СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ И ИСПЫТАНИЯ ИХ НА ДВУХОСНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ
PRODUCTION OF SPECIMENS AND TESTING THEM FOR TWO-AXIS STRETCHING

Изобретение относится к способу изготовления плоских образцов из высокоэластичных полимеров и других материалов, способных испытывать большие деформации в результате нагрузки, для проведения экспериментов на двухосное растяжение.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является способ испытания на двухстороннее растяжение, в котором используется образец типа «крест» с рукавами прямоугольной формы, на которые равномерно нанесены надрезы, делящие рукав на прямоугольные полосы, (тяги), которые передают нагрузку к исследуемой области [A. Krawietz, F. Mathiak, Н. Nowack, K.-Н. Trautmann, US Patent No. 5144844 А МПК G01N 3/00, (8 September 1992)].
Недостатком при испытании данной формы образца является то, что при больших деформациях происходит неравномерное нагружение рабочей зоны образца, где происходит исследование механических свойств материала, из-за неравномерного растяжения тяг, каждая из которых в процессе деформирования образца располагается под разным углом к оси растяжения, причем, этот угол будет увеличиваться в процессе деформирования образца. Кроме того, в месте захвата в рукавах тяги остаются не разрезанными до конца, при зажатии захваты сжимают образец (резину). Поскольку продольная длина захвата очень большая, резина сжимается, ей не куда деваться (объем ее не изменяется - коэффициент Пуассона = 0,5), поэтому резина вылезает из захвата в центре, т.е. в самом центре длина тяги становится длиннее, чем по краям, это еще больше придает неравномерность деформации рабочей зоны.
И, как следствие, возникает искажение полей деформации и напряжений в исследуемой области.
Задачей создания изобретения является минимизация искажения полей деформации и напряжения рабочей зоны образца, а также создания однородного поля напряжений и деформаций в рабочей области
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ изготовления образцов и испытания их на двухосное растяжение, заключающийся в выкраивании крестообразного образца из плоской пластины с заданной рабочей зоной и рукавами, равномерно разрезанными на тяги, передающими нагрузку, прикрепляемыми одним концом к рабочей зоне, а другим - к захватам испытательной машины, и отличительных существенных признаков, таких как тяги закрепляют в захватах веерообразно, при этом внутри рукава тяги в захватах располагают равномерно на одинаковом расстоянии друг от друга.
Согласно п.2 формулы изобретения тяги выполняют разного сечения по их длине, изменяя жесткость тяги с краю по сравнению с центральной тягой.
Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - уменьшение искажения полей деформации и напряжений в исследуемой области за счет веерного расположения тяг в захватах испытательной машины, а также создания однородного поля напряжений и деформаций в рабочей области
При этом каждый рукав имеет по две внешние тяги, остальные нарезанные тяги являются внутренними для рукава. Угол отклонения внешней тяги по одной оси растяжения зависит от максимальной деформации рабочей зоны образца вдоль противоположной оси и от длины тяг и подбирается таким образом, чтобы при максимальной деформации вдоль оси тяги развернулись и стали под углом 0° к оси растяжения.
На Фиг.1 представлен вид крестообразного образца с веерным расположением тяг.
На Фиг.2. - двуосное растяжение плоского образца до деформации 90% в рабочей области, с закреплением тяг по прототипу.
На Фиг.3. - двуосное растяжение плоского образца до деформации 90% в рабочей области, с веерным расположением тяг.
Изобретение иллюстрируется нижеприведенным примером и чертежами Фиг.1-3.
x
y
В испытательном образце, вырезанном из плоской пластины исследуемого материала, имеется рабочая зона 1 для изучения механических свойств материала и четыре рукава для крепления образца в захваты 3 и передачи растягивающих нагрузок F, F через тяги 2 к рабочей зоне, представляющей собой квадратную область в центральной части образца. Одним концом тяги соединены с рабочей зоной, противоположный конец тяг вставляется веерообразно в зажимы испытательной машины. Важно разрезать рукава до конца с внешней стороны, а потом разносить их веером и зажимать в захваты. Внешние тяги каждого из четырех рукавов крепятся под расчетным углом α относительно двух взаимно перпендикулярных осей растяжения, а тяги внутри рукава равномерно располагаются в захвате на одинаковом расстоянии друг от друга.
При достижении максимальной деформации по одной оси растяжения тяги разворачиваются вдоль второй оси растяжения. Тем самым уменьшается искажение полей деформации и напряжений в рабочей зоне за счет приложения растягивающей нагрузки под углом α к направлению растяжения.