УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к устройствам для определения прочностных свойств конструкционных материалов, а именно к определению прочности при отрыве полимерных композиционных, металл-полимерных и других конструкционных материалов, имеющих, в том числе, чередующиеся слои одного или разных материалов, и применяющихся в авиационной промышленности, машиностроении, судостроении и других отраслях техники, а также в строительной индустрии.
Известно устройство для испытаний на равномерный отрыв крестообразных клеевых образцов, состоящее из двух П-образных скоб со сглаженными кромками на торцах. Одну П-образную скобу устанавливают на плиту испытательной машины, на нее укладывают одну из пластин образующих образец, а на другую пластину образца устанавливают вторую П-образную скобу. При сжатии расположенные взаимно перпендикулярно одна относительно другой П-образные скобы разрушают образец, при этом определяется прочность при отрыве. (Патент SU 339833 А1, 01.01.1972).
Недостатки этого устройства заключаются в том, что:
- устройство предназначено для испытания на равномерный отрыв только клеевых образцов, представляющих собой две взаимно перпендикулярно склеенные пластины прямоугольного сечения;
- при нагружении образцов с тонкими пластинами происходит их изгиб от действия П-образных скоб;
- расстояние между ножками П-образных скоб не регулируется, что не позволяет испытывать крестообразные образцы с разным размером рабочей зоны;
- положение образца в устройстве не фиксировано.
Известно устройство для определения прочности сцепления крестообразных соединений представляющее собой две П-образные скобы, полки которых предназначены для размещения между плитами пресса. Стойки каждой скобы в поперечном сечении имеют форму сегмента и сопряженной с ним большим основанием равнобедренной трапеции. На меньших основаниях трапеций скобы выполнены выступы, на которых закрепляют концы испытуемого соединения (Патент SU 1429002 А1, 07.10.1988).
Недостаток этого устройства заключается в том, что расстояние между ножками П-образных скоб не регулируется, что не позволяет испытывать крестообразные образцы с разным размером рабочей зоны.
За прототип принято устройство для испытания на равномерный отрыв образцов клеевых соединений в форме крестовины, состоящее из двух рамок, каждая из которых является неразъемной и имеет не сплошное основание, образующее заплечики. Образец устанавливается в скрещенные рамки таким образом, чтобы каждая из двух пластин образца стороной ориентированной к клеевому соединению опиралась на не сплошные заплечики. При растяжении расположенные взаимно перпендикулярно одна относительно другой рамки разрушают образец, при этом определяется прочность при отрыве. (Труды ВИАМ №9, 1959 г., с. 357, фиг. 13, позиция 6).
Недостатки этого устройства заключаются в том, что:
- устройство предназначено для испытания на равномерный отрыв только клеевых образцов, представляющих собой две взаимно перпендикулярно склеенные пластины прямоугольного сечения;
- при нагружении образцов с тонкими пластинами происходит их изгиб от действия рамок;
- расстояние между не сплошными заплечиками рамок не регулируется, что не позволяет испытывать крестообразные образцы с разным размером рабочей зоны;
- положение образца в устройстве не фиксировано.
Технической задачей данной полезной модели является создание устройства, позволяющего проводить испытания для определения прочности конструкционных материалов и клеевых соединений с различным размером зоны отрыва.
Техническим результатом заявленной полезной модели является унификация конструкции устройства, позволяющая проводить испытания конструкционных материалов для определения прочности образцов с различным размером зоны отрыва, и упрощение технологии изготовления его элементов.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для определения прочности конструкционного материала, содержащее перпендикулярные друг другу рамки, отличающееся тем, что рамка состоит из верхней плиты и нижней плиты, соединенных между собой соединительными элементами на противоположных концах плит, причем пары «верхняя плита - нижняя плита» двух рамок устанавливают перпендикулярно друг другу, таким образом, чтобы верхняя плита первой рамки и нижняя плита второй рамки прилегали к поверхностям вкладышей, а верхняя плита второй рамки и нижняя плита первой рамки прилегали к поверхностям образца, а также четырех вкладышей и четырех Г-образных вставок, образующих пары «вкладыш - Г-образная вставка», в каждой из которых вкладыш и Г-образная вставка сопряжены друг с другом по граням с наибольшей площадью, причем Г-образные вставки используются для крепления в устройстве крестообразного образца с пазами.
Предпочтительно, ширина верхней и нижней плит составляет не менее 10 мм.
Предпочтительно, ширина вкладышей и Г-образных вставок составляет не более 50 мм.
Данная полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена изометрическая проекция предлагаемого устройства, где:
1 - верхняя плита первой рамки и нижняя плита второй рамки;
2 - нижняя плита первой рамки и верхняя плита второй рамки;
3 - вкладыши;
4 - Г-образные вставки;
5 - образец;
6 - болт;
7 - гайка.
На фиг. 2 изображен вид сверху предлагаемого устройства.
На фиг. 3 изображено сечение (А-А) предлагаемого устройства.
На фиг. 4 изображен вид сбоку образца и двух Г-образных вставок.
На фиг. 5 изображен вид сверху образца и двух Г-образных вставок.
Данная полезная модель описывает геометрию устройства для определения прочности при отрыве крестообразных образцов.
Заявленное устройство (фиг. 1-3) изготавливается из материала конструкционного назначения, например, алюминиевого сплава, и содержит две верхние плиты, две нижние плиты, четыре вкладыша (3), четыре Г-образные вставки (4), четыре болта (6) и четыре гайки (7). Плиты, вкладыши (3) и Г-образные вставки (4) изготавливаются, например, фрезерованием, отверстия в плитах - сверлением, цилиндрические углубления в плитах под болты (6) и гайки (7) - зенковкой. Болты (6) и гайки (7) подбираются стандартные, например, болт М8 по ГОСТ 7798. Цилиндрические углубления в плитах под болты (6) и гайки (7) изготавливаются такими, чтобы головки болтов (6) и их концы с резьбовыми частями оказались утоплены в плитах.
Г-образные вставки (4) используются для крепления в устройстве крестообразных образцов с пазами.
При креплении в устройстве крестообразного образца (например, из углепластика) с центральной рабочей частью в виде квадрата, четырьмя опорными частями и пазами, расположенными попарно на лицевой и обратной сторонах образца по противолежащим бокам рабочей части, каждая Г-образная вставка (4) включает полку (на чертеже не обозначена), причем Г-образные вставки (4) с каждой стороны образца (фиг. 4) должны быть ориентированы полками Г-образных вставок друг к другу и по направлению к образцу (5) для того, чтобы усилие передавалось на образец (5), как через поверхности опорных частей, так и через поверхности пазов параллельные поверхностям опорных частей.
Для создания более равномерного напряженно-деформированного состояния в зоне отрыва образца каждая рамка устройства скрепляется болтами (6) на двух концах через нижнюю и верхнюю плиты, за счет чего минимизируется возникающий при нагружении изгибающий момент, что особенно важно для тонких образцов, а также образцов с невысокой жесткостью.
Выбор ширины верхней и нижней плит от 10 мм определяется минимальным значением длины стороны квадратной зоны отрыва типичных испытываемых крестообразных образцов на отрыв.
Выбор ширины вкладышей (3) и Г-образных вставок (4) до 50 мм определяется максимальным значением длины стороны квадратной зоны отрыва типичных испытываемых крестообразных образцов на отрыв.
Пары «вкладыш (3) - Г-образная вставка (4)» устанавливаются таким образом, чтобы с гранями верхней плиты первой рамки и нижней плиты второй рамки (1) совпадали левые боковые грани пар для того, чтобы при испытании на отрыв смежные пары «вкладыш (3) - Г-образная вставка (4)» могли свободно смещаться, не задевая друг друга.
Перпендикулярные друг другу рамки располагаются зеркально друг другу для обеспечения проведения испытания на отрыв при смещении траверс испытательной машины друг к другу (сжатии).
При проведении испытания образца в форме креста конструкционного материала на отрыв образец имел следующие геометрические размеры: толщина - 4,86 мм, длина стороны рабочей части -
16,3 мм, ширина пазов - 1,5 мм, глубина каждого из 4 пазов - 2,43 мм, длина каждой опорной части - 29,5 мм.
На образец установили четыре Г-образные вставки (4), таким образом, чтобы Г-образные вставки (4) с каждой стороны образца (фиг. 4, 5) были ориентированы полками Г-образных вставок друг к другу и по направлению к образцу (5). На каждую Г-образную вставку (4) установили по вкладышу (3). При этом установили перпендикулярно друг другу пары «верхняя плита - нижняя плита» двух рамок, таким образом, чтобы верхняя плита второй рамки и нижняя плита первой рамки (2) прилегали к поверхностям образца, а верхняя плита первой рамки и нижняя плита второй рамки (1) прилегали к поверхностям вкладышей. В результате получили две перпендикулярные друг другу рамки, расположенные зеркально друг другу. Каждую рамку скрепили с двух сторон болтами (6) с гайками (7). Установили устройство с образцом в испытательную машину между плоскими, параллельными друг другу поверхностями блинов для сжатия. Провели испытание на сжатие до момента разрушения образца в устройстве от отрыва. По результатам испытания была определена прочность при отрыве
отр
где Р - нагрузка отрыва, определенная по показаниям испытательной машины;
а - длина стороны рабочей части.
Таким образом, проведение испытания крестообразных образцов на отрыв при помощи данной полезной модели позволяет испытывать образцы с различным размером зоны отрыва и повысить достоверность полученных результатов.