Устройство для испытания материалов на прочность
Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к испытаниям материалов на прочность при растяжении и сжатии, и может быть использована для испытания титановых дисковых сплавов при расчетном исследовании малопластического выглаживания лопаток газотурбинных двигателей. Устройство для испытания материалов на прочность содержит станину с направляющими колоннами, траверсу, подвижно установленную на колоннах с возможностью ее фиксации относительно станины, нагрузочную плиту с реверсивным сервоприводом и блоком управления, съемные захваты для закрепления испытуемого образца при нагрузке на растяжение, съемную оснастку для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие, датчик усилия нагрузки, и датчик перемещения исполнительного органа сервопривода, подключенные к блоку обработки информации. Устройство снабжено датчиком деформации, установленным на испытуемом образце и подключенным к блоку обработки информации, а оснастка для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие выполнена в виде верхней опоры, установленной с помощью фланцевого соединения на траверсе, нижней опоры, установленной с помощью фланцевого соединения на нагрузочной плите и имеющей вогнутую сферическую опорную поверхность, и проставки с выпуклой сферической опорной поверхностью, сопряженной с опорной поверхностью нижней опоры, причем верхняя опора и проставка снабжены твердосплавными вкладышами, жестко закрепленными на них с возможностью установки между вкладышами испытуемого образца при нагрузке на сжатие. Полезная модель позволяет повысить точность регистрации результатов испытаний и сократить трудозатраты на переоснастку оборудования.
Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к испытаниям материалов на прочность и может быть использована для испытания титановых дисковых сплавов при расчетном моделировании метода малопластического выглаживания лопаток газотурбинных двигателей.
Известно устройство для испытания материалов на прочность, содержащее станину с направляющими колоннами, траверсу, подвижно установленную на колоннах с возможностью ее фиксации относительно станины, нагрузочную плиту с реверсивным приводом и блоком управления, съемные захваты для закрепления испытуемого образца при нагрузке на растяжение, датчик усилия нагрузки, установленный на траверсе, и датчик перемещения исполнительного органа сервопривода, подключенные к блоку обработки информации (А.с. СССР 
1490557).
Известное устройство обеспечивает снижение погрешности измерения начала деформации испытуемого образца при однократном и циклическом нагружении его на растяжение. Однако функциональные возможности известного устройства ограничены тем, что на нем невозможно проводить испытания опытного образца на сжатие.
Известно устройство для испытания материалов на прочность, содержащее станину с направляющими колоннами, нагрузочную траверсу, подвижно установленную на колоннах и связанную с реверсивным сервоприводом и блоком управления, съемные захваты для закрепления испытуемого образца при нагрузке на растяжение, съемную оснастку для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие, датчик усилия нагрузки, установленный на траверсе и подключенный к блоку обработки информации (А.с. СССР 1357766).
В известном устройстве съемная оснастка для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие выполнена в виде полой цилиндрической опоры, установленной на станине коаксиально оси пассивного захвата, и двух дополнительных захватов, выполненных в виде стаканов, закрепляемых на корпусе активного захвата и на торце цилиндрической опоры. Такое выполнение оснастки позволяет упростить эксплуатацию устройства в труднодоступных условиях.
Однако такое выполнение устройства существенно снижает функциональные возможности при проведении испытаний на растяжение и сжатие испытуемых образцов, т.к. позволяет определять только усилие разрушения испытуемого образца без снятия характеристик его деформирования под воздействием нагрузки.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для испытания материалов на прочность, содержащее станину с направляющими колоннами, траверсу, подвижно установленную на колоннах с возможностью ее фиксации относительно станины, нагрузочную плиту с реверсивным сервоприводом и блоком управления, съемные захваты для закрепления испытуемого образца при нагрузке на растяжение, съемную оснастку для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие, датчик усилия нагрузки, установленный на траверсе, и датчик перемещения исполнительного органа сервопривода, подключенные к блоку обработки информации (патент РФ 53444).
В известном устройстве съемная оснастка выполнена в виде двух закрепленных на станине и подвижной траверсе столиков, между которыми установлен испытуемый образец. При таком выполнении оснастки для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие предъявляются строгие требования к точности установки испытуемого образца по направлению к усилию нагрузки и отсутствию взаимных перекосов опорных поверхностей столиков, т.к. несоблюдение этих условий приведет к существенному искажению результатов испытаний.
Кроме того, в известном устройстве о деформации испытуемого образца при нагружении судят только по датчику перемещения исполнительного органа, что снижает точность измерений и не позволяет исключить погрешности измерения, обусловленные недостатками испытательного оборудования.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание полезной модели, является повышение точности регистрации результатов испытаний и получение достоверных данных о деформации испытуемого образца для построения кривой упрочнения.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что устройство для испытания материалов на прочность, содержащее станину с направляющими колоннами, траверсу, подвижно установленную на колоннах с возможностью ее фиксации относительно станины, нагрузочную плиту с реверсивным сервоприводом и блоком управления, съемные захваты для закрепления испытуемого образца при нагрузке на растяжение, съемную оснастку для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие, датчик усилия нагрузки, установленный на траверсе, и датчик перемещения исполнительного органа сервопривода, подключенные к блоку обработки информации, снабжено датчиком деформации, установленным на испытуемом образце и подключенным к блоку обработки информации, а оснастка для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие выполнена в виде верхней опоры, установленной с помощью фланцевого соединения на траверсе, нижней опоры, установленной с помощью фланцевого соединения на нагрузочной плите и имеющей вогнутую сферическую опорную поверхность, и проставки с выпуклой сферической опорной поверхностью, сопряженной с опорной поверхностью нижней опоры, причем верхняя опора и проставка снабжены твердосплавными вкладышами, жестко закрепленными на них с возможностью установки между вкладышами испытуемого образца при нагрузке на сжатие.
Достижение технического результата - повышение точности регистрации результатов испытаний и получение достоверных данных о деформации испытуемого образца, в полезной модели осуществляется за счет сочетания всех ее отличительных признаков. Повышение точности и достоверности результатов испытаний достигается как за счет непосредственного измерения деформации образца датчиком деформации, установленным на испытуемом образце, так и за счет конструктивного выполнения оснастки для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие, позволяющей исключить погрешности измерения, обусловленные недостатками испытательного оборудования, путем самоустановки проставки с испытуемым образцом относительно направления действия нагрузочного усилия.
Существо полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 представлена общая схема устройства для испытания материалов на прочность;
на фиг.2 представлено продольное сечение съемной оснастки для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие;
на фиг.3 - общий вид съемной оснастки для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие.
Устройство для испытания материалов на прочность содержит станину 1 с четырьмя направляющими колоннами 2, траверсу 3, подвижно установленную на колоннах 2 с возможностью ее фиксации относительно станины 1 с помощью фиксаторов 4, и нагрузочную плиту 5, жестко связанную с реверсивным сервоприводом 6 и блоком управления 7. На траверсе 3 и нагрузочной плите 5 установлены съемные захваты 8 для закрепления испытуемого образца 9 при нагрузке на растяжение. Устройство имеет датчик усилия нагрузки 10, установленный на траверсе 3, датчик деформации 11, установленный на испытуемом образце 9, и датчик перемещения 12 исполнительного органа сервопривода 6. Датчики 10, 11 и 12 подключены к блоку обработки информации 13, подключенному к блоку управления 7.
Оснастка при нагрузке на сжатие выполнена в виде верхней опоры 14, установленной с помощью фланцевого соединения 15 на траверсе 3, нижней опоры 16, установленной с помощью фланцевого соединения 17 на нагрузочной плите 5 и имеющей вогнутую сферическую опорную поверхность 18, и проставки 19 с выпуклой сферической опорной поверхностью 20, сопряженной с опорной поверхностью 18 нижней опоры 16, причем верхняя опора 16 и проставка 19 снабжены твердосплавными вкладышами 21 и 22, жестко закрепленными на них с возможностью установки между вкладышами 21 и 22 испытуемого образца 23 при нагрузке на сжатие.
Твердость вкладышей 21 и 22 должна превышать твердость материала испытуемого образца не менее чем на 5 HRCЭ Крепление вкладышей 21 и 22 в верхней опоре 16 и проставке 19 может осуществляться путем тепловой сборки, что существенно снижает трудоемкость изготовления оснастки.
Реверсивный сервопривод 6 выполнен в виде гидроцилиндра 24 с исполнительным органом в виде поршня со штоком 25, жестко связанного с нагрузочной плитой 5, и золотникового переключателя 26, привод которого связан с блоком управления 7. Рабочие полости гидроцилиндра 24 через золотниковый переключатель 26 гидравлически связаны с источником давления рабочей жидкости 27 и сливной полостью 28. Гидравлический привод может быть использован и для перемещения траверсы 3.
Для проведения температурных испытаний устройство может быть оснащено съемной высокотемпературной печью 29, корпус которой служит одновременно защитным экраном для обеспечения безопасности при проведении испытаний.
Устройство работает следующим образом.
При испытании на растяжение траверса 3 перемещается по колоннам 2 в требуемое положение и устанавливается неподвижно относительно станины 1 с помощью фиксаторов 4. Испытуемый образец 9 из исследуемого материала фиксируется в захватах 8, датчик деформации 11 устанавливается непосредственно на испытуемом образце 9.
При подаче давления в гидроцилиндр 24 нагрузочная плита 5 создает усилие нагрузки на растяжение испытуемого образца 9, причем сигналы от датчика усилия нагрузки 10, датчика деформации 11 и датчика перемещения 12 поступают в блок обработки информации 13, из которого направляются в блок управления 7 для формирования управляющего сигнала для сервопривод 6. Величина плавно возрастающего усилия нагрузки растяжения, действующая на испытуемый образец 9, задается и поддерживается изменением давления в гидроцилиндре 24 по сигналу блока управления 7.
Величина нагрузки увеличивается до момента разрушения испытуемого образца 9, при этом в момент разрушения испытуемого образца 9 по сигналу датчика усилия нагрузки 10 блок управления 7 отключает сервопривод 6.
В течение всего процесса проведения испытаний в блок обработки информации 13 синхронно поступают сигналы от датчиков 10, 11 и 12, а конечная информация о таких параметрах испытания как напряжение, относительная деформация образца и кривая деформирования образца, после компьютерной обработки может быть представлена на мониторе и в графическом виде.
Для проведения испытания на сжатие производится переоснастка установки: демонтируются захваты 8, верхняя опора 14 крепится с помощью фланцевого соединения 15 на траверсе 3, нижняя опора 16 крепится с помощью фланцевого соединения 17 на нагрузочной плите 5, а проставка 19 выпуклой сферической опорной поверхностью 20 устанавливается на вогнутой сферической опорной поверхности 18 нижней опоры 16.
Испытуемый образец 23 при нагрузке на сжатие закрепляется между твердосплавным вкладышем 21 верхней опоры 14 и твердосплавным вкладышем 22 проставки 19. Сервопривод 6 реверсируется и при подаче давления в гидроцилиндр 24 нагрузочная плита 5 создает усилие нагрузки на сжатие испытуемого образца 23. Возможные при установке отклонения продольной оси испытуемого образца 23 от направления нагрузки сжатия компенсируются за счет самоустановки проставки 19 на вогнутой сферической опорной поверхности 18 нижней опоры 16, поэтому дополнительные операции по проверки совпадения продольной оси испытуемого образца 23 с направлением нагрузки сжатия не требуются.
Процесс испытания на сжатие осуществляется аналогично испытаниям на растяжение. В течение всего процесса проведения испытаний в блок обработки информации 13 поступают сигналы от датчиков 10, 11 и 12, по которым строится диаграмма сжатия опытного образца, основанная на достоверных данных о деформации испытуемого образца. Конечная информация о таких параметрах испытания, как напряжение, относительная деформация образца и кривая деформирования образца, после компьютерной обработки может быть представлена на мониторе и в графическом виде.
Опытные испытания установки показали, что испытания на сжатие образцов проводятся в условиях, обеспечивающих минимально допустимый эксцентриситет приложения нагрузки, позволяющий получить с помощью датчика деформации, установленного непосредственно на испытуемом образце, достоверные данные о характере его деформации. Эти условия выполняются путем самоустановки проставки с испытуемым образцом относительно направления действия нагрузочного усилия, предотвращающей возможные перекосы оснастки и устранение связанных с этим изгибов испытуемого образца.
Крепление верхней опоры непосредственно к траверсе, а нижней к нагрузочной плите позволяет обеспечить высокую жесткость конструкции, тем самым исключается необходимость учета жесткости испытательной установки, что также способствует повышению точности испытаний.
Такое выполнение оснастки позволяет осуществить установку датчика деформации непосредственно на образце, что способствует повышению точности измерений и получению достоверных данных о деформации испытуемого образца для построения кривой упрочнения.
Устройство для испытания материалов на прочность, содержащее станину с направляющими колоннами, траверсу, подвижно установленную на колоннах с возможностью ее фиксации относительно станины, нагрузочную плиту с реверсивным сервоприводом и блоком управления, съемные захваты для закрепления испытуемого образца при нагрузке на растяжение, съемную оснастку для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие, датчик усилия нагрузки, установленный на траверсе, и датчик перемещения исполнительного органа сервопривода, подключенные к блоку обработки информации, отличающееся тем, что устройство снабжено датчиком деформации, установленным на испытуемом образце и подключенным к блоку обработки информации, а оснастка для закрепления испытуемого образца при нагрузке на сжатие выполнена в виде верхней опоры, установленной с помощью фланцевого соединения на траверсе нижней опоры, установленной с помощью фланцевого соединения на нагрузочной плите и имеющей вогнутую сферическую опорную поверхность, и проставки с выпуклой сферической опорной поверхностью, сопряженной с опорной поверхностью нижней опоры, причем верхняя опора и проставка снабжены твердосплавными вкладышами, жестко закрепленными на них с возможностью установки между вкладышами испытуемого образца при нагрузке на сжатие.
