СПОСОБ НАГРУЖЕНИЯ ПЛОСКОГО ОБРАЗЦА
METHOD FOR LOADING OF FLAT SAMPLE

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для асимметричного двухосного (плоского) нагружения крестообразных образцов материалов при их испытаниях.
Известен способ нагружения плоских образцов, при котором крестообразный образец закрепляют с помощью захватов в гидравлических механизмах и растягивают в направлении плеч образца [1].
Недостаток известного способа: ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия механизмов сжатия образца с целью получения асимметричного нагружения материала.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ нагружения плоских образцов, при котором на образец в четырех точках, равномерно расположенных по окружности, закрепляют (приваривают) клиновые сегменты, взаимодействующие с двумя распорными элементами (платформами) и путем давления на платформы в направлении, перпендикулярном плоскости образца, создают в нем усилия растяжения в двух взаимно перпендикулярных направлениях [2].
Недостатком способа-прототипа является отсутствие возможности получения в образце усилий сжатия, в частности получения асимметричного плоского нагружения.
Предлагаемое изобретение направлено на расширение функциональных возможностей способа за счет реализации асимметричного двухосного (плоского) нагружения испытуемых материалов.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе нагружения плоского образца, при котором на образец в четырех точках, равномерно расположенных по окружности, закрепляют клиновые сегменты, взаимодействующие с двумя клиновыми платформами, расположенными с двух сторон образца, и путем давления на платформы в направлении, перпендикулярном плоскости образца, создают в нем усилия в двух взаимно перпендикулярных направлениях, согласно изобретению испытания ведут на крестообразном образце, одна пара плеч которого снабжена сегментами, работающими на растяжение, а другая пара плеч - сегментами, работающими на сжатие и выполненными с одинаковыми углами наклона поверхностей, взаимодействующих с платформами, в процессе нагружения определяют истинные относительные деформации растяжения и сжатия рабочей части образца, периодически при превышении абсолютного значения деформации сжатия над деформацией растяжения на заданную величину разгружают образец, устанавливают прокладки одинаковой заданной толщины между сегментами растяжения и соответствующими поверхностями платформ и продолжают нагружение образца.
Проведение испытаний материалов на крестообразных образцах позволяет реализовать на рабочей (центральной) части образца асимметричное нагружение материала (растяжение по одному направлению и сжатие по взаимно перпендикулярному направлению), а определение в процессе нагружения истинных относительных деформаций сжатия и растяжения и поддержание их близкими друг к другу по модулю в процессе всего нагружения (за счет периодического разгружения образца и установки прокладок под сегменты растяжения) обеспечивает равномерное плоское, без вспучивания, деформирование материала вплоть до разрушения образца.
Нами не обнаружены технические решения с признаками, сходными с существенными отличительными признаками предлагаемого способа, поэтому считаем, что он соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».
pc
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано устройство для нагружения крестообразного образца (сечение в направлении растяжения), на фиг.2 - то же для направления сжатия, на фиг.3 - зависимость условных (ε) и истинных (e) относительных деформаций рабочей части крестообразного образца по главным направлениям от условной относительной деформации растяжения ε в процессе нагружения образца.
Устройство для асимметричного нагружения крестообразного образца 1 (фиг.1, 2) состоит из четырех клиновых сегментов 2 растяжения (фиг.1), симметрично закрепленных на двух противоположных плечах образца, и четырех клиновых сегментов 3 сжатия (фиг.2), симметрично закрепленных на двух других плечах образца. Сегменты 2 и 3 выполнены взаимодействующими с соответствующими наклонными (например, под углом 45° к плоскости образца) плоскими поверхностями двух клиновых платформ 4, расположенных с двух сторон от образца и испытывающих давление Р со стороны пресса (направление усилия на фиг.1, 2 показано стрелкой). На центральной (рабочей) части образца 1 установлены датчики 5 (например, тензорезисторы) измерителей деформации (тензометров) для определения относительных деформаций образца в двух направлениях - растяжения и сжатия (фиг.1, 2). Между сегментами 2 растяжения и соответствующими наклонными поверхностями платформ 4 могут быть установлены четыре жестких прокладки 6 заданной, одинаковой для всех сегментов, толщины (фиг.1).
сж
pc
0
сж
рс
Способ нагружения плоского образца осуществляется следующим образом. На плечах крестообразного образца 1 (фиг.1, 2) закрепляют сегменты 2 растяжения и 3 сжатия, например, путем приваривания к образцу или с помощью штифтов, как показано на фиг.1 и 2. Образец с сегментами устанавливают между двумя платформами 4 и деформируют путем увеличения давления Р на платформы со стороны пресса. В процессе нагружения измеряют абсолютные деформации Δl с помощью датчиков 5 тензометров (фиг.1, 2) и определяют истинные относительные деформации образца в направлениях сжатия (е) и растяжения (e) по формуле , где l - база тензодатчиков (см. фиг.1) для измерения абсолютных деформаций  - условная относительная деформация. При отклонении абсолютного значения (модуля) деформаций сжатия и растяжения друг от друга на заданную величину, например на 3%, образец разгружают путем снятия давления с платформ 4. Между наклонными плоскостями четырех сегментов 2 растяжения и соответствующими поверхностями платформ 4 (фиг.1) устанавливают прокладки 6 одинаковой заданной толщины, например 0,1 мм, после чего продолжают нагружение образца. При отклонении модуля деформации |е| от е на заданную величину производят повторное разгружение образца, установку дополнительных прокладок 6 (или замену прокладок на прокладки большей толщины) под сегменты 2 и последующее нагружение образца. Указанный цикл нагружения образца, его разгружения, установку прокладок и последующего нагружения образца периодически повторяют до завершения всего процесса нагружения образца, вплоть до его разрушения.
рс
сж
сж
рс
pc
сж
рс
рс
рс
сж
сж1
pc1
сж
рс
Зависимость истинной относительной деформации растяжения е и модуля условной |ε| и истинной |е| относительных деформаций сжатия от условной относительной деформации растяжения ε в процессе периодического нагружения-разгружения образца показана на фиг.3 (зависимости условных относительных деформаций от ε изображены пунктиром). При первоначальном (из исходного состояния) нагружении образца все относительные деформации практически (до долей процента) равны по модулю друг другу, однако в дальнейшем (уже в области пластического течения материала) деформация |е| начинает существенно превышать е (например, при ε=3% е=2,96%, |е|=3,05%, т.е. разность модулей истинных относительных деформаций составляет около 3%). Если при некотором заданном соотношении истинных деформаций |е| и e (фиг.3) разгрузить образец до Р=0 (изменение деформаций при разгрузке составляет около 0,1-0,2% и на фиг.3 не показано), ввести прокладки под сегменты растяжения и продолжить нагружение образца, то сначала происходит одноосное нагружение, при котором деформация сжатия отстает от деформации растяжения. В результате отношение |е|/е плавно уменьшается до 1 (точка А на фиг.3), а затем становится меньше 1. Все это время между сегментами 3 сжатия (фиг.2) и соответствующими поверхностями платформ 4 имеется зазор, уменьшающийся по мере одноосного нагружения образца.
pc2
сж
сж
cж
pc
сж
pc
сж
рс
сж
рс
рс2
сж
рс
В момент, когда указанный зазор становится равным нулю (деформация ε на фиг.3), начинается ускоренный рост деформаций |ε| и |е|, поскольку снова начинается двухосное нагружение образца, при котором выполняется равенство |Δε|=Δε (прямая |ε| становится параллельной прямой ε). Когда в процессе нагружения деформация |е| снова превысит е на заданную величину, образец разгружают, устанавливают под сегменты растяжения прокладки большей толщины и снова нагружают, следя за соотношением истинных деформаций |е| и е. Толщину прокладок под сегментами растяжения, определяющую момент перехода от одноосного к плоскому нагружению (деформация ε на фиг.3), подбирают эмпирически или расчетным путем исходя из геометрических параметров элементов нагружателя и заданного расхождения (или отношения) между деформациями |е| и е.
Предлагаемый способ нагружения плоских образцов обеспечивает равномерное плоскопараллельное перемещение материала при его деформировании в процессе асимметричного нагружения, позволяет предотвратить потерю устойчивости деформируемого участка образца в направлении сжатия вплоть до момента его разрушения.
Источники информации
1. Авт. свид. СССР №1051406 А, МПК G01N 3/08, 1983.
2. Авт. свид. СССР №148940, МПК G01N 3/08, 1962 [прототип].