Устройство для испытаний образцов и композитного материала на прочность в условиях повышенной температуры

Полезная модель относится к испытаниям многослойных композитных материалов и может быть использовано для получения прочностных характеристик композита при повышенных температурах [B24D 3/00, G01N 3/56, G013/08, G01N 33/38]. Техническим результатом заявленного технического решения является: уменьшение габаритов устройства; обеспечение равномерного нагрева образца; сокращение времени нагрева образца; улучшение доступа к образцу при его замене; уменьшение нагрева зажимов испытательной машины.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для испытаний образцов из композитного материала на прочность в условиях повышенной температуры, содержащее систему нагрева образца, образец, закрепленный в зажимах испытательной машины, отличающееся тем, что имеет две теплопроводных пластины, закрепленных на боковых сторонах образца, причем нагревательные элементы расположены внутри пластин и прилегают к рабочей части образца, а нагреваемая часть устройства и рабочая часть образца закрыты теплозащитным кожухом.

Предпочтительно устройство содержит датчик температуры, подключенный к системе терморегулирования и индикации, функцией которой является поддержание необходимой температуры в заданном диапазоне.

Полезная модель относится к испытаниям многослойных композитных материалов и может быть использовано для получения прочностных характеристик композита при повышенных температурах [B24D 3/00, G01N 3/56, G01 3/08, G01N 33/38].

Важной особенностью композитных материалов является зависимость прочности от условий эксплуатации изделий из композитов при повышенной температуре. Для эффективного использования изделий из композитов, в частности углепластиков, необходимо знание прочностных характеристик в широком диапазоне эксплуатационных температур. Из уровня техники известно устройство [1, 2] для проведения испытаний композитных материалов на сжатие, в котором образец для устранения потери устойчивости закрепляется между двумя параллельными пластинами.

Недостатком данного устройства является отсутствие элементов нагревания и поддержания заданной температуры испытываемого образца. Устройство не обеспечивают испытание образцов при повышенной температуре, т.к. не содержат элементов нагревания и поддержания заданной температуры.

В решениях по патентам JP 62050639, US 6935197, US 5923415 описано испытательное устройство композиционных материалов, в котором испытательный образец удерживают в камере и нагревают, а в патенте JP 62050639 в камере с рубашкой охлаждения и вакуумным нагревателем.

Данные устройства конструктивно сложны и их камера имеет большие габариты, из-за чего трудно обеспечить равномерный нагрев образца. Из-за большого внутреннего объема значительное время затрачивается на нагрев образца. Так как образец находится во внутренней полости камеры, то затруднен доступ к образцу при его замене. Прототипом заявляемого устройства является климатическая камера ASTM D3039 для проведения испытаний образцов [3].

Климатическая камера представляет собой емкость, внутри которой расположен образец для испытаний на прочность таким образом, чтобы его захваты выходили за пределы обшивки камеры и входили в зажимы испытательной машины. При этом камера помещается в рабочую часть испытательной машины.

Внутренняя полость камеры вместе с образцом нагревается до необходимой температуры, которая поддерживается в заданном диапазоне терморегулятором. После достижения заданного температурного режима образец нагружается и разрушается.

Описанная климатическая камера имеет ряд существенных недостатков. Камера имеет большие габариты, из-за чего трудно обеспечить равномерный нагрев образца. Из-за большого внутреннего объема значительное время затрачивается на нагрев образца. Так как образец находится во внутренней полости камеры, то затруднен доступ к образцу при его замене. Другим недостатком камеры является нагрев зажимов испытательной машины. Поэтому при испытаниях используются только механические зажимы образцов.

Техническим результатом заявленного технического решения является: уменьшение габаритов устройства; обеспечение равномерного нагрева образца; сокращение времени нагрева образца; улучшение доступа к образцу при его замене; уменьшение нагрева зажимов испытательной машины.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для испытаний образцов из композитного материала на прочность в условиях повышенной температуры, содержащее систему нагрева образца, образец, закрепленный в зажимах испытательной машины, отличающееся тем, что имеет две теплопроводных пластины, закрепленных на боковых сторонах образца, причем нагревательные элементы расположены внутри пластин и прилегают к рабочей части образца, а нагреваемая часть устройства и рабочая часть образца закрыты теплозащитным кожухом.

Предпочтительно устройство содержит датчик температуры, подключенный к системе терморегулирования и индикации, функцией которой является поддержание необходимой температуры в заданном диапазоне.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показана конструктивная схема устройства.

На Фиг.2 показан внешний вид устройства в рабочем состоянии.

На Фиг.3 показано расположение устройства в захватах испытательной машины.

Осуществление заявляемого технического решения Предлагаемое устройство показано на Фиг.1. Устройство состоит из двух пластин 1 с терморезисторами 2. Пластины 1 крепятся с двух сторон испытываемого образца. Нагреватели расположены внутри пластин таким образом, чтобы осуществить равномерный нагрев, расположенного внутри пластин образца 3. При этом нагреваемая часть устройства и рабочая часть образца закрывается термозащитным кожухом 4. Мощность нагревательных элементов обеспечивает быстрый нагрев испытуемого образца (время нагрева от 24 до 82°С около 10 мин). Система терморегулирования и индикации 6 при помощи датчика температуры 5 поддерживает необходимую температуру в заданном диапазоне. Система 6 позволяет устанавливать заданную температуру и наблюдение в процессе испытаний. Образец 1, закрепленный между пластин 2 в кожухе 4 установлен в зажимы испытательной машины 7.

Источники информации:

1. http://www.instron.ru/wa/solutions/Compression-Testing-Spherical-Seated-Platens.aspx

2. ГОСТ 9550-81, стр.3

3. http://www.instron.ru/wa/solutions/ASTM_D3039_Tensile_Properties_Carbon_Fiber_Strips.aspx

1. Устройство для испытаний образцов из композитного материала на прочность в условиях повышенной температуры, содержащее систему нагрева образца, образец, закрепленный в зажимах испытательной машины, отличающееся тем, что имеет две теплопроводных пластины, закрепленных на боковых сторонах образца, причем нагревательные элементы расположены внутри пластин и прилегают к рабочей части образца, а нагреваемая часть устройства и рабочая часть образца закрыты теплозащитным кожухом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит датчик температуры, подключенный к системе терморегулирования и индикации, функцией которой является поддержание необходимой температуры в заданном диапазоне.

РИСУНКИ