УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ТОНКИХ ОБРАЗЦОВ НА ИЗГИБ
DEVICE FOR BENDING TEST OF THIN SPECIMENS

Предлагаемое техническое решение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для экспериментальных исследований прочностных свойств и процессов дефектообразования в тонких образцах из перспективных конструкционных материалов при испытаниях на изгиб.
Известны устройства для испытаний образцов конструкционных материалов на изгиб, например, предложенные в работе [1] (Испытательная техника: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1982 - Кн.1. 1982. - 528 с.), содержащие основание с закрепленным на нем устройством для создания нагрузки, обеспечивающим перемещение подвижной плиты, на которой установлены опоры для размещения испытуемого образца, испытуемый образец, свободно установленный на опорах, неподвижную плиту, закрепленную на основании при помощи стоек, на которой установлена центральная опора.
Существенным недостатком отмеченных технических решений, ограничивающим область их применения, является невозможность исследования процессов дефектообразования (процессов зарождения дефектов, их развития и т.п.) в тонких образцах из перспективных конструкционных материалов при испытаниях на изгиб. Отмеченный недостаток обусловлен тем, что конструкции устройств (силовые элементы, их взаимное расположение и взаимосвязь в процессе нагружения испытуемого образца) исключают установку измерительного оборудования, кроме дополнительного (внешнего), для регистрации параметров процессов дефектообразования, при этом применение дополнительного измерительного оборудования приводит к усложнению экспериментальных устройств и внесению погрешностей в результаты испытаний, снижая их точность. Наряду с этим, объединение силовых элементов в жесткую замкнутую конструкцию приводит к появлению значительного количества случайных возмущений (при работе устройства для создания нагрузки, при взаимодействии и деформациях силовых элементов между собой в процессе испытаний и т.д.), что существенно влияет на точность результатов испытаний и исключает проведение исследований процессов дефектообразования в тонких образцах из перспективных конструкционных материалов.
По совокупности признаков наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является устройство для испытаний на изгиб листовой стали, предложенное в [2] (Сергиенко В.М., Журавлев В.Т., Антипанов В.Г., Свойкин В.А., Корнилов В.Л. Устройство для испытаний на изгиб листовой стали // Патент РФ на изобретение №2327133 по заявке №2006146739/28 от 26.12.2006 г., G01N 3/00, опубл. 20.06.2008 г.), содержащее горизонтальное основание (фундаментную плиту), горизонтальные подвижную и неподвижную плиты, связанные между собой при помощи вертикальных колонн, изгибающие опоры для размещения и нагружения испытуемого образца, установленные на подвижной и неподвижной горизонтальных плитах.
Существенным недостатком описанного технического решения, ограничивающим область его применения, является невозможность исследования процессов дефектообразования (процессов зарождения дефектов, их развития и т.п.) в тонких образцах из перспективных конструкционных материалов при испытаниях на изгиб, которая обусловлена тем, что конструкция устройства (его силовые элементы, их взаимное расположение и взаимосвязь в процессе нагружения испытуемого образца) исключает установку измерительного оборудования, кроме дополнительного (внешнего), для регистрации параметров процессов дефектообразования, при этом применение дополнительного измерительного оборудования приводит к усложнению экспериментального устройства и внесению погрешностей в результаты испытаний, снижая их точность. Наряду с этим, объединение силовых элементов в жесткую замкнутую конструкцию приводит к появлению значительного количества случайных возмущений (при работе устройства для создания нагрузки, при взаимодействии и деформациях силовых элементов между собой в процессе испытаний и т.д.), что также влияет на точность результатов испытаний и исключает проведение исследований процессов дефектообразования в тонких образцах из перспективных конструкционных материалов.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является расширение функциональных возможностей испытательного устройства.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что устройство для испытаний тонких образцов на изгиб содержит основание с закрепленным на нем устройством для создания нагрузки, обеспечивающим перемещение подвижной плиты, на которой установлены опоры для размещения испытуемого образца, испытуемый образец, свободно установленный на опорах, неподвижную плиту с закрепленной на ней центральной опорой. Основание имеет полость, в которой размещена гильза, выполненная из демпфирующего материала для установки устройства для создания нагрузки, опоры, установленные на подвижной плите, снабжены жестко закрепленными П-образными ограничителями продольных и поперечных перемещений образца, неподвижная плита имеет центральное отверстие и установлена при помощи стоек на дополнительном основании, в центральной опоре выполнена полость, в которой размещен пъезопреобразователь системы для регистрации акустико-эмиссионных сигналов в образце в процессе испытаний, тензометрический измеритель силы закреплен на неподвижной плите, выполнен в виде полого цилиндра с фланцами, верхний из которых скреплен с неподвижной плитой и имеет центральное отверстие, соосное отверстию в неподвижной плите, а нижний соединен с центральной опорой с наружной стороны, а с внутренней стороны жестко скреплен с одним концом цилиндрического стержня, проходящего через центральные отверстия в верхнем фланце тензометрического измерителя силы и неподвижной плите, при этом на его противоположном конце установлен отражатель для обеспечения бесконтактной связи с оптическим измерителем перемещений.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство для испытаний тонких образцов на изгиб, а на фиг.2 представлено увеличенное изображение опоры на подвижной плите с П-образным ограничителем продольных и поперечных перемещений образца.
Устройство для испытаний тонких образцов на изгиб содержит основание 1, имеющее полость 2, в которой размещены гильза 3, выполненная из демпфирующего материала и устройство 4 для создания нагрузки со штоком 5, обеспечивающее перемещение подвижной плиты 6, опоры 7 и 8, установленные на подвижной плите 6, которые снабжены соответственно П-образными ограничителями 9 и 10 продольных и поперечных перемещений испытуемого образца 11, свободно размещенного на опорах 7 и 8, неподвижную плиту 12, установленную на дополнительном основании 13 при помощи стоек 14 и имеющую центральное отверстие 15, центральную опору 16 с полостью 17, в которой размещен пъезопреобразователь 18 системы для регистрации акустико-эмиссионных сигналов в образце 11 в процессе испытаний (на фиг.1 не показана), тензометрический измеритель 19 силы, выполненный в виде полого цилиндра 20 с фланцами верхним 21 и нижним 22. Верхний фланец 21 скреплен с неподвижной плитой 12 и имеет центральное отверстие 23, соосное отверстию 15 в неподвижной плите 12. Нижний фланец 22 с наружной стороны соединен с центральной опорой 16, а с внутренней стороны жестко скреплен одним концом 24 цилиндрического стержня 25, проходящего через центральные отверстия 23 и 15 соответственно верхнего фланца 21 и неподвижной плиты 12. На другом конце 26 стержня 25 установлен отражатель 27 для обеспечения бесконтактной связи с оптическим измерителем перемещений (на фиг.1 не показан), например с триангуляционным измерителем перемещений, интерференционным измерителем перемещений и т.п.
Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.
Перед началом проведения испытаний образец 11 свободно размещают на опорах 7 и 8 между П-образными ограничителями 9 и 10, исключающими его продольные и поперечные перемещения.
По команде системы управления испытаниями устройство для создания нагрузки 4 обеспечивает при помощи штока 5 подачу подвижной плиты 6, с установленными на ней опорами 7 и 8, ограничителями 9 и 10 и испытуемым образцом 11 по направлению к центральной опоре 16.
Нагружение испытуемого образца 11 производится с момента контакта его поверхности с центральной опорой 16 и продолжается до момента, определенного целями и задачами испытаний, например до момента достижения заданного прогиба по месту контакта с центральной опорой 16 и т.п.
В процессе нагружения при деформации образца 11 осуществляется регистрация акустико-эмиссионных сигналов при помощи пъезоэлемента 18, характеризующих процессы дефектообразования в образце 11, осевой силы при помощи тензометрического измерителя 19 и осевого перемещения нижнего фланца 22 измерителя 19 при помощи связанных с ним элемента 25, отражателя 28 и бесконтактного оптического измерителя перемещений (на фиг.1 не показан).
В некоторых случаях, например, при минимальных отклонениях физико-механических характеристик образцов, по результатам измерений бесконтактного оптического измерителя перемещений можно производить контроль параметров нагружения.
Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение функциональных возможностей за счет проведения исследований процессов дефектообразования в тонких образцах из перспективных конструкционных материалов при испытаниях на изгиб.
Заявляемое техническое решение, сохраняя положительные качества приведенных в описании устройств-аналогов и устройства-прототипа, отличается по сравнению с ними расширением функциональных возможностей за счет проведения исследований процессов дефектообразования в тонких образцах из перспективных конструкционных материалов при испытаниях на изгиб и может быть применено, например, при исследовании процессов дефектообразования в тонких образцах ленточных высокотемпературных сверхпроводников в приборостроении, машиностроении, судостроении, авиастроении и т.д.
Источники информации
1. Испытательная техника: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1982 - Кн.1. 1982. - 528 с.
2. Сергиенко В.М., Журавлев В.Т., Антипанов В.Г., Свойкин В.А., Корнилов В.Л. Устройство для испытаний на изгиб листовой стали // Патент РФ на изобретение №2327133, 2008 г. по заявке №2006146739/28 от 26.12.2006 г., G01N 3/00, опубл. 20.06.2008 г.