УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦА НА РАСТЯЖЕНИЕ

Предлагаемая полезная модель относится к испытательной технике.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является машина для испытания образцов на растяжение (см. патент RU №2400727, опубликован 03.03.2009).
Недостатком его является большое количество элементов, сложность изготовления и низкая универсальность.
Технической задачей предлагаемого устройства является упрощение конструкции, повышение ее универсальности за счет возможности использования на различных испытательных машинах, расширение диапазона реализуемой жесткости нагружающей системы.
Для решения поставленной задачи разработано устройство для испытания образца на растяжение в захватах испытательной машины, которое дополнительно снабжено корпусом, выполненным из двух соединенных навстречу друг к другу отверстиями металлических стаканов, пакетом тарельчатых пружин с отверстиями, расположенными внутри корпуса, а также шпилькой снабженной гайками на ее концах, причем шпилька расположена в отверстиях тарельчатых пружин и в отверстии, выполненном в дне нижнего стакана, при этом один конец шпильки соединен с верхним концом образца, а другой конец шпильки расположен внутри корпуса так, что между гайками шпильки расположен пакет тарельчатых пружин и дно нижнего стакана, при этом один захват испытательной машины жестко связан с верхним стаканом, а другой захват с нижним концом образца.
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что устройство дополнительно снабжено корпусом, выполненным из двух соединенных по резьбе навстречу друг к другу отверстиями металлических стаканов, пакетом тарельчатых пружин с отверстиями, расположенными внутри корпуса, а также шпилькой снабженной гайками на ее концах, причем шпилька расположена в отверстиях тарельчатых пружин и в отверстии, выполненном в дне нижнего стакана, при этом один конец шпильки соединен с верхним концом образца, а другой конец шпильки расположен внутри корпуса так, что между гайками шпильки расположен пакет тарельчатых пружин и дно нижнего стакана, при этом один захват испытательной машины жестко связан с верхним стаканом, а другой захват с нижним концом образца.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства, на фиг. 2 характеристики жесткости оснастки при различных схемах сборки пакета тарельчатых пружин, на фиг. 3 результаты испытаний на растяжение образцов стали 20 при различной жесткости нагружающей системы.
Устройство для испытания образца на растяжение снабжено корпусом, выполненным из двух соединенных навстречу друг к другу отверстиями металлических стаканов 1 и 2, пакетом тарельчатых пружин 3 с отверстиями 4, расположенными внутри корпуса, а также шпилькой 5, снабженной гайками 6 и 7 на ее концах. Шпилька 5 расположена в отверстиях 4 тарельчатых пружин 3 и в отверстии 8, выполненном в дне нижнего стакана 2. Один конец шпильки 5 соединен с верхним концом образца 9, а другой конец шпильки 5 расположен внутри корпуса так, что между гайками шпильки 6 и 7 расположен пакет тарельчатых пружин 3 и дно нижнего стакана 2. При этом один захват 10 испытательной машины связан жестко с верхним стаканом 1, а другой 11 с нижним концом образца 9.
Устройство состоит из небольшого количества простых деталей не сложных в изготовлении. Устройство универсально и может быть использовано на любой испытательной машине, предназначенной для испытаний на растяжение и оборудованной захватными приспособлениями.
Работа устройства заключается в следующем.
В нижний стакан 2 помещают пакет тарельчатых пружин 3. Количество пружин и схему их сборки выбирают в зависимости от необходимой жесткости оснастки. На фиг.2 приведены характеристики жесткости оснастки при различных схемах сборки пакета и количества пружин, соответствующие значениям: 1 - 50 МН/м, 2 - 28 МН/м, 3 - 18 МН/м, 4 - 9,5 МН/м, 5 - 7 МН/м, 6 - 5 МН/м. В отверстии 4 пружин 3 и отверстии 8 дна нижнего стакана 2 располагают шпильку 5. С двух концов шпильки 5 устанавливают шайбы и закручивают гайки 6 и 7, выбирая зазоры. Далее, соединяют с помощью резьбового соединения нижний стакан 2 с верхним стаканом 1, нижний конец шпильки 5 с верхним концом образца 9, нижний конец образца 9 и верхний стакан 1 корпуса с захватами 10 и 11 испытательной машины.
Затем проводится испытание на растяжение при заданной скорости удлинения, что обеспечивается характеристиками используемой испытательной машины, до момента разрушения образца. В процессе испытания нагрузка регистрируется встроенным датчиком испытательной машины, удлинение регистрируется на рабочей части образцов с помощью навесного экстензометра. В результате испытания строятся диаграммы растяжения в координатах «нагрузка - удлинение образца».
Для испытаний использовалась универсальная двухосевая сервогидравлическая испытательная машина Instron 8850, позволяющая проводить испытания на растяжение-сжатие и кручение с максимальной осевой нагрузкой 100 кН и максимальным крутящим моментом 1000 Нм. Для регистрации удлинения образцов использовался экстензометр Instron 2620-601. При проведении испытаний осевая нагрузка регистрировалась посредством встроенного двухосевого датчика нагрузки испытательной системы. Погрешность измерений датчика нагрузки составляет 0,5% от измеряемой величины в диапазоне нагрузок от 0,2% до 1% от номинальной мощности датчика и 0,4% в диапазоне от 1% до 100% номинальной мощности датчика.
При одноосном растяжении образца в условиях высокой жесткости нагружающей системы без применения указанной оснастки получена диаграмма, отражающая устойчивое закритическое деформирование (кривая 1 на фиг. 3) до значения нагрузки 3,2 кН, после чего происходит разрушение образца. При использовании оснастки, в случае установки пакета из 10 последовательных пружин (в этом случае жесткость нагружающей системы составляет 5 МН/м), устойчивое закритическое деформирования осуществлялось только до величины нагрузки 9,0 кН после чего происходило динамическое разрушение образца, в этом случае ниспадающий участок диаграммы с интенсивным разупрочнением не реализуется (кривая 2 на фиг. 3).
Диаграммы деформирования, приведенные на фиг. 3, получены при растяжении сплошных цилиндрических образцов стали 20, изготовленных из прутка диаметром 16 мм в состоянии поставки. Одна из захватных частей образца выполнена с резьбой для возможности установки в нижний конец шпильки 5 оснастки с переменной жесткостью.
Снабжение устройства пакетом, состоящего из различного количества тарельчатых пружин, которые могут обладать различными характеристиками жесткости, расширяет диапазон реализуемой жесткости нагружающей системы. Испытания показали, что разработанное устройство позволяет проводить испытания образцов на растяжение при различной жесткости нагружающей системы в широком диапазоне нагрузок и значений характеристик жесткости, что имеет большое значение при исследовании закритической стадии деформирования материалов.