Устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ, содержащее криостат , размещенную в нем опорную трубу, установленную внутри нее тягу, верхний конец которой вьгоеден из криостата , верхний и нижний захваты образца , соединенные соответственно с тягой и опорной трубой, и датчик деформаций отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений деформаций и экономичности -испытаний путем совмещения во времени процессов тарировки датчика деформаций и нагруженйя образца при разных температу рах, оно снабжено шарнирно соединеннь1м с нижним захватом двуплечим рычагом, на одном конце которого размещен датчик деформаций , резьбовой щайбой, устанавливаемой при испытании на верхней головке образца, толкателем, размещенньм между резьбовой шайбой и свободным кйнцом датчика деформаций, установленньм на нижнем захвате поворотным кудачком, связанным с дру (Л , гим концом двуплечего рычага, и приводом поворота кулачка.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН зш С 01 М 3/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

OllHCAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

j ii) (21) 3578744/25-,28 (22) 08.04.83 (46) 30.08.84. Бюл. N 32 (72) В.К.Чернецкий, И.Д.Абушенков и и В.Я.Ильичев (71) Физико-технический институт низких температур АН УССР (53) 621.172.251.12(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 1045065, кл. G 01 N 3/18, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ, содержащее криостат, размещенную в нем опорную трубу, установленную внутри нее тягу, верхний конец которой выведен иэ криостата, верхний и нижний захваты образца, соединенные соответственно с тягой и опорной трубой, и датчик

„„SU„„1111061 деформаций; о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений деформаций и экономичности

-испытаний путем совмещения во времени процессов тарировки датчика деформаций и нагруженйя образца при разных температурах, оно снабжено шарнирно соединенным с нижним захватом двуплечим рычагом, на одном конце которого размещен датчик деформаций, резьбовой шайбой, устанавли- ваемой при испытании на верхней головке образца, толкателем, размещенным между резьбовой шайбой и свободным концом датчика деформаций, установленнвм на нижнем захвате поворотным кулачком, связанным с дру, гим концом двуплечего рычага, и приводом поворота кулачка.

1111061

Изобретение относится к испыта =..: тельной технике, а именно к устройст" вам для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов.

Известно устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов, содержащее криостат, размещенную в нем опорную трубу, установленную внутри нее тягу, верхний конец которой выведен из криостата, верхний и нижний захваты образца, соединенные соответственно с тягой и опорной трубой, и датчик деформаций 312.

Недостатком данного устройства являются невысокая точность измерения деформаций и низкая экономичность испытаний, связанные с тем, что величина выходного сигнала датчика деформаций зависит от температуры и поэтому необходима предварительная тарировка датчика деформации а.

Цель изобретения — повышение точности измерения деформаций и экономичности испытаний путем совмещения во времени процессов тарировки датчи ка деформаций и нагружения образца при разных температурах.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов, содержащее криостат, размещенную в нем опорную трубу, установленную внутри нее тягу, верх" ний конец которой выведен из криостата, верхний и нижний захваты образца, соединенные соответственно с тягой и опорной трубой, и датчик деформаций, снабжено шарнирно соедиенным с нижним захватом двуплечим рычагом, на одном конце которого размещен датчик деформаций, резьбовой шайбой, устанавливаемой при испытании на верхней головке образца, толкате".. лем, размещенным между резьбовой шайбой и свободным концом датчика деформаций, установленным на нижнем захвате поворотным кулачком, связанным с другим концом двуплечего рычага, и приводом поворота кулачка. т.

На фиг. I изображена схема устрой« ства для низкотемпературных механи"--. ческих испытаний образцов материалов; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — кулачок, вид сбоку, поперечное сечение; на фиг. 4 — деформационная кривая А и тарировочная кривая Б.

Устройство содержит криостат 1, размещенную в нем опорную трубу 2, установленную внутри нее тягу 3, верхний конец которой выведен из криостата 1, верхний 4 .и нижний 5 захваты образца, соединенные соответственно с тягой 3 и опорной трубой 2.

Верхний захват 4 может быть выполнен как единое целое с тягой 3. На нижнем захвате 5 с помощью оси б шарнирно закреплен двуплечий рычаг 7, на одном конце которого посредством винта 8 консольно закреплен датчик деформаций, выполненный в виде упругой пластины 9 с наклеенными на нее тензорезисторами. Другой конец двуплечего рычага 7 связан с поворотным кулачком 10, также установ-. ленным на нижнем захвате 5 и снабженным приводом его поворота. Привод поворота кулачка 10 выполнен в виде рычага 11, закрепленного на кулачке

10, и посредством пальца 12 соединен со стержнем 13, верхний конец которого выведен из криостата 1 и снабжен приводом 14 вертикального перемещения, например электромагнитом. Привод 14 через кронштейн 15 связан с траверсой 16 нагружающего устройства (не показано). Резьбовая шайба 17 при испытании навинчена на верхнюю головку 18 образца 19, а нижняя головка 20 образца !9 ввинче. на в нижний захват 5 и зафиксирована гайкой 21. Толкатель 22 размещен между резъбовой шайбой 17 и свободнымконцом упругой пластины 9. Тяга 3 подсоединена своим резьбовым хвостовиком к нагружающему органу 23 испытательной машины. Для заливки хлад-" агента предусмотрен трубопровод 24.

Зазор между тягой 3 и опорной трубой

2 сообщен через патрубок 25 и насос

26 с атмосферой илн газгольдером (не показан). Все подвижные соединения устройства герметизированы уплотнениями 27-29. Для фиксации захвата

5 в опорной трубе 2 предусмотрены винты 30. Палец 12 зафиксирован шплинтом 31.

Устройство работает следующим образом.

В отсоединенный от опорной трубы

2 нижний захват 5 вкручивает нижнюю головку 20 образца 19 и стопорят ее гайкой 21. На верхнюю головку 18 o6-, 1111061

10 раэца 19 навинчивают шайбу 17. Между резьбовой шайбой 17 и упругой пластиной 9 устанавливают толкатель 22 так, что свободный конец упругой пластины

9 смещается на 2-3 мм относительно первоначального положения. Затем образец 19 в сборе с нижним захватом 5 завинчивают верхней головкой 18 в верхний захват 4, после чего нижний . захват 5 фиксируют винтами 30 в опорной трубе 2, а рычаг 11 устанавливают своим свободным концом в верхнее положение (фиг. 1) и соединяют пальцем 12 со стержнем 13, Палец 12 фиксируют шплинтом 31. При этом ку- IS лачок 10 контактирует участком O профиля (фиг. 3) с концом двуплечего рычага 7 ° Затем к траверсе 16 присоединяют криостат 1, в который через трубопровод 24 заливают криогенную 20 жидкость. Необходимая промежуточная температура образца может быть получена путем откачки паров криогенной жидкости из криостата 1 насосом 26 через патрубок 25 или путем подачи в криостат вместо криогенной жидкости ее паров. После охлаждения образца до нужной температуры включают рабочий ход наружного органа 23 испытательной машины и деформируют обра- 30 зец 19 с одновременной, записью деформационной кривой А (фиг.4) по сигналам от датчика деформаций и динамометра (не показан), встроенного в нагружающий орган 23 испытательной машины. Деформационную кривую А записывают в координатах "нагрузка-де" формация".

Деформация образца 19 фиксируется датчиком дейовмаиий посредством 40 толкателя 22, контактирующего с резьбовой шайбой 17, навернутой на верхнюю головку 18 образца. При этом люфты между резьбовыми головками образца и захватами 4 и 5 не оказывают влияния 4S на качество записи деформационной кривой, поскольку вследствие наличия резьбовой шайбы 17 отсутствует непосредственная связь толкателя 22 с верхним захватом 4, а люфт между нижней головкой 20 образца и захватом 5 выбран с натягом фиксирующей гайкой

21.

Нагружение образца осуществляют при определенной установившейся и ста55 бильно поддерживаемой температуре, поэтому отсутствует температурная деформация толкателя 22, которая могла бы повлиять на точность записи деформационной кривой. Температурная деформация толкателя 22 отсутствует также и при изменении уровня жидкого хладагента в криостате в допусти" мых пределах, поскольку толкатель 22 вместе с образцом 19 в течение эксперимента погружен в жидкость. В первый момент нагружения образца включается кратковременно привод 14, который смещает стержень 13 вниз и поворачивает рычаг 11 в положение 6 (на фиг.1 показано штрих-пунктиром). При этом " кулачок 10 поворачивается против часовой стрелки и воздействует на левый конец рычага 7 участком д, который возвышается над участком О на величину ñ равную, например, 0,05 мм (фиг. 3). Рычаг 7 под воздействием кулачка 10 поворачивается на небольшой угол вокруг оси 6, в результате чего датчик деформации вырабатывает кратковременный дополнительный сигнал и на диаграмме появляется тарировочный импульс ь (фиг. 4) . После этого привод 14 возвращает стержень

13 и рычаг ii с кулачком 10 в исходное положение. Величина п.6 тарировочного импульса пропорциональна величине д подъема кулачка, которая используется при этом в качестве точного эталона перемещений, поскольку она мало зависит от температуры, так как кулачок 10 выполнен иэ материала с малым температурным коэффициентом линейного расширения (например, ковара}. При изменении температуры в диапазоне от Т =4,2 К до

Т2 =300 К величина d равная 0,05 мм, изменяется на величину

g8=cL(T -T) )d =0,9 10 (300-4,2)0,05

=1,5 10 мм, где oL — среднеинтегральная величина температурного коэффициента линейного расширения ковара в диапазоне i е-мператур 4,2-300 К.

Относительное изменение величины р 1,5-10, 100 — 100Х вЂ” — —- — 0903X

0 05

Такое малое изменение величины подъема д кулачка в зависимости от температуры подтверждает возможность использования кулачка 10 в качестве, точного эталона перемещений при тарировке датчика деформации. В процессе длительных испытаний образцов, нал11110б1 ример, на ползучесть через опреде1 ленные промежутки времени процесс тарировки,можно повторять несколько раз, получая промежуточные тарировочные импульсы лР (Фиг. 4) . В результате на диаграмме, помимо деформационной кривой А, можно построить огибающую тарировочную кривую Б.

Изобретение позволяет совместить во времени процесс тарировки датчика деформаций с процессом нагружения образца при разных температурах. Это обеспечивает повьш ение точности измерений деформаций, особенно при длительных испытаниях, например, на полэучесть, поскольку учитывает изме нение сигнала датчика деформации в зависимости не только от изменения температуры, но также от других факторов, например старения клеевого соединения тензорезисторов путем одновременной записи деформационной кривой образца и тарировочной кривой датчика деформаций. При этом повышается экономичность, так как устраняется необходимость предварительного длительного и трудоемкого процесса тарировки деформации в широком диапазоне температур.

1111061 а

df (Составитель Г.Алехов

Редактор Л.Пчелинская Техред М.Кузьма Корректор О.Билак

Заказ 6301/34 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.415

Филиал ППП „ Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4