УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТРУБЧАТЫХ ОБРАЗЦОВ

Заявляемая полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована при исследовании прочностных свойств строительных материалов. Установка предназначена для проведения испытаний тонкостенных трубчатых образцов за счет их одновременного нагружения внутренним и внешним гидростатическим давлением при соотношении параметров, обеспечивающем напряженно-деформированное состояние чистого сдвига изделия.
Известно устройство для испытания трубчатых образцов по пат. РФ №2462697, G01N 3/32 (2006/01), опубл. 27.09.2012. Устройство содержит маслофильтр, бак с маслом, коллектор, предохранительный клапан для фиксации давления, электродвигатели, червячные редукторы, гидронасос, маслопроводы, манометр, трубчатый образец, кривошипно-шатунный механизм и прерыватель. Недостатком аналога является невозможность проведения испытаний тонкостенных трубчатых образцов в условиях чистого сдвига.
Известно устройство для испытания тонкостенных трубчатых образцов по пат. РФ №2488090, G01N 3/10 (2006.01), опубл. 20.07.2013. Устройство состоит из распорного приспособления, устанавливаемого внутри образца по ею краю, в состав которого входит соединенный с эластичной самоуплотняющейся манжетой и имеющий возможность осевого перемещения поршень, и канал для подачи гидравлического давления в полость образца.
Недостатком аналога также является невозможность проведения испытаний тонкостенного трубчатого образца в условиях чистого сдвига.
По технической сущности и назначению наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству и принятым за его прототип является установка для испытания трубчатых образцов по а.с. СССР №1075115, G01N 3/10, опубл. 23.02.1984. Установка содержит основание, установленную на нем камеру для размещения испытуемого образца, соединенные с камерой блоки нагружения внешним и внутренним давлением и блок нагружения крутящим моментом, источник давления и запорно-регулирующую арматуру. Испытание образца на прочность при сдвиге производится с помощью блока нагружения крутящим моментом в составе двух гидроцилиндров, расположенных в нижней части установки, создающих крутящий момент двумя парами сил с изменяемым плечом момента.
Недостатком прототипа является недостаточная точность измерения прочности испытуемого образца по схеме кручения из-за невозможности обеспечения однородности напряженно-деформированного состояния образца по всему объему его рабочей части. Кроме того, большое количество элементов узла кручения усложняет подготовку и проведение испытаний.
Предлагаемая полезная модель позволяет получить новый в отличие от прототипа технический результат, заключающийся в повышении точности измеряемого параметра - прочности образца, за счет обеспечения однородности напряженно-деформированного состояния по всей рабочей области образца, осуществляемой при чистом сдвиге, и в упрощении конструкции испытательной установки за счет отказа от механизма кручения и перехода только к гидравлическому силовому нагружению.
1
2
Для достижения указанного результата в установке, содержащей также, как и прототип, основание, установленную на нем камеру высокого давления для размещения испытуемого образца, выполненные в камере высокого давления каналы подачи внешнего и внутреннего давления, и источник гидравлического давления, в отличие от прототипа, на входе канала подачи внешнего давления установлен электронный манометр, а на входе канала подачи внутреннего давления - электронный управляемый регулятор давления, настроенный на соотношение , где P - внутреннее давление, P - внешнее давление, D - диаметр рабочей части образца, h - толщина стенки в рабочей части образца, при этом входы электронного манометра и электронною управляемого регулятора давления соединены между собой и с выходом источника гидравлического давления.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа, а также анализ выявленной информации в области измерительной техники показал, что поставленная задача - повышение точности измеряемой прочности образца и упрощении конструкции испытательной установки решается в результате новой совокупности признаков и позволяет сделать вывод о соответствии устройства, предлагаемого в качестве полезной модели, критерию «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - приведена конструкция установки,
на фиг. 2 - схема реализации напряженно-деформированного состояния в тонкостенном трубчатом образце при испытании на чистый сдвиг.
Разработанная установка содержит основание - 1, гидравлический насос (источник давления) - 2, камеру высокого давления - 3, канал подачи внешнего о давления в камеру высокого давления 4, электронный управляемый регулятор давления - 5, тонкостенный трубчатый образец - 6, электронный манометр - 7, канал подачи внутреннего давления в тонкостенный трубчатый образец 8, кольцевое уплотнение тонкостенного трубчатого образца относительно внешнего гидростатического давления - 9, кольцевое уплотнение тонкостенного трубчатого образца относительно внутреннего давления - 10, затвор (обтюратор) камеры высокого давления - 11, шпильки крепления затвора к камере высокого давления - 12.
1
2
Установка работает следующим образом. Образец 6 устанавливают в камеру высокого давления 3, которую закрывают затвором 11, (герметизацию испытуемого образца обеспечивают кольцевые уплотнения 9 и 10). Затем включают источник 2, от которого через регулятор 5 во внутреннюю полость образца поступает масло и создает в нем внутренне давление P. От насоса 2 масло также подается в камеру высокого давления, нагружая внешнюю поверхность образца давлением P. В результате происходит раздельное нагружение тонкостенного трубчатого образца внутренним и внешним гидростатическим давлением, причем соотношение между ними , обеспечивающее чистый сдвиг, регулируется электронным регулятором давления 5. Факт разрушения образца определяется по показаниям электронного манометра 7, который фиксирует резкое при разрушении падение давления, свидетельствующее об образовании в изделии трещин, через которые масло попадает внутрь образца. Максимальное гидростатическое давление, фиксируемое манометром, является показателем прочности изделия.
Традиционные методы испытания материалов на сдвиг предполагают использование жестких штампов для приложения внешней нагрузки на образец. При этом величина напряженно-деформированного состояния образца не может быть определена, так как силы трения по контактирующим поверхностям неизвестны и не могут быть учтены при дальнейшем расчете действующих напряжений. В прототипе, напряженно-деформированное состояние сдвига реализуется по схеме кручения тонкостенного образца за счет использования двух гидроцилиндров с изменяемым плечом приложения пары сил. В этом случае напряженно-деформированное состояние неоднородно по длине рабочей области образца вследствие того, что угол кручения изменяется от точки приложения момента кручения до точки жесткой заделки образца.
1
2
Для предлагаемой в качестве полезной модели установки осевое напряжение в трубчатом образце определяется как , а тангенциальное как  При нагружении образца одновременно внутренним P и внешним P гидростатическим давлением необходимо точно сохранять соотношение между ними как , тогда в рабочей части образца создастся напряженно-деформированное состояние, соответствующее чистому сдвигу (см. фиг. 2).
Предлагаемая полезная модель была создана в процессе проведения экспресс-испытаний на сдвиг при однотипных условиях нагружения большого количества образцов материала, с целью оценки его прочности. Установка была апробирована в лабораторных условиях и показала преимущества заявленного решения перед прототипом, а, именно:
- повышение по сравнению с прототипом точности измеряемого параметра на 5-10%, достигнутой за счет обеспечения однородности напряженно-деформированного состояния образца по всей его рабочей области,
- упрощение конструкции за счет отказа от механизма кручения и перехода только к гидравлическому силовому нагружению.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявленной полезной модели критерию «промышленная применимость».