Способ создания в образце испытываемого материала сложного напряжённого состояния и устройство для этого
METHOD OF CREATION A COMPLEX STRESS CONDITION IN A TESTED MATERIAL SAMPLE AND DEVICE FOR THIS

Изобретения относятся к испытательной технике, а именно к способам задания сложного напряженного состояния в образце материала и устройствам для этого.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ создания в образце испытываемого материала сложного напряженного состояния, заключающийся в воздействии на образец усилия, приводящего к возникновению пространственных растягивающих напряжений (см. патент RU №2362139 опубл. 20.07.2009). Недостатком его является сложность, трудоемкость испытаний и необходимость использования сложного оборудования.
Технической задачей предлагаемого способа является упрощение способа испытания и получение достоверного результата. Для этого предлагается способ создания в образце крестообразной формы испытываемого материала сложного напряженного состояния, заключающийся в воздействии на образец усилия, приводящего к возникновению пространственных растягивающих напряжений, при этом образец устанавливают на опоры, расположенные по одной по каждому плечу крестообразного образца симметрично центру на расстояниях, определяемых по формулам:
1
2
Где: σ и σ- напряжения в центре образца во взаимно перпендикулярных направлениях,
b - ширина плеча образца,
h - толщина плеча образца,
p - усилие воздействия на образец,
а воздействие осуществляют индентором по центру образца со стороны, противоположной от опор.
Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что образец устанавливают на опоры, расположенные по одной по каждому плечу крестообразного образца симметрично центру на расстояниях, определяемых по формуле:
1
2
Где: σ и σ- напряжения в центре образца во взаимно перпендикулярных направлениях,
b - ширина плеча образца,
h - толщина плеча образца,
p - усилие воздействия на образец,
а воздействие осуществляют индентором по центру образца со стороны, противоположной от опор.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство для испытаний образца (см. патент RU №1234748 опубл. 30.05.1986). Недостатком его является сложность устройства.
Предлагаемое устройство решает техническую задачу упрощения устройства, снижение стоимости необходимого оборудования за счет использования одноосных машин.
Для этого устройство содержит крестообразное основание с Т-образными пазами в его плечах, расположенными под прямым углом друг к другу, при этом в пазах расположены опоры цилиндрической формы с возможность перемещения, оси которых расположены перпендикулярно направлению плеч основания, при этом индентор сферической формы установлен по центру образца со стороны, противоположной от опор.
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что устройство содержит крестообразное основание с Т-образными пазами в его плечах, расположенными под прямым углом друг к другу, при этом в пазах расположены опоры цилиндрической формы с возможность перемещения, оси которых расположены перпендикулярно направлению плеч основания, при этом индентор сферической формы установлен по центру образца со стороны, противоположной от опор.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - общий вид устройства для испытаний образца сбоку, на фиг. 2 - вид на устройство сверху.
Устройство содержит крестообразное основание 1 с Т-образными пазами 2 в его плечах 3, 4, 5, 6, расположенными под прямым углом друг к другу. В пазах 2 расположены опоры 7 цилиндрической формы с возможностью перемещения, оси которых 8 расположены перпендикулярно направлению плеч 3, 4, 5, 6 основания, при этом индентор 9 сферической формы установлен по центру крестообразного образца 10 со стороны, противоположной от опор 7.
Предлагаемый способ создания в образце испытываемого материала сложного напряженного состояния осуществляется следующим образом. Крестообразное основание 1 устанавливается в неподвижном основании испытательной машины (не показано). Опоры 7 выставляют на необходимом расстоянии от центра основания, определяемом по формуле:
1
2
Где: σ и σ- напряжения в центре образца во взаимно перпендикулярных направлениях,
b - ширина плеча образца 10,
h - толщина плеча образца 10,
p - усилие воздействия на образец.
На опоры 7 устанавливают крестообразный образец 10 так, чтобы центры основания и образца были совмещены. Далее индентором 9 осуществляют воздействие на центр образца 10 со стороны, противоположной от опор 7. Деформацию регистрируют тензодатчиками, закрепленными в центральной части образца материала со стороны, противоположной индентору.
1
2
Пример. Испытание проводилось на образце стали 20. Ширина плеча образца составляла 50 мм, толщина плеча - 3 мм. Нагружение образца производилось на электромеханической испытательной системе Instron 8850, работающей по схеме одноосного нагружения. Деформация в центральной части образца регистрировалась навесными экстензометрами Instron 2620-601. Опоры устанавливались на расстояниях от центра (определенных по приведенным выше формулам)  и , равных 200 мм. К образцу прикладывалась нагрузка p, равная 900 Н, позволяющая реализовать сложное напряженное состояние в центральной части образца с величинами напряжений σ и σ, равными 400 МПа, с ошибкой не более 5%.
Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства позволяет упростить технологию и устройство для реализации сложного напряженного состояния в образце материала при использовании одноосных испытательных машин и получать достоверные результаты.