схема установки.
Установка для испытания образцов материалов на прочность содержит опорную раму 1, установленные на ней под прямым углом друг к другу две направляющие 2, 3, две наковальни 4, 5, установленные в вершине прямого угла направляющих 2, 3, толкатели 6, 7, установленные на других концах направляющих 2, 3, приводы 8, 9 перемещения толкателей 6, 7 вдоль направляющих, захваты 10,11 для образцов 12, 13, фиксаторы 14, 15 захватов 10, 11 на направляющих 2, 3 и пружины 16, 17, соединенные одним концом с соответствующими захватами 10, 11.
Толкатели 6, 7 размещены в дополнительных направляющих 18, 19, соединены с ними дополнительными пружинами 20,21 и имеют фиксаторы 22, 23 для соединения с дополнительными направляющими 18, 19. Дополнительные направляющие 18, 19 соединены с другими концами основных пружин 16, 17 и выполнены с возможностью перемещения вдоль основных направляющих 2, 3. Основные 16, 17 и дополнительные 20, 21 пружины имеют разные характеристики жесткости.
В зависимости от задач испытаний на наковальнях 4, 5 может устанавливаться третий образец 24. Приводы 8, 9 могут быть выполнены эксцентриковыми.
Установка работает следующим образом.
При выключенном фиксаторе 15 и включенном фиксаторе 23 включают привод 9, перемещают толкатель 7 вместе с дополнительной направляющей 19 в направлении захвата 11, сжимают пружину 17 и нагружают образцы 13, 24 осевой нагрузкой заданной величины. Жесткость нагружения и соответственно запас упругой энергии нагружающей системы определяется характеристикой жесткости пружины 17. Если перед началом движения толкателя 7 выключают фиксатор 23, то в создании нагрузки участвует пружина 21 и также запасает энергию упругой деформации. Общая энергия системы становится равной сумме энергий пружин 17 и 21, а характеристика жесткости становится усредненной и определяется исходя из достигнутой нагрузки и суммарной энергии. Приводом 9 фиксируют заданный уровень осевой нагрузки на образцах 13, 24. Включают фиксатор 14 и фиксатор 22. Приводом 8 перемещают толкатель 6 с дополнительной направляющей 18 в направлении захвата 14, деформируют пружину 16 и запасают тем самым энергию упругой деформации на пружине 16. Если между образцами 12 и 24 установлен зазор «А», то при достижении заданного запаса энергии на пружине 16 прекращают перемещение толкателя 6 и выключают фиксатор 14. Под действием пружины 16 захват 10 с образцом 12 наносят удар по образцу 24. В момент удара образец 24 испытывает плоское нагружение со статической нагрузкой по одной оси и ударной нагрузкой по другой оси, а образцы 12 и 13 испытывают одноосное нагружение, причем образец 12 - ударное, а образец 13 - статическое нагружение. Если перед началом движения толкателя 6 фиксатор 22 выключен, то энергия ударной нагрузки создается с участием пружины 20 и ударное нагружение проводится с другим запасом энергии и другой характеристикой жесткости нагружающей системы, как это описано выше. Если в исходном положении зазор «А» отсутствует, то нагружение со стороны толкателя 6 проводится так же, как описано выше при нагружении толкателем 7. При этом образцы 12 и 13 нагружаются статической нагрузкой с выбранными характеристиками жесткости и запасом энергии, но образец 12 нагружается одноосной, а образец 24 - двухосной нагрузками. После выдержки образцов под нагрузкой заданное время приводят в действие привод 9 и при включенном фиксаторе 23 и выключенном фиксаторе 15 толкателем 7 перемещают образец 13 в исходное положение. Этим действием образец 13 полностью разгружается от осевой нагрузки, образец 24 разгружается от нагрузки по одной из осей, осевая нагрузка на образце 12 сохраняется. После выдержки заданное время в зависимости от задач исследований разгружают образцы со стороны толкателя 6 или повторяют нагружение со стороны толкателя 7 в статическом или динамическом режимах, как это описано выше. Для испытаний при взаимодействии пары образцов третий образец 24 удаляют, а в исходных положениях место образца 24 занимают поочередно образцы 12 и 13. Тот из образцов, который в момент ударного пригружения занимает положение на наковальнях 4, 5, испытывает плоское нагружение, а образец, создающий динамическую или статическую пригрузку, испытывает одноосное нагружение. Подбор жесткости проводится описанным выше образом.
Изобретение обеспечивает исследование взаимодействия образцов в новых силовых условиях при регулировании жесткости нагружающей системы в процессе воздействия на образцы осевыми и плоскими статическими и ударными нагрузками.