Устройство для визуализации подповерхностных зон локализации деформации образца материала

Полезная модель относится к области исследования напряженно-деформированного состояния приповерхностных слоев материалов, находящихся под действием напряжений сдвига и сжатия. Задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства для визуализации подповерхностных зон локализации деформации образца материала, которое позволяет визуально оценить как кинетику, так и распределение деформации в поверхностных слоях материала во время испытаний. Указанный технический результат достигается тем, что устройство для визуализации подповерхностных зон локализации деформации образца материала при скользящем контакте неподвижного образца материала и подвижного контртела, состоит из корпуса, крышки с окном для наблюдения и освещения поверхности образцов, нагрузочного рычага, и выполнено с возможностью установки его в стандартные держатели машины для испытания образцов на растяжение-сжатие так, чтобы контртело имело возможность смещаться вертикально вниз (вверх), при этом упомянутая крышка с окном снабжена стеклом, которая плотно прижата к боковой поверхности края испытуемого образца материала для предотвращения деформации в направлении наблюдения. Нагрузочный рычаг состоит из крепления рычага и рычага передачи нагрузки. Нагружение осуществляют через рычаг с помощью гирь или калиброванной пружины. Крышка с окном снабжена стеклом с твердостью не менее сапфирового. На торцевой части корпуса выполнен Г-образный выступ.

Полезная модель относится к области исследования напряженно-деформированного состояния приповерхностных слоев материалов, находящихся под действием напряжений сдвига и сжатия.

Известно устройство для испытания на износ (патент РФ 2259553, G01N 3/56, опубл. 2005.08.27). Устройство для испытания на износ содержит узел динамического нагружения, состоящий из кулачка привода, рычага с грузом, пальца, размещенного соосно с контробразцом, передающего нормальную составляющую динамической нагрузки на образец через рычаг статической нагрузки, который жестко связан с контробразцом. При этом кулачок привода имеет форму, определяющую закон динамической нагрузки.

Работа известного устройства основана на исследовании материалов после остановки испытаний, а не для визуализации подповерхностных зон локализации деформации во время испытаний.

Известен способ дозированного нагружения поверхностных слоев образцов на растяжение и сжатие и портативное переносное устройство для его реализации (патент РФ 2328716, G01N 3/08, опубл. 2008.07.10). Устройство обеспечивает доступ датчиков и измерительных устройств к поверхностям нагруженных образцов материалов для контроля физико-химических и механических свойств. Указанное достигается тем, что плоский образец исследуемого материала консольно жестко крепят в нагружающем устройстве. На образец соосно с осью нагрузки устройства устанавливают переходник с окном. Собранное таким образом устройство устанавливают на нижнюю тарель машины измерения пружин. Поднимая тарель, изгибают свободный конец образца вертикальной нагрузкой, величину которой фиксируют по циферблату машины испытания пружин. Затем, перемещая гайку через окно переходника по оси нагружения установки до упора в образец, фиксируют его нагруженное состояние, после чего разгружают машину испытания пружин, удаляют с образца переходник и снимают нагружающее устройство с образцом, нагруженным на заданную величину.

Недостатком известного устройства также является то, что его работа основана на исследовании материала после остановки испытаний, а не для визуализации подповерхностных зон локализации деформации во время испытаний.

Задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства для визуализации подповерхностных зон локализации деформации образца материала, которое позволяет визуально оценить как кинетику, так и распределение деформации в поверхностных слоях материала во время испытаний.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для визуализации подповерхностных зон локализации деформации образца материала при скользящем контакте неподвижного образца материала и подвижного контртела, состоит из корпуса, крышки с окном для наблюдения и освещения поверхности образцов, нагрузочного рычага, и выполнено с возможностью установки его в стандартные держатели машины для испытания образцов на растяжение-сжатие так, чтобы контртело имело возможность смещаться вертикально вниз (вверх), при этом упомянутая крышка с окном снабжена стеклом, которая плотно прижата к боковой поверхности края испытуемого образца материала для предотвращения деформации в направлении наблюдения.

Нагрузочный рычаг состоит из крепления рычага и рычага передачи нагрузки.

Нагружение осуществляют через рычаг с помощью гирь или калиброванной пружины.

Крышка с окном снабжена стеклом с твердостью не менее сапфирового.

На торцевой части корпуса выполнен Г-образный выступ.

Полезная модель представляет собой устройство, служащее для визуализации подповерхностных зон локализации деформации, возникающих в процессе трения скольжения контртела по образцу испытуемого материала, в частности, с помощью способа отображения зон локализации деформации поверхности и оптико-телевизионного устройства для его осуществления по патенту РФ 2192621, заявитель ИФПМ СО РАН, опубл. 10.11.2002., Бюл. 31.

Заявляемое устройство состоит из корпуса, крышки с окном и прижимным стеклом для наблюдения и освещения скользящего контакта образцов, нагрузочного рычага и может устанавливаться в стандартные держатели машины для испытания образцов на растяжение-сжатие так, чтобы контртело имело возможность смещаться вертикально вниз (вверх), а само устройство при этом было бы неподвижно. Нагружение осуществляется через рычаг с помощью гирь или калиброванной пружины. Конструктивной особенностью устройства является обеспечение плотного прижатия к боковым поверхностям образцов стекла твердостью не менее сапфирового, которое предотвращает деформацию краев контактирующих образцов в направлении наблюдения.

Устройство представлено на фиг.1-2.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство в собранном виде, где

1 - крышка; 2 - подвижный образец (контртело); 3 - корпус; 4 - крепление рычага; 5- рычаг передачи нагрузки; 6- прижимное стекло; 7 - окно, 8 - испытуемый образец материала.

На фиг.2 представлено предлагаемое устройство в разобранном виде, где 1 - крышка с окном (7) и прижимным стеклом (6); 2 - контртело; 3 - корпус с прямоугольными каналами для установки контртела (В) и испытуемого образца материала (С) и Г-образной выемкой (А) на торце; 4 - крепление рычага; 5 - рычаг передачи нагрузки; 8 - испытуемый образец материала.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Устройство обеспечивает возможность моделирования скользящего контакта на машине растяжения. Подвижный образец (контртело - сталь 45) устанавливается в продольный канал корпуса (В), неподвижный испытуемый образец материала устанавливается в поперечный канал (С) так, чтобы обеспечивался контакт между образцами, далее устанавливается крышка Упомянутая крышка с окном снабжена стеклом, которая обеспечивает плотное прижатие к боковой поверхности края неподвижного испытуемого образца материала для предотвращения деформации в направлении наблюдения.

Устройство с помощью Г-образной выемки корпуса закрепляется в неподвижном захвате машины растяжения. Подвижный образец (контртело - сталь 45) закрепляется в подвижном захвате так, чтобы при движении траверсы осуществлялось скольжение в контакте подвижного контртела с неподвижным испытуемым образцом материала.

На фиг.3 показано использование предлагаемой полезной модели (полезная модель схематично представлена только прижимным стеклом с образцами).

На фиг.3 представлено 1 - подвижный образец (контртело), 2 - неподвижный испытуемый образец материала, 3 - прижимное стекло, 4 - источник освещения, 5 - видеокамера, 6 - компьютер.

При использовании метода лазерной декорреляции спеклов боковая поверхность неподвижного испытуемого образца материала освещается источником лазерного излучения (4), и на ней формируется картина спеклов, интенсивность которых меняется с подповерхностной деформацией испытуемого образца материала и фиксируется с помощью цифровой видеокамеры (5).

Таким образом, возникает возможность непосредственно в процессе трения наблюдать за деформацией на заданной глубине от поверхности испытуемого материала.

Предлагаемое устройство обеспечивает простоту моделирования скользящего контакта без применения машин трения и использование диапазона скоростей скольжения порядка 1-10 мм/мин.

1. Устройство для визуализации подповерхностных зон локализации деформации образца материала при скользящем контакте неподвижного образца материала и подвижного контртела, состоящее из корпуса, крышки с окном для наблюдения и освещения поверхности образцов, нагрузочного рычага, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью установки его в стандартные держатели машины для испытания образцов на растяжение-сжатие так, чтобы контртело имело возможность смещаться вертикально вниз (вверх), при этом упомянутая крышка с окном снабжена стеклом, которое обеспечивает плотное прижатие его к боковой поверхности края испытуемого образца материала для предотвращения деформации краев контактирующих образцов в направлении наблюдения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагрузочный рычаг состоит из крепления рычага и рычага передачи нагрузки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагружение осуществляют через рычаг с помощью гирь или калиброванной пружины.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что крышка с окном снабжена стеклом с твердостью не менее сапфирового.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что возможность установки его в стандартные держатели машины для испытания образцов на растяжение-сжатие реализована тем, что на торцевой части корпуса выполнен Г-образный выступ.