АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ УПРУГОВЯЗКОПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СЛОЖНОМ НАГРУЖЕНИИ

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к классу испытательных машин для исследования механических свойств материалов посредством квазистатического комбинированного нагружения.
Известна испытательная машина для сложного нагружения материэлов ( A.M.Афанасьев, Б.А.Марьин. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов.- М: Наука, 1975.- 287 с.) состоящая из нагружающей установки, гидромеханических приводов усилий, и пульта управления. Испытательная машина позволяет реализовать трехпараметрическое воздействие на образец - осевое нагружение, крутящий момент и внутреннее давление. Привод крутящего момента- кинематический, приводы осевого усилия и внутреннего давления - гидравлические. Рабочие зоны для воздействия на образец растягивающего и сжимающего усилий  разделены. В качестве силоизмерителей используются: датчики давления (манометры) в магистральных трубопроводах рабочего цилиндра, создающего осевое усилие на образец и в трубопроводе, предназначенном для создания гидростатического давления. Крутящий момент измеряется с помощью силоизмерителя тензометрического типа.
Недостатками данной конструкции являются:
- отсутствие прямого реверса осевой нагрузки;
-конструктивная невозможность измерения усилий, передаваемых непосредственно на образец, что снижает точность их регистрации;
-отсутствие датчиков перемещений (тензометров), что позволяет проводить опыты только по нагрузкам;
-отсутствие автоматизированного управления, что не позволяет проводить испытания по сложным программам нагружения;
-отсутствие эффективных средств отображения информации.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является испытательная установка (Степанов Л.П. ВременУровень техники.
ные эффекты при пластическом деформировании металлов: Автореф. дисс. к.ф.-м.н.- М., 1986.- 22 с.), включающая: нагружающую установку, предназначенную для испытания образцов при нагружении осевой силой, крутящим моментом и внутренним давлением; автоматизированные электрогидравлические приводы усилий; двухкомпонентный силоизмеритель и датчик давления; датчики осевого перемещения и угла поворота рабочего поршня; управляющую ЭВМ.
Недостатком данной установки в серийной поставке является отсутствие тензометров, фиксируюшда в ходе эксперимента непосредственно деформации образца, что снижает достоверность получаемых результатов.
Сущность полезной модели.
Задачей создания полезной модели является разработка новой конструкции автоматизированного комплекса кинематического типа, позволяющего исследовать закономерности упруговязкопластического деформирования и нагружения материалов, в том числе с целью изучения свойств определяющих функционалов пластичности, входящих в физические уравнения теорий пластичности, а так же исследования устойчивости элементов конструкций в широком диапазоне траекторий как сложного нагружения, так и сложного деформирования материалов в трехмерных девиаторных пространствах.
Поставленная задача достигается тем, что автоматизированный комплекс для исследования упруговязкопластических свойств материалов при сложном нагружении содержит нагружающую установку , оснащенную автоматизированными электроприводами, двухкомпонентный силоизмеритель, регистрирующий осевую силу и крутящий момент и датчик давления. На силоизмерителе смонтирован захват, что позволяет измерять усилия, передаваемые непосредственно на образец, на который устанавливается дифференциальный тензометр для измерения осевых и радиальных перемещений и угла поворота. Двухкомпонентный силоизмеритель, датчик давления и дифференциальный тензометр через блок измерительных преобразователей сигналов и устройство связи с объектом связаны с ЭВМ и блоком управления.
Нагружающая установка позволяет реализовать трехпараметрическое воздействие на образец: осевое нагружение, с возможностью реверса нагрузки, кручение и внутреннее давление.
Оснажение нагружающей установки автоматизированными электроприводами обеспечивает требуемый диапазон скоростей деформирования при исследовании упруговязкопластических свойств материалов при квазистатическом нагружении.
Двухкомпонентный силоизмеритель и датчик давления служат для измерения усилий, передаваемых на образец. Конструедия двухкомпонентного силоизмерителя позволяет обеспечить механическую избирательность к изгибным деформациям в чувствительных элементах от воздействия осевого усилия и крутящего момента. Силоизмеритель рассчитан на осевую нагрузку 60 кн, крутящий момент 0.5 кнм, датчик давления на 30 Мпа. Погрешность в определении компонент нагрузки не превышает ± 0.12 кн, ± 3 нм, ± О.Е Мпа соответственно.
Конструкция дифференциального тензометра позволяет с помощью разделенных чувствительных элементов с наклеенными на них тензорезисторами, независимо регистрировать осевое перемещение и угол поворота образца на фиксированной базе 50 мм. Для измерения радиального перемещения используется датчик трансформаторного типа, входящий в состав дифференциального тензометра. Погрешность измерения составляет соответственно не более ± , ± 7-10 рад, ±  мм. Диапазон работы тензометра: осевое перемещение 2 мм, угол поворота 0.25 рад, радиальное перемещение ±0.6 мм.
Устройство связи с объектом включает шестиканальную систему сбора измерительной информации (с двухкомпонентного силоизмерителя, датчика давления и дифференциального тензометра) для ввода ее в ЭВМ и три канала формирования сигналов управления автоматизированными приводами, вьщаваемых с ЭВМ на блок управления.
ЭВМ типа IBM-PC служит для ввода реализуемой программы эксперимента, анализа, обработки и оперативного отображения информации о ходе эксперимента.
Блок управления является согласующим устройством, обеспечивающим возможность доступа оператора в процесс управления экспериментом с целью изменения режима его реализации и параметров регулирования .
Другие задачи и преимущества станут понятны из следующего детального описания устройства и прилагаемого чертежа, где на фиг.1 схематично представлены основные элементы автоматизированного
Перечень фигур.
комплекса.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной
Автоматизированный комплекс включает нагружающую установку 1, оснащенную автоматизированными электроприводами 2-4, двухкомпонентный силоизмеритель 5, регистрирующий осевую нагрузку и крутящий момент, датчик давления 6. На силоизмерителе 5 смонтирован захват 7, что позволяет измерять усилия, передаваемые непосредственно на образец 8, на котором установлен дифференциальный тензометр 9 для измерения осевых, радиальных перемещений и угла поворота.
Двухкомпонентный силоизмеритель 5, датчик давления 6 и дифференциальный тензометр 9 через блок измерительных преобразователей сигналов 10 и устройство связи с объектом 11 связаны с ЭВМ 12 и блоком управления 13.
Автоматизированный комплекс работает следуюшдм образом. Программа эксперимента, содержащая информацию о режиме управления (по нагрузкам или по деформациям), типе и количестве участков траекторий вводится с клавиатуры в оперативную память ЭВМ 12. На блоке управления 13 оператор устанавливает параметры эксперимента: режимы стабилизации нагрузок, режимы блокировок обратного хода автоматизированных приводов 2-4, скорость нагружения либо деформирования образца 8, временные интервалы регистрации текущей информации о ходе эксперимента в постоянной памяти ЭВМ 12. В ходе эксперимента оператор имеет возможность, при необходимости, изменять данные параметры, не прерывая самого процесса. После тестирования работоспособности комплекса с клавиатуры ЭВМ 12 дается команда о начале эксперимента.
В процессе эксперимента сигналы с двухкомпонентного силоизмерителя 5, датчика давления б и дифференциального тензометра 9 поступают в блок измерительных преобразователей сигналов 10, Блок измерительных преобразователей сигналов 10 преобразует различные по физической природе сигналы датчиков 5, б, 9 в унифицированные электрические уровни напряжения, которые через устройство связи с объектом 11 вводятся в ЭВМ 12,
модели.
мени вычисляет, в соответствии с заданной траекторией, значения переменных, соответствующих координатам текущей точки траектории. Эти значения неременных, программно, сравниваются с соответствующими параметрами измерительной информации. Разница между требуемыми и измеренными величинами определяет сигналы управления, которые из ЭВМ 12 через устройство связи с объектом 11 поступают на блок управления 13, который задает режим работы автоматизированных электроприводов 2-4. Если разница требуемых и измеренных значений сигналов равна нулю, то соответствующий двигатель электроприводов 2-4 не вращается. Если же разница не равна нулю, то двигатель вращается в нужном направлении с зависящей от величины этой разницы скоростью. Данная процедура управления осуществляется как прогрсшмный цикл, повторяющийся с частотой около 10 Гц.
Информация о реализуемом процессе (параметры нагрузок и деформаций образца 8) отображаются на мониторе ЭВМ 12 параллельно в цифровом и графическом виде. С заданной оператором на блоке управления 13 дискретностью, данная информация автоматически записывается в постоянную память ЭВМ 12 в виде файла данных.
Разработанный в лаборатории механических испытаний кафедры Сопротивление материалов, теория упругости и пластичности Тверского государственного технического университета автоматизированный комплекс для исследования упруговязкопластических свойств материалов при сложном нагружении, служит практической базой для исследования структуры определяющих функционалов пластичности, проверки физической достоверности частных вариантов теорий пластичности на широком классе плоских и пространственных траекторий сложного нагружения и деформирования материалов, а так же для исследования процессов потери устойчивости элементов конструкций при сложном докритическом нагружении.
- о Формула