УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ МАТЕРИАЛА С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ ПРИ СЛОЖНОМ ТЕРМОСИЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ

Полезная модель относится к области испытаний материалов с памятью формы при циклических, тепловых и механических воздействиях, а именно к испытательным машинам, позволяющим воспроизводить на образце циклический нагрев и охлаждение, в диапазоне изменения температуры, вызывающей циклические мартенситные превращения структуры материала, при раздельном и совместном воздействии на материал образца осевой статической нагрузки или циклической нагрузки и статического или циклического крутящего момента и осуществлять при этих воздействиях измерения в образце обратимых деформаций, обусловленных циклическими фазовыми превращениями, осевой деформации и деформации кручения.
Известно техническое решение «машина для испытаний образца из
материала с памятью формы», содержащая корпус, устройство для циклического нагрева и охлаждения образца, узел осевого нагружения, активный и пассивный держатели и измеритель деформаций образца (Патент 5209568). Машина может быть использована для испытания образца из материала с памятью формы при циклическом нагреве и охлаждении и осевом нагружении образца и получения данных измерения осевых деформаций образца. Однако, вследствие отсутствия в данной машине узла нагружения кручением и измерителя деформаций кручения, эта машина не позволяет воспроизводить совместное воздействие на образец при циклическом нагреве и охлаждении осевой нагрузки и нагрузки кручения и осуществлять при этих воздействиях совместные измерения осевой деформации и деформации кручения.
Известна машина для испытания образца из материала с памятью формы при циклических тепловых и механических воздействиях, позволяющая воспроизводить циклический нагрев и охлаждение образца в диапазоне изменения температур, вызывающих циклические мартенситные превращения структуры материала при раздельном и совместном воздействии на материал образца осевой нагрузки и нагрузки кручения, и осуществлять при этих воздействиях измерения в образце обратимых, обусловленных циклическими фазовыми превращениями, осевой деформации и деформации кручения ((19) RU (11) 2292030 (13) C1). На данной установке можно воздействовать на образец только осевой нагрузкой и нагрузкой кручения, но невозможно осуществлять циклическое кручение, что существенно уменьшает возможности рассматриваемого изобретения.
Прототипом данной полезной модели является установка для испытания образца из материала с памятью формы при сложном напряженном состоянии ((19) RU (11) 2476854 (13) C2). Данная установка позволяет производить испытание образца осевой нагрузкой, нагрузкой статическим кручением и прикладывать циклическую нагрузку кручения, а также производить испытания образца при циклическом нагреве и охлаждении. Однако, узел прототипа, отвечающий за обеспечение возможности одновременного нагружения статическим кручением и осевой нагрузкой, не способен обеспечить надежное нагружение образца осевой нагрузкой и, как следствие, не позволяет с полной уверенностью обеспечить заданное силовое воздействие при сложном нагружении. Узел нагружения статическим кручением выполнен в виде маховика с подвешенным грузом, что не позволяет точно установить величину прикладываемой нагрузки к образцу, т.к. нагрузка регулируется с помощью грузов.
Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение технических характеристик узла нагружения статическим кручением. Увеличение диапазона нагружения, повышение точности и плавности регулирования прилагаемой нагрузки.
Техническим результатом является возможность точного и плавного регулирования величины нагрузки статического кручения за счет изменения крутящего момента электродвигателя.
Задача решается установкой для испытания образца из материала с эффектом памяти формы при сложном термосиловом нагружении. Установка содержит корпус, верхний и нижний держатели образца, закрепленные в стенках корпуса, узел осевого нагружения. Который содержит двуплечий рычаг, один конец закреплен на вале верхнего держателя, а другой через трос соединен с грузом. Установка также содержит узел нагружения статическим кручением, соединенный с верхним держателем, измеритель деформации, выполненный в виде динамометра. В установке присутствует узел нагружения циклическим кручением, выполненный в виде вибратора, соединенного через тензометрический узел с нижним держателем, и состоящий из рычага, один конец которого соединен с валом с неуравновешенной массой, соединенного с электродвигателем и установленного в корпусе с возможностью вращения, а на другом конце закреплена пружина. Тензометрический узел состоит из полого цилиндра с патрубками подвода и отвода охлаждающей жидкости и тензодатчиками сопротивления, закрепленными на поверхности цилиндра. Отличительными особенностями установки является то, что узел нагружения статическим кручением состоит из вала, закрепленного через подшипниковый узел в корпусе, верхний конец которого соединен через зубчатую муфту с электродвигателем, а нижний с верхним захватом. При этом на поверхности вала нарезаны шлицы, и он установлен в корпусе в подшипниковом узле через шлицевую втулку, кроме того, в подшипниковом узле расположены втулки, регулирующие межосевое расстояние между подшипниками.
Узел нагружения образца статическим кручением должен обеспечивать нагружен не, причем точно и плавно изменять его величину. Данная задача решается путем применения электродвигателя, а для связи с валом используется зубчатая муфта. Путем регулирования передаваемого крутящего момента от электродвигателя к образцу можно менять величину нагрузки и получать точную информацию о нагрузке, которая прикладывается к образцу в данный момент времени.
На фиг.1 изображена схема предлагаемой установки для испытаний образца с памятью формы.
Установка состоит из корпуса 1, в котором в верхнем держателе 2 и нижнем держателе 3 закреплен образец 4 в виде стержня, выполненного из материала с памятью формы. Вокруг образца 4 расположен полый цилиндр 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости. Внизу корпуса 1 расположен узел для циклического кручения, соединенный через тензометрический узел 6 с нижним держателем 3. Узел циклического кручения состоит из рычага 7, один конец которого соединен с корпусом 8, выполненного в виде вибратора, в котором в подшипниках 9 установлен вал 10 с неуравновешенной массой 11, соединенный с помощью гибкого вала 12 (резинового валика) с электродвигателем 13.
На втором конце рычага 7 закреплена пружина 14 с рукоятками 15 для определения частоты колебаний вибратора. Рычаг 7 жестко соединен со стержнем 16, передающим усилия от вибратора к образцу 4, нижний конец которого установлен в радиально-упорном подшипнике 17 нижнего держателя 3, установленного в корпусе 1 с возможностью вращения, и соединен с тензометрическим узлом, состоящим из полого цилиндра 6 (динамометра) с патрубками 18 подвода и отвода охлаждающей жидкости, на поверхности которого установлены проволочные тензодатчики сопротивления 19.
Нижний конец вала 21 соединен с верхним захватом. Верхний конец образца с эффектом памяти формы 4, соединен с динамометром 20, который соединен с узлом нагружения статическим кручением, посредством вала 21, на поверхности которого нарезаны шлицы, который установлен в шлицевую втулку 22, втулка установлена в подшипники 23, осевую игру регулируют с помощью втулок 24, путем изменения толщины втулок производится регулирования межосевого расстояния между подшипниками 23, весь узел закрыт крышкой 25. Нагружение образца статическим кручением реализуется посредством электродвигателя 33, который связан с валом 21 верхнего держателя зубчатой муфтой 32. Узел нагружения осевой нагрузкой сотоит из двуплечего рычага 31, левая часть которого закреплена на валу 21 верхнего держателя с помощью штифта 28, на правой стороне двуплечего рычага 31 установлен ролик 30, на который подвешен груз 26, посредствам троса 29.
Испытание образца можно осуществить следующим образом: подготовленный образец из материала с памятью формы с помощью установки подвергается воздействию циклического нагрева и охлаждения, раздельного и совместного циклического кручения, осевого нагружения и нагружения кручением и совместного измерения при этих испытаниях осевой деформации и деформации кручения.
При воздействии на образец с памятью формы 4 только циклической нагрузки кручения. Образец: устанавливают в полый цилиндр 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости, закрепляют образец 4 в верхнем и нижнем держателе 2 и 3 и производят его нагружение с помощью узла нагружения циклическим кручением, осуществляемого вибратором. Частота колебаний вибратора определяется моментом его инерции и жесткостью пружин 14. Натяжение пружин 14 регулируется рукоятками 15 посредством винтовой пары. Неуравновешенная масса 11 вибратора вращается в подшипниках 9 корпуса 8 и приводится во вращение с помощью гибкого вала 12 (резинового валика). Величину угла закручивания образца можно регулировать, изменяя число оборотов электродвигателя 13. Поскольку при изменении одного лишь угла закручивания образца 4, в случае незначительных нагрузок, нельзя точно определить величину действующих касательных напряжений, необходимо еще определять и крутящий момент. Величину крутящего момента определяют на данной установке с помощью тензометрического узла 6. Образец подвергают циклическому процессу нагрева и охлаждения с помощью полого цилиндра 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости. Измеряют деформацию и характер осевой деформации кручения образца 4 с помощью динамометра 20.
При воздействии на образец 4 только нагрузки статического кручения. Образец 4 устанавливают в полый цилиндр 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости, закрепляют образец 4 в верхнем и нижнем держателе 2 и 3 и производят его нагружение с помощью узла нагружения статическим кручением. К образцу 4 посредствам вала 21 верхнего держателя передается крутящий момент от электродвигателя 33, который соединен с валом 21верхнего держателя зубчатой муфтой 32. Образец подвергают циклическому процессу нагрева и охлаждения с помощью полого цилиндра 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости. Измеряют деформацию и характер осевой деформации кручения образца 4 с помощью динамометра 20.
При воздействии на образец 4 только осевой нагрузки. Образец 4 устанавливают в полый цилиндр 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости, закрепляют образец 4 в верхнем и нижнем держателях 2 и 3 и производят его нагружение с помощью узла осевого нагружения. Статическая растягивающая нагрузка создается грузом 26 и двуплечим рычагом 30. Если осевую нагрузку необходимо изменять, то с помощью динамометра 20 и автоматического потенциометра можно записывать характер изменения осевой силы. Образец подвергают циклическому процессу нагрева и охлаждения с помощью полого цилиндра 5 с патрубками для подачи горячей и охлаждающей жидкости.
Можно одновременно приложить все три нагрузки к образцу 4 и, если образец, имеющий высокую демпфирующую способность (например, нитинол), нагружается выше предела усталостной прочности, то он сильно нагреется (до красного каления), что приводит к изменению его физических свойств и снижению жесткости системы. В этом случае хорошим средством для достижения постоянства амплитуды с начала нагружения является охлаждение образца очищенным керосином.