Установка для испытания образцов на одноосное сжатие материалов преимущественно растительного происхождения
APPARATUS FOR TESTING SAMPLES FOR UNIAXIAL COMPRESSION OF MATERIALS MAINLY OF VEGETABLE ORIGIN

Изобретение относится к технике исследования деформационно-прочностных свойств материалов, преимущественно растительного происхождения. Оно также может быть применено для аналогичных исследований исследования других продуктов биологического происхождения с клеточной структурой материалов.
Известна установка для испытаний винтовых пружин на одноосное сжатие, включающая неподвижный корпус с размещенными на нем двумя оппозитно расположенными опорами с поперечными  к линии 4 сжатия опорными поверхностями для крепления между ними исследуемой пружины, каждая опора имеет центрально расположенный относительно линии сжатия фиксатор исследуемого образца с выступающей перед опорной поверхностью частью, по меньшей мере, одна из опор подвижна и соединена с приводом  ее движения по линии сжатия. Фиксатор представляет собой круглый выступ, предотвращающий боковое смещение пружины (патент РФ № 2412430 от 2008-12-15, G01N3/32). Недостатком устройства является невозможность его применения для испытания образцов из материалов преимущественно растительного происхождения, поскольку они вырезаются из клеточной структуры, наполненной клеточной жидкостью, и образуют по поверхности контакта жидкостную пленку, способствующую выскальзыванию образца из опор.
Известно также устройство на одноосное сжатие, имеющее центрально расположенный относительно линии сжатия фиксатор исследуемого образца с выступающей перед опорной поверхностью частью. Фиксатор  выполнен в виде кольцевого бурта, который плотно охватывает исследуемый образец у его торцов (Патент РФ 2 523 769 от 03.12.2012, G01N 3/10). Его недостатком является ограничение у опор утолщения образца при сжатии, вызывающее в нем искажение напряжений и результатов испытаний.
Известно также устройство для испытания на сжатие образцов из пластичных материалов, в котором центрально расположенный относительно линии сжатия фиксатор выполнен  в виде круглой плиты, выступающей над опорной поверхностью части (SU 1 024 800 от 28.12.81, G01N 3/56). Своим плоским выступом он сминает центральную часть образца, что будет существенно искажать результаты испытаний.
По совокупности технических признаков, общих с заявляемой установкой, за прототип принят патент РФ № 2 412 430.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности результатов деформационно-прочностных испытаний на сжатие удлиненных образцов материалов преимущественно растительного происхождения.
Указанный результат достигается тем, что установка для испытания образцов на одноосное сжатие материалов преимущественно растительного происхождения включает неподвижный корпус с размещенными на нем двумя оппозитно расположенными опорами  с поперечными  к линии сжатия опорными поверхностями для крепления между ними исследуемого образца, каждая опора  имеет центрально расположенный относительно линии сжатия фиксатор исследуемого образца с выступающей перед опорной поверхностью частью, по меньшей мере, одна из опор подвижна и соединена с приводом ее движения по линии сжатия, а также устройство измерения, включая автоматизированное, текущих значений деформационно-прочностных характеристик сжатия. При этом установка имеет ограничитель сближения опор и выступающая часть фиксатора образца каждой опоры представляет собой тонкостенные пластины, в том числе лезвийного типа, расположенные радиально, причем направления их срединных плоскостей совмещены с линией сжатия, и высота пластин над опорной поверхностью составляет 0,05-0,30 диаметра исследуемого образца. Кроме того, тонкостенные пластины на оппозитных опорах могут быть повернуты вокруг линии сжатия относительно друг друга настолько, что при смыкании опор оказываются в промежутках между пластинами оппозитной опоры.
Наличие в установке ограничителя сближения опор предотвращает контакт пластин противоположных опор друг с другом или с противоположной опорой. Выполнение  фиксатора образца в каждой опоре в виде тонкостенных пластин, в том числе в виде лезвий, повышает надежность предотвращения выскальзывания удлиненного образца из опор. Установка с  повернутыми пластинами одной опоры относительно пластин другой позволяет сближать опоры до величины тонкостенной пластины, что увеличивает деформацию сжимаемого образца и расширяет объем регистрируемых деформационно-прочностных результатов.
Изобретение поясняется пятью фигурами.
На фиг. 1 изображена схема установки с образцом, на фиг. 2 – вырез А, на фиг.3 – вид Б с удлиненными пластинами фиксатора образца и контуром торцевой поверхности образца, на фиг. 4 – вид Б с укороченными пластинами фиксатора образца и с контуром торцевой поверхности образца, на фиг. 5 – вид Б при наибольшем сближении опор.
Установка для испытания образцов на одноосное сжатие материалов преимущественно растительного происхождения включает (фиг. 1 – 3) неподвижный корпус 1 с размещенными на нем двумя оппозитно расположенными опорами 2 и 3 с поперечными к линии 4 сжатия опорными поверхностями 5 и 6 для крепления между ними исследуемого образца 7. Каждая опора 2 и 3 имеет центрально расположенный относительно линии 4 сжатия фиксатор исследуемого образца с выступающей на опорной поверхности 5 и 6 частью. По меньшей мере, одна из опор, например, 2-я, подвижна и соединена с приводом 8 ее движения по линии 4 сжатия. Привод 8 может быть ручным, электрическим или гидравлическим. Имеется устройство измерения 9 текущих значений деформационно-прочностных характеристик сжатия, которое может быть контактным или бесконтактным. Установка снабжена ограничителем 10 сближения опор 2 и 3. Выступающая часть фиксатора образца в каждой опоре представляет собой тонкостенные пластины удлиненные 11 или укороченные 12, которые могут быть выполнены в виде лезвий. Пластины 11 и 12 расположены радиально, причем направления их срединных плоскостей совмещены с линией 4 сжатия. Высота пластин h над опорной поверхностью составляет 0,05– 0,30 диаметра d исследуемого образца. Удлиненные пластины 11 выступают за торцевую поверхность образца (фиг.2 и фиг. 3), а укороченные пластины 12 – остаются внутри нее (фиг. 4). На фиг. 3 и фиг. 4 исходное положение образца 7 на опорной поверхности 5 условно показано штрих-пунктирным контуром 13 его торцевой поверхности. Тонкостенные пластины 11 или 12 на оппозитных опорах 2 и 3 могут быть повернуты вокруг линии сжатия относительно друг друга настолько, что при наибольшем сближении опор оказываются в промежутках между пластинами оппозитных опор (фиг. 5). На фиг. 5 показан вид Б при максимальном сближении опор 2 и 3. При этом пластины 11 или 12 опоры 3 условно показаны штрих-пунктирными линиями, и образец не показан.
Установка работает следующим образом.
В неподвижный корпус 1 между опор 2 и 3 устанавливают образец 7 центрально по линии 4 сжатия. Подвижную опору 2 подводят к образцу 7 и сближают с оппозитной ей опорой 3 вплоть до опирания торцевых частей образца 7 на опорные поверхности 5 и 6. Усилие погружения пластин 11 или 12 в образец 7 составляет несущественную величину в общем усилии сжатия вследствие их малого поперечного сечения. После полного погружения пластин 11 или 12 в образец 7 усилие сжатия обнуляется на устройстве 9. Затем с помощью привода 8 производится процесс сжатия образца 7 с регистрацией деформационно-прочностных параметров и построения диаграммы сжатия в автоматическом или ручном режиме. При сжатии образца 7 из податливого материала его поперечное сечение существенно растет. Однако образец 7 из неоднородного податливого материала остается в зоне удлиненных пластин 11, обеспечивающих его центральное положение. Испытания образца 7 из жесткого материала предпочтительно проводить в опорах 2 и 3 с укороченными пластинами 12. В этом случае его периферийные торцевые части остаются цельными, не изменяя результаты испытаний. Сближение опор 2 с 3 прекращают либо после разрушения образца 7 хрупким раскалыванием с падением усилия сжатия до нуля, либо остановкой привода 8 с помощью ограничителя 10, предотвращающего контакт вершинами пластин 11 или 12 оппозитных опор или опорных поверхностей 5 и 6.