УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГООБМЕНА ПРИ РАЗРУШЕНИИ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ
INSTALLATION FOR ANALYSIS OF ENERGY EXCHANGE AT DESTRUCTION OF MATERIAL SAMPLES

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям при исследовании энергообмена в процессе деформирования и разрушения образцов материалов.
Известна установка для исследования энергообмена при разрушении образцов материалов (патент РФ №934301, кл. G01N 3/08, 1982), содержащая основание, установленные на нем два захвата для образца, один из которых связан с упругим элементом линейной формы, механизм перемещения второго захвата.
Недостаток состоит в отсутствии возможности исследовать энергообмен при сжатии с изгибом. Испытания проводятся только при сжатии образцов материалов.
Известна установка для исследования энергообмена при разрушении образцов материалов (патент РФ №1441240, кл. G01N 3/08, 1987), содержащая основание, установленные на нем прямолинейную направляющую, два захвата для образца, один из которых соединен с упругим элементом линейной формы и установлен в прямолинейной направляющей, и механизм перемещения второго захвата.
Недостаток установки заключается в исследовании энергообмена при нагружении образца только сжатием. Энергообмен при сжатии с изгибом неосуществим.
Известна установка для исследования энергообмена при разрушении образцов материалов (патент РФ №2047125, кл. G01N 3/08, 1994), принимаемая за прототип. Установка содержит основание, установленные на нем прямолинейную направляющую, два захвата для образца, один из которых соединен с упругим элементом линейной формы и установлен в прямолинейной направляющей, изогнутую направляющую, на которой установлены второй захват и механизм перемещения второго захвата.
Недостаток установки состоит в том, что запас энергии задается до начала деформирования и разрушения и не меняется до полного разрушения образца. Испытания при независимом увеличении запасов энергии сжатия и изгиба в процессе деформирования и разрушения образца материала неосуществимы. Распределить запас энергии на сжатие и на изгиб в момент разрушения в заданном соотношении не удается, поскольку это распределение зависит от склонности самого образца к сжатию или к изгибу: если в момент разрушения образец сильно изогнут, то запас энергии почти полностью реализуется на динамику изгиба, и наоборот, при малом изгибе образца в момент разрушения почти весь запас энергии будет израсходован на динамику разрушения от сжатия. Это ограничивает объем получаемой информации при исследовании энергообмена.
Техническим результатом изобретения является увеличение объема информации при исследовании энергообмена путем испытаний при регулируемом соотношении запасов энергии сжатия и изгиба в процессе деформирования и разрушения образца материала.
Технический результат достигается тем, что установка для исследования энергообмена при разрушении образцов материалов содержит основание, установленные на нем прямолинейную направляющую, два захвата для образца, один из которых соединен с упругим элементом линейной формы и установлен в прямолинейной направляющей, изогнутую направляющую, на которой установлены второй захват и механизм перемещения второго захвата, согласно изобретению изогнутая направляющая имеет уменьшающийся радиус кривизны, прямолинейная направляющая установлена на поворотной оси и соединена боковой поверхностью с одним концом радиального упора, второй конец которого соединен с упругим элементом радиальной формы, закрепленным на основании, при этом упругие элементы выполнены заменяемыми с возможностью подбора соотношения их жесткости.
Размещение прямолинейной направляющей на поворотной оси при уменьшающемся радиусе кривизны изогнутой направляющей позволяет в процессе изгиба образца поворачивать его и перемещать в направлении упругого элемента, что дает рост запаса энергии в направлении осевой нагрузки. Наличие радиального упора с упругим элементом дает нарастающее сопротивление повороту прямолинейной направляющей и создает тем самым нарастающий изгибающий момент с увеличением энергозапаса усилия изгиба. Соотношение запасов энергии при сжатии и при изгибе определяется соотношением жесткости упругих элементов в прямолинейной направляющей и в радиальном упоре, что позволяет задавать это соотношение в соответствии с программой исследований. Объем информации увеличивается существенно, чем достигается технический результат.
На чертеже представлена схема установки.
Установка для исследования энергообмена при разрушении образцов материалов содержит основание 1, установленные на нем прямолинейную направляющую 2, два захвата 3, 4 для образца 5, один 3 из которых соединен с упругим элементом 6 линейной формы и установлен в прямолинейной направляющей 2, изогнутую направляющую 7, на которой установлены второй захват 4 и механизм 8 перемещения второго захвата 4. Изогнутая направляющая 7 имеет уменьшающийся радиус кривизны. Прямолинейная направляющая 2 установлена на поворотной оси 9 и соединена боковой поверхностью с одним концом радиального упора 10, второй конец которого соединен с упругим элементом 11 радиальной формы, закрепленным на основании 1. Упругие элементы 6 и 11 выполнены заменяемыми с возможностью подбора соотношения их жесткости.
Механизм перемещения второго захвата 4 выполнен в виде сбрасываемого груза 8 с лебедкой 12 и приводом 13. Радиальный упор 10 перемещается внутри радиальной направляющей 14. Подбор соотношения жесткости упругих элементов 6 и 11 обеспечивается их заменой между экспериментами.
Установка работает следующим образом.
Устанавливают упругие элементы 6 и 11 с заданным соотношением жесткости в направляющие 2 и 14. Закрепляют образец 5 в захваты 3, 4. Сбрасывают груз 8 и перемещают захват 4 вдоль направляющей 7. При перемещении захвата 4 образец 5 поворачивает прямолинейную направляющую 2 на оси 9. Уменьшение радиуса кривизны направляющей 7 приводит к перемещению захватов 3, 4 и образца 5 в направлении оси 9, что приводит к деформации упругого элемента 6 и созданию сжимающей нагрузки на образце 5 с накоплением энергии на упругом элементе 6 в соответствии с жесткостью этого элемента. Поворот направляющей 2 приводит к перемещению радиального упора 10 вдоль направляющей 14 и к деформации упругого элемента 11, что создает изгибающую нагрузку на образце 5 и накопление энергии изгиба в соответствии с жесткостью элемента 11. Деформирование развивается до разрушения образца 5. В момент разрушения реализуется накопленная энергия сжатия и накопленная энергия изгиба, что определяет динамический результат энергообмена. Следующий эксперимент проводят при другом соотношении запасов энергий сжатия и изгиба, для чего устанавливают упругие элементы с другими характеристиками жесткости. Динамический эффект энергообмена определяется соотношением величин запасенной энергии и способностью материала образцов к энергопоглощению при сжатии и изгибе.
Изобретение позволяет увеличить объем информации при исследовании энергообмена благодаря выявлению способности материалов к энергопоглощению при сложном нагружении сжатием и изгибом.