Устройство для определения трещиностойкости материалов

Полезная модель к области испытаний материалов на трещиностойкость при действии структурных и температурных усадочных напряжений и/или старения. Техническим результатом, получаемым при реализации заявленного устройства является упрощение конструкции, повышение достоверности и точности испытания материалов на трещиностойкость. Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения трещиностойкости материалов, согласно полезной модели, для регистрации напряжений и момента растрескивания испытываемых образцов, дополнительно содержит конденсатор и систему регистрации емкости конденсатора, одна из пластин которого закреплена на захвате, а другая - на боковых пластинах.

Полезная модель к области испытаний материалов на трещиностойкость при действии структурных и температурных усадочных напряжений и/или старения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения внутренних напряжений и трещиностойкости материалов (патент РФ 2315962, опубл. 27.01.2008 г.), которое содержит форму, влючающую захваты, боковые и поперечные пластины, автоматическую систему регистрации напряжений с использованием тензодатчиков и температур с использованием термопар, образец материала, расположенный в форме, ограниченной захватами и боковыми пластинами, расположенными между захватами. Захваты выполнены из материала, термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР) которого в рабочем диапазоне температур больше, чем ТКЛР материала боковых пластин, а их температурные зависимости пропорциональны. При этом длина захвата l, его ТКЛР , длина боковой платины l₁, ее ТКЛР ₁, связаны соотношением: 2·l·=l₁·₁.

Недостатком известного устройства является использование тензодатчиков для регистрации усилий. Тензодатчики, наклеенные на образец или боковые пластины устройства, отслаиваются или подвергаются деструкции при испытаниях при низких температурах, при замораживании-оттаивании испытываемых образцов или при их старении в процессе выдерживания в тех или иных условиях, что приводит к искажению результатов определения усилий.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в упрощении конструкции, повышении достоверности и точности испытания образцов бетона, асфальтобетона и других материалов.

Техническим результатом, получаемым при реализации заявленного устройства является упрощение конструкции, повышение достоверности и точности испытания материалов на трещиностойкость.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения трещиностойкости материалов, согласно полезной модели, для регистрации усилий и момента растрескивания испытываемых образцов, дополнительно содержит конденсатор и систему регистрации емкости конденсатора, одна из пластин которого закреплена на захвате, а другая - на боковых пластинах. Причем конденсатор связан с прибором, регистрирующим емкость конденсатора С, которая связана с усилием (напряжением), возникающим в захватах и боковых пластинах при усадочных деформациях испытываемого образца. Напряжение в боковых пластинах и захватах устройства определяют по тарировочной зависимости емкости конденсаторов С от усилия Р, измеряемого пружинным динамометром при нагружении или охлаждении (нагревании) устройства.

На фиг. изображена структурная схема устройства для определения трещиностойкости материалов.

Устройство содержит поперечные пластины 1; боковые пластины 2; захваты 3; пластины конденсатора, одна из которых 7 закреплена на захвате 3; а другая пластина конденсатора 5, закреплена на боковых пластинах 2; крепления 6 пластины конденсатора 5; крепления 8 пластины конденсатора 7; болты 9; система регистрации емкости конденсатора С и температуры образца t в аналого-цифровом преобразователе 10 и в узле визуализации и хранения данных 11; боковые прокладки 12 (обозначены пунктиром); термопару 13. На фиг. также показан испытуемый образец 4.

Устройство работает следующим образом. Испытуемый образец изготавливают в форме, образованной боковыми пластинами 2, боковыми прокладками 12 и захватами устройства 3. После изготовления образца прокладки 12 убираются. На боковых пластинах 2 крепится с помощью крепления 6 пластина конденсатора 5, а на захвате 3 крепится с помощью креплений 8 параллельно пластине 5 другая пластина 7 конденсатора. Пластины конденсатора соединяют с аналого-цифровым преобразователем 10. На образце 4 крепится термопара 13, которую соединяют с аналого-цифровым преобразователем 10. Сигналы емкости С и температуры t поступают в узел визуализации и хранения данных 11.

Испытания проводятся по следующим методикам.

1. Определение величины внутренних структурных усадочных напряжений и трещиностойкости образцов от этих напряжений.

После изготовления или в процессе выдерживания образцов в устройстве при тех или иных температурно-влажностных режимах и возникновения в образце усадочных структурных деформаций записывается емкость С конденсатора, которая связана с усилием Р_с, в образце. Внутреннее структурное усадочное напряжение в испытываемом образце площадью поперечного сечения F образца будет равным:

Трещиностойкость образца от структурных усадочных напряжений определяется по времени, после истечения которого образец растрескивается, что определяется по падению величины емкости С конденсатора или визуально.

2. Определение температурных усадочных напряжений и трещиностойкости образцов от действия этих напряжений производится в процессе охлаждения с заданной скоростью устройства с образцом и измерением емкости конденсатора С и температуры t, измеряемой с помощью термопары, наклеенной на образец. По тарировочной зависимости С-Р определяют усилие Р_т Внутреннее температурное усадочное напряжение будет равно:

Температура растрескивания от температурных напряжений образца Т_р определяется при охлаждении по температуре, при которой разрушается образец, что фиксируется по падению емкости С или визуально.

3. Определение внутренних напряжений и трещиностойкости образцов материалов при совместном действии структурных и температурных усадочных напряжений и старения производится в процессе выдерживания образцов в устройстве при различных температурно-влажностных условиях и охлаждении, моделирующих эксплуатационные или ускоренные режимы старения. При этом замеряются емкость С (пересчитывается на усилие Р), время структурообразования или старения до растрескивания образца или температура растрескивания при охлаждении образца после истечения какого-то времени структурообразования или старения.

Таким образом, применение заявленной полезной модели позволяет упростить измерения усилий в образце, исключить влияние тепло-влажностных режимов испытания на показания датчика усилий и повысить достоверность испытания материалов.

Устройство для определения трещиностойкости материалов, содержащее форму, включающую захваты, боковые и поперечные пластины, автоматическую систему регистрации напряжений и температур, отличающееся тем, что для регистрации напряжений и момента растрескивания испытываемых образцов устройство дополнительно содержит конденсатор и систему регистрации емкости конденсатора, одна из пластин которого закреплена на захвате, а другая - на боковых пластинах.