Устройство для испытания образцов цилиндрической формы на прочность

Устройство для испытания образцов цилиндрической формы на прочность содержит нагружающее устройство (1), в которое вставляют образец цилиндрической формы. На устройство (1) устанавливают стальное кольцо (2). Устройство (1) представляет собой разрезную втулку с осевыми прорезями (3), разделяющими устройство на отдельные лепестки (4), каждый из которых имеет кольцевой выступ (5). В нижнем конце осевых прорезей (3) выполнены отверстия (6). Поверхности контакта, а именно внутренняя поверхность кольца (2) и внешняя поверхность нагружающего устройства (1) выполнены коническими и шлифованными. Наружная поверхность кольца (2) имеет цилиндрическую форму. Технический результат - приближение условий испытания к эксплуатационным и повышение прочности испытаний образцов за счет создания сжимающих напряжений по всей толщине образца по принципу цанги, а также определение критической нагрузки при которой разрушение материала образца. 1 з.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к области испытания образцов цилиндрической формы из слоистых композиционных материалов (СКМ) на прочность.

Известно устройство для испытания труб на сжатие, содержащее гибкие элементы, охватывающие испытуемую трубу, узлы крепления концов гибких элементов. Устанавливают соответствующее расстояние между узлами крепления, создавая тем самым заданное распределение сжимающего усилия по окружности трубы. Затем включением механизма нагружения испытательной машины проводят испытание трубы на неравномерное сжатие (см. SU 488114, G01N 3/08, 15.10.1975 г.)

Однако, существенным недостатком известного устройства является невозможность создания больших сжимающих нагрузок гибкими элементами, охватывающими трубу, что не позволяет оценить прочность стальных или толстых композиционных труб.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является устройство для испытания цилиндрических и конических труб на сжатие, содержащее гибкий элемент, предназначенный для охвата первой половины поверхности трубы таким образом, что его концы, закрепленные в одном из захватов испытательной машины, направлены по касательной к направляющей цилиндрической поверхности трубы (см. СССР SU 1180744 A, G01N 3/08, опубл. Бюл. 35, 1985).

Существенный недостаток известного устройства заключается в невозможности создания по всей толщине отрезка трубы равномерных сжимающих напряжений, что снижает точность оценки прочности материала трубы. Недостатком также является то, что

к поверхности трубы прикладываются разнонаправленные нагрузки по одной оси, что приводит к неравномерности сжимающих напряжений.

Техническим результатом полезной модели является приближение условий испытания к эксплуатационным и повышение точности испытаний образцов за счет возможности создания сжимающих напряжений по всей толщине образца по принципу цанги и регулирования окружных напряжений в рабочей зоне образца, а также определение критической нагрузки, при которой происходит разрушение материала образца. Указанный технический результат достигается тем, что устройство для испытания образцов цилиндрической формы на прочность содержит стальное кольцо и нагружающее устройство, представляющее собой разрезную втулку с осевыми прорезями, разделяющими устройство на отдельные лепестки, каждый из которых имеет кольцевой выступ, в нижнем конце осевых прорезей выполнены отверстия, при этом поверхности контакта - внутренняя поверхность стального кольца и внешняя поверхность нагружающего устройства выполнены коническими и шлифованными.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются наличие новых конструктивных элементов, а именно нагружающего устройства и стального кольца. За счет осевого перемещения стального кольца сверху вниз по нагружающему устройству, в котором установлен образец, происходит сжатие лепестков, которые создают сжимающие напряжения по всей толщине материала образца по принципу цанги, что приближает условия испытания к эксплуатационным и повышает точность испытания образцов. Отверстия осевых прорезей обеспечивают равномерность создания окружного давления на образец в нагружающем устройстве. Таким образом, при нагружении образца каждый лепесток под действием стального кольца перемещается в радиальном направлении и создает радиальное давление на образец. На образец действует направленная к центру сжимающая нагрузка по всей поверхности, что позволяет определить критическую нагрузку, при которой происходит отслоение или разрушение материала образца.

Заявленное устройство схематически изображено на чертеже.

Устройство для испытания образцов цилиндрической формы на прочность содержит нагружающее устройство 1 и стальное кольцо 2. Нагружающее устройство 1 представляет собой разрезную втулку с осевыми прорезями 3, разделяющими устройство на отдельные лепестки 4. Для установки образца, каждый лепесток 4 имеет кольцевой выступ 5. В нижнем конце осевых прорезей 3 выполнены отверстия 6. Поверхности контакта, а именно внутренняя поверхность стального кольца 2 и внешняя поверхность нагружающего устройства 1 выполнены коническими и шлифованными. Наружная поверхность стального кольца имеет цилиндрическую форму.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Образец цилиндрической формы вставляют в нагружающее устройство 1 и устанавливают на последнее стальное кольцо 2. При поступательном воздействии пресса на стальное кольцо 2 каждый лепесток 4 сжимается в радиальном направлении и создает радиальное давление на образец.

Сжатие происходит за счет осевого перемещения сверху вниз стального кольца 2. Так как внутренняя поверхность кольца 2 и внешняя поверхность нагружающего устройства 1 выполнены коническими, то тем самым, обеспечивается равномерное сжатие образца лепестками нагружающего устройства при осевом перемещении стального кольца. Осевое усилие пресса, которое передается через стальное кольцо 2 пересчитывается в радиальные усилия на образец:

F_рад =F_осев*tg24°

Для расчета образца под действием равномерно распределенной радиальной нагрузки данная нагрузка рассчитывается по формуле:

q_рад =F_рад/(dh)

где d - диаметр образца по срединной линии, h - высота образца

При проведении испытаний был взят образец, представляющий собой отрезок трубы цилиндрической формы из СКМ, диаметром 90 мм, толщиной стенки - 3 мм, высота - 10 мм. В процессе испытания наблюдали за ростом и развитием межслойного отслоения в образце. Испытание проводилось до разрушения образца с определением критической нагрузки отслоения.

1. Устройство для испытания образцов цилиндрической формы на прочность, характеризующееся тем, что содержит стальное кольцо и нагружающее устройство, представляющее собой разрезную втулку с осевыми прорезями, разделяющими устройство на отдельные лепестки, каждый из которых имеет кольцевой выступ, в нижнем конце осевых прорезей выполнены отверстия, при этом поверхности контакта - внутренняя поверхность стального кольца и внешняя поверхность нагружающего устройства - выполнены коническими и шлифованными.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внешняя поверхность стального кольца выполнена цилиндрической.