УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ НА СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ УСИЛИЙ РАСТЯЖЕНИЯ, СРЕЗА И ИЗГИБА
DEVICE FOR MATERIAL SAMPLE TEST FOR COMBINED EFFECT OF TENSION, SHEARING AND BENDING FORCES

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания образцов строительных материалов на совместное действие усилий растяжения, среза и изгиба, и позволяет испытывать образцы материалов при различных комбинациях нагружения их усилиями растяжения, среза и изгиба в совокупности с разрывной машиной.
Известен способ испытания образцов материалов на растяжение и срез, для реализации которого сооружается установка, растягивающая образец материала посредством вращения дисковой платформы и инерционных грузов. В процессе растяжения происходит относительное смещение инерционных грузов на величину установочного смещения ограничителей, и в образце образуется фиксированная деформация среза. При дальнейшем увеличении скорости вращения дисковой платформы происходит разрушение образца растяжением. Относительное смещение ограничителей можно выбрать таким, при котором образец приобретает такую деформацию среза, когда он разрушается [1].
Недостатками этого способа являются сложность испытательной установки, отсутствие возможности испытания образцов материала при фиксированном соотношении усилий растяжения и среза, отсутствие возможности испытания образцов материала на совместное действие усилий растяжения, среза и изгиба.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ испытания образцов материала на срез [2]. В данном способе образцы материалов закрепляются в подвижных относительно друг друга С-образных захватах, сжимающихся под прессом. Направление действующей на образец силы, создаваемой нижним захватом, противоположно направлению действия силы, создаваемой верхним захватом, при этом векторы создаваемых усилий не расположены на одной оси. Таким образом создается усилие среза, действующее на образец.
Недостатками этого способа являются малая площадь приложения усилия, передаваемого от захватов на образец, что может повлиять на точность измерений, а также отсутствие возможности испытания образцов в условиях совместного действия усилия среза и растяжения.
Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей путем нагружения образца не только до разрушения его усилием растяжения, среза или изгиба, но и до разрушения его совместным действием усилий растяжения, среза и изгиба при фиксированном соотношении между величиной усилия при растяжении, величиной усилия при срезе и величиной изгибающего момента.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для испытания образцов материалов на совместное действие усилий растяжения, среза и изгиба, содержащем соосные захваты для крепления образца, дугообразные рычаги, соединенные с захватами, и платформы, опирающиеся на стенки захватов, дугообразные рычаги выполнены в виде коромысел с отверстиями, центры которых лежат на одной окружности. Рычаги с помощью болтов соединены с захватами образца и с платформами, опирающимися на стенки захватов.
Отверстия дугообразного рычага служат для передачи нагрузки от разрывной машины, позволяют выбирать точку приложения силы и, таким образом, заранее задавать соотношение между величинами усилий растяжения и среза, действующими на образец. Выбор места крепления дугообразного рычага к захватам позволяет заранее задать величину изгибающего момента, действующего на образец. В этом случае необходимо, чтобы центры отверстий дугообразного рычага, прикрепленного к верхнему захвату, лежали на одной окружности с центрами отверстий в рычаге, прикрепленном к нижнему захвату. Платформы, соединенные с дугообразными рычагами посредством болтов, опираются на стенки захватов и позволяют создавать усилие среза.
На фиг.1 и 2 изображены схемы предлагаемого устройства.
Устройство содержит захваты 1, в которые помещается образец для испытания 2, дугообразные рычаги 3, прикрепляемые к захватам 1 с помощью болтов 4 через отверстия 5, платформы 6, соединенные с дугообразным рычагом 3 с помощью болтов 7 и опирающиеся на стенки захватов 3. В дугообразном рычаге 3 созданы отверстия 8, позволяющие выбрать точку приложения сил.
Устройство работает следующим образом.
Дугообразный рычаг 3 прикрепляют к захватам 1 образца с помощью болтов 4 через отверстия 5 в захватах и отверстия 8 в рычаге. При этом если дугообразный рычаг 3 соединяется с захватом 1 посредством центрального отверстия в захвате, то изгибающий момент отсутствует. В случае же, если крепление рычага 3 осуществлено через одно из крайних отверстий в захватах, то будет иметь место действие на образец изгибающего момента. Отверстия 8 в рычаге 3 служат для крепления устройства к захватам разрывной машины, с помощью которой осуществляется нагружение.
К дугообразному рычагу 3 с помощью болтов 7 прикрепляется платформа 6, опирающаяся на стенку захвата 1 и обеспечивающая наличие усилия среза, действующего на образец.
Посредством выбора отверстия 8, с помощью которого устройство крепится к разрывной машине, задается соотношение между величинами усилий растяжения и среза, на которые разбивается нагрузка, передаваемая от разрывной машины.
На фиг.3а показана схема устройства для случая, когда образец материала испытывается в условиях действия осевого растяжения. Распределение сил в этом случае показано на фиг.3б. Величина растягивающего усилия будет определяться по формуле N=P, где P - нагрузка, создаваемая разрывной машиной, N - усилие растяжения образца, точка C - центр тяжести образца.
На фиг.4а показана схема устройства для случая, когда образец материала испытывается в условиях действия растягивающего усилия и изгибающего момента. Распределение сил в этом случае показано на фиг.4б. Величина растягивающего усилия определяется из выражения N=P, а изгибающий момент - из выражения M=Pe, где M - величина изгибающего момента, e - расстояние от центра тяжести образца до оси, на которой расположен вектор растягивающей силы N.
На фиг.5а показана схема устройства для случая, когда образец материала испытывается в условиях совместного действия растягивающего усилия и усилия среза. Распределение сил в этом случае показано на фиг.5б. Величина растягивающего усилия определяется из выражения N=Pcosα, величина усилия среза - из выражения Q=Psinα, где Q - величина изгибающего момента, α - угол между осью, проходящей через центр тяжести образца, и осью, на которой лежит вектор силы P.
На фиг.6а показана схема устройства для случая, когда образец материала испытывается в условиях действия только усилия среза. Распределение сил в этом случае показано на фиг.6б. Здесь величина усилия среза определяется из выражения Q=P.
На фиг.7а показана схема устройства для случая, когда образец материала испытывается в условиях совместного действия растягивающего усилия, усилия среза и изгибающего момента. Распределение сил в этом случае показано на фиг.7б. Величина растягивающего усилия определяется из выражения N=Pcosα, величина усилия среза - из выражения Q=Psinα, изгибающий момент определяется из условия M=Pecosα [3].
Выражения, позволяющие определять величины усилий растяжения, среза и изгибающего момента, верны лишь в том случае когда центры отверстий 8 в дугообразных рычагах 3 расположены на одной окружности. При этом линия действия силы P лежит на оси диаметра окружности, проходящей через точку приложения сил, действующих на образец - центр окружности.
Источники
1. Авторское свидетельство СССР №1597680, кл. G01N 3/24, 1990.
2. Патент US №3566681, кл. G01N 3/24, 1971.
3. Писаренко Г.С. Справочник по сопротивлению материалов. - Киев: Наукова думка, 1988. - 734 с.