RU2152019C1

RU2152019C1 - Loader to test materials for creep under tension together with twisting

Info

Publication number: RU2152019C1
Application number: RU96120453A
Authority: RU
Inventors: О.А. Гололобов; В.С. Куликов; Т.Н. Мардимасова; В.М. Паращенко
Original assignee: Институт механики Уфимского научного центра РАН; Гололобов Олег Александрович
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 2000-06-27

Abstract

FIELD: mechanical tests of materials with combined loading to study effect of deformation on properties of materials under various temperatures. SUBSTANCE: this approach provides for expanded functional capabilities of loading of material of tested specimen from simple stressed state to complex loading. Holders of tested specimen are anchored on bed frame. Disc which axis matches axis of holders is made fast to one of holders. Two rollers with rotation axles are put on strip for rotation so that their rotation axes coincide with proper axes in strip. Loading unit is linked by flexible ties to disc via rollers. Loading unit is fitted with screw mechanism in the form of nut put on lower rod. Upper butt of rod has four lugs to accommodate axles of rollers. Loader also includes transducers measuring linear translations of rods. EFFECT: expanded functional capabilities of loader. 5 dwg

Description

Изобретение относится к области механических испытаний материалов при комбинированном нагружении в физических исследованиях и может быть использовано при изучении влияния деформации на свойства материалов. The invention relates to the field of mechanical testing of materials under combined loading in physical research and can be used to study the effect of deformation on the properties of materials.

Известно нагружающее устройство, содержащее привод, планки, шкив, ось которого совпадает с направлением усилия растяжения, ролики и охватывающий ролики и шкив гибкий элемент с концами, закрепленными на одной из планок, а приспособление для изменения соотношения между величинами усилия растяжения и крутящего момента установлено по оси, совпадающей с направлением действия усилия растяжения, и выполнено в виде жестко закрепленного на одной из планок гидроцилиндра со штоком, связанным с другой планкой кососимметрично по отношению к продольной оси планки /1/. It is known a loading device comprising a drive, strips, a pulley whose axis coincides with the direction of the tensile force, rollers and a flexible element covering the rollers and pulley with the ends fixed on one of the strips, and a device for changing the ratio between the tensile force and torque axis coinciding with the direction of action of the tensile force, and is made in the form of a rigidly fixed on one of the straps of the hydraulic cylinder with a rod connected to the other strap obliquely with respect to the longitudinal hydrochloric strap axis / 1 /.

Недостатком известного устройства является невозможность одновременного деформирования образца путем его кручения и растяжения и перераспределения прикладываемой к испытуемому образцу осевой и окружной нагрузок, что усложняет конструкцию, ее изготовление, сборку и эксплуатацию при испытании материалов. A disadvantage of the known device is the impossibility of simultaneously deforming the sample by torsion and tension and redistributing the axial and circumferential loads applied to the test sample, which complicates the design, its manufacture, assembly and operation during testing of materials.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является нагружающее устройство для испытания материалов на ползучесть при растяжении совместно с кручением, содержащее станину, закрепленные на ней держатели для испытуемого образца, жестко связанный с одним из держателей диск, ось которого совпадает с осью держателей, два ролика, установленные на осях в отверстиях планки с возможностью вращения, две гибкие тяги, узел нагружения, выполненный в виде двух одинаковых грузов, жестко связанных с гибкими тягами и соединенных посредством гибких тяг, проходящих через ролики с диском, винтовой механизм, закрепленный с обеспечением совпадения оси его винта с осью держателя, сектор-копир, выполненный в виде полукольца со сквозными прорезями /2/. The closest technical solution to the present invention is a loading device for testing materials for creep under tension together with torsion, comprising a bed, holders for the test specimen mounted on it, a disk rigidly connected to one of the holders, the axis of which coincides with the axis of the holders, two rollers, mounted on the axles in the holes of the bar with rotation, two flexible rods, a loading unit made in the form of two identical weights, rigidly connected with flexible rods and connected by means of flexible rods passing through the rollers with the disk, a screw mechanism fixed to ensure that the axis of its screw coincides with the axis of the holder, a copier sector made in the form of a half ring with through slots / 2 /.

Недостатком устройства является сложность конструкции, ее изготовления, регулирования и сборки перед, после и в процессе испытаний на разных режимах состояния напряжения. Кроме того, конструктивное исполнение ограничивает функциональные возможности устройства. The disadvantage of this device is the complexity of the design, its manufacture, regulation and assembly before, after and during testing at different voltage state modes. In addition, the design limits the functionality of the device.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. The objective of the invention is to expand the functionality of the device.

Задача решается тем, что в нагружающем устройстве для испытания материалов на ползучесть при растяжении совместно с кручением, содержащем станину, закрепленные на ней держатели для испытуемого образца, жестко связанный с одним из держателей диск, ось которого совпадает с осью держателей, два ролика, установленные на осях в отверстиях планки с возможностью вращения, две гибкие тяги, узел нагружения, выполненный в виде двух одинаковых грузов, жестко связанных с гибкими тягами и соединенных посредством гибких тяг, проходящих через ролики с диском, винтовой механизм, закрепленный с обеспечением совпадения оси его винта с осью держателя, сектор-копир, выполненный в виде полукольца со сквозными прорезями, держатели снабжены верхним и нижним штоками, установленными с возможностью перемещения в направляющих, выполненных в корпусе станины, нижний шток имеет квадратное или прямоугольное поперечное сечение в средней части опорной направляющей поверхности, наружная поверхность нижнего конца нижнего штока выполнена резьбовой, а верхний торец снабжен четырьмя проушинами, образующими в двух взаимно перпендикулярных плоскостях П-образные профили, в каждой из проушин выполнено посадочное отверстие для установки в нем оси соответствующего ролика, длина наружной посадочной поверхности оси каждого ролика равна сумме толщин проушины, ролика и величины зазора между торцом оси и ролика для обеспечения возможности его свободного вращения при воздействии гибких тяг, ролики выполнены с многоступенчатыми канавками и выступами разного диаметра и профиля в форме конуса, цилиндра или тора и установлены на неподвижных осях с возможностью вращения и переустановки по отношению к посадочному отверстию, винтовой механизм выполнен в виде ступенчатой гайки, установленной на наружной резьбовой поверхности нижнего штока с возможностью вращения в любом направлении для регулировки нагружающего устройства и фиксации нижнего штока в секторе-копире и снабженной контактным элементом повышенной жесткости, твердости и износостойкости для взаимодействия с опорным торцом грани корпуса станины, верхний шток держателя верхнего конца испытуемого образца установлен с возможностью взаимодействия с первым датчиком-измерителем линейных перемещений и обеспечения жесткого закрепления испытуемого образца, а на держателе нижнего конца испытуемого образца установлен кулачок-эксцентрик с возможностью взаимодействия со вторым электроконтактным датчиком-измерителем линейных перемещений, преобразованных из угловых перемещений кулачка-эксцентрика в соответствующем масштабе и по закону, выбранному в зависимости от свойств и размеров материала образца. The problem is solved in that in a loading device for testing materials for creep under tension together with torsion containing a bed, holders for the test sample fixed on it, a disk rigidly connected to one of the holders, the axis of which coincides with the axis of the holders, two rollers mounted on axes in the holes of the bar with the possibility of rotation, two flexible rods, a loading unit made in the form of two identical weights, rigidly connected with flexible rods and connected by flexible rods passing through rollers with suit, a screw mechanism fixed to ensure that the axis of its screw coincides with the axis of the holder, the copier sector, made in the form of a half ring with through slots, the holders are equipped with upper and lower rods mounted for movement in guides made in the body of the bed, the lower rod has a square or rectangular cross section in the middle of the supporting guide surface, the outer surface of the lower end of the lower rod is threaded, and the upper end is provided with four eyes, forming they are in two mutually perpendicular planes U-shaped profiles, in each eye there is a landing hole for installing the axis of the corresponding roller in it, the length of the outer landing surface of the axis of each roller is equal to the sum of the thickness of the eye, roller and the gap between the end of the axis and the roller its free rotation when exposed to flexible rods, the rollers are made with multi-stage grooves and protrusions of different diameters and profiles in the form of a cone, cylinder or torus and are mounted on fixed axes with with the possibility of rotation and reinstallation with respect to the mounting hole, the screw mechanism is made in the form of a stepped nut mounted on the external threaded surface of the lower rod with the possibility of rotation in any direction to adjust the loading device and fix the lower rod in the copier sector and equipped with a contact element of increased rigidity, hardness and wear resistance for interaction with the support end face of the frame body bed, the upper rod of the holder of the upper end of the test sample is installed with the ability to interact with the first linear displacement transducer and ensure the test specimen is rigidly fixed, and an eccentric cam is mounted on the holder of the lower end of the test specimen with the ability to interact with the second electrocontact linear displacement transducer converted from the angular displacements of the cam-eccentric to an appropriate scale and according to the law chosen depending on the properties and dimensions of the sample material.

На фиг. 1 изображено нагружающее устройство для испытания материалов на ползучесть при растяжении совместно с кручением, общий вид; на фиг. 2 - схема испытания образца материала осевым усилием растяжения; на фиг. 3 - схема испытания образца осевым усилием растяжения и скручиванием его нижнего конца окружным усилием; на фиг.4 - вид сбоку на зону испытания образца, верхний конец которого закреплен в держателях верхнего штока; на фиг. 5 - вид спереди на зону испытания образца, нижний конец которого закреплен в держателях нижнего штока. In FIG. 1 shows a loading device for testing materials for creep under tension together with torsion, general view; in FIG. 2 is a diagram of a test of a sample of material by axial tensile force; in FIG. 3 is a diagram of testing a specimen with axial tensile force and twisting its lower end with a peripheral force; figure 4 is a side view of the test area of the sample, the upper end of which is fixed in the holders of the upper rod; in FIG. 5 is a front view of the test area of the sample, the lower end of which is fixed in the holders of the lower rod.

Устройство для испытания материалов на ползучесть при растяжении совместно с кручением содержит станину 1, верхний 2 и нижний 3 штоки, установленные с возможностью перемещения в направляющих 4, выполненных в корпусе 5 станины, на штоках 2 и 3 которой закреплены держатели 6 и 7 для испытуемого образца 8. Нижний шток 3 имеет квадратное или прямоугольное поперечное сечение в средней части опорной направляющей поверхности, а на наружной поверхности его нижнего конца, выполненной резьбовой, установлен с возможностью вращения в любом направлении для регулировки нагружающего устройства и фиксации нижнего штока и закреплен с обеспечением совпадения оси его винта с осью держателя винтовой механизм 9 в виде ступенчатой гайки. Устройство содержит также датчики-измерители 10 и 11 линейных перемещений и привод нагружения усилием растяжения 12. Верхний шток 2 держателя 6 верхнего конца испытуемого образца 8 установлен с возможностью взаимодействия с первым датчиком-измерителем 10 и обеспечения жесткого закрепления испытуемого образца. Узел нагружения крутящим моментом выполнен в виде двух одинаковых грузов или приводов 13, жестко связанных с гибкими тягами 14 и соединенных посредством гибких тяг, проходящих через диск 15, жестко связанный с держателем 7, ось которого совпадает с осью держателей, и ролики 16 и 17, установленные на неподвижных осях 18 и 19 в отверстиях планки на штоке 3 с возможностью вращения и переустановки по отношению к посадочным отверстиям 20 и 21. Ролики выполнены с многоступенчатыми канавками и выступами разного диаметра и профиля в форме конуса, цилиндра или тора. Верхний торец нижнего штока 3 снабжен четырьмя проушинами 22, 23, 24, 25, образующими в двух взаимно перпендикулярных плоскостях П-образные профили. В каждой из проушин выполнено посадочное отверстие для установки в нем оси соответствующего ролика. При этом длина наружной посадочной поверхности оси каждого ролика равна сумме толщин проушины, ролика и величины зазора между торцом оси и ролика для обеспечения возможности его свободного вращения при воздействии гибких тяг. Нижний шток фиксируется в секторе-копире 26, выполненном в виде полукольца со сквозными прорезями 27. На держателе нижнего конца испытуемого образца установлен кулачок-эксцентрик 28 с возможностью взаимодействия с датчиком-измерителем линейных перемещений 11, преобразованных из угловых перемещений кулачка-эксцентрика 28 в соответствующем масштабе и по закону, выбранному в зависимости от свойств и размеров материала образца. Датчики 11 и 10 закреплены на стойке 29 и качалке 30. A device for testing materials for creep under tension together with torsion comprises a frame 1, upper 2 and lower 3 rods mounted for movement in guides 4 made in the body 5 of the frame, on the rods 2 and 3 of which holders 6 and 7 for the test sample are fixed 8. The lower rod 3 has a square or rectangular cross section in the middle of the supporting guide surface, and is mounted on the outer surface of its lower end, made threaded, to rotate in any direction for adjusting the charging device and the lower locking rod and is mounted with its axis of providing coincidence with the axis of the helical screw mechanism holder 9 in the form of a stepped nut. The device also contains sensors 10 and 11 of linear displacements and a loading drive with a tensile force 12. The upper rod 2 of the holder 6 of the upper end of the test sample 8 is installed with the possibility of interaction with the first sensor-meter 10 and ensure rigid fixing of the test sample. The torque loading unit is made in the form of two identical weights or drives 13, rigidly connected to the flexible rods 14 and connected by flexible rods passing through the disk 15, rigidly connected to the holder 7, the axis of which coincides with the axis of the holders, and rollers 16 and 17, mounted on the fixed axes 18 and 19 in the holes of the strap on the rod 3 with the possibility of rotation and reinstallation with respect to the mounting holes 20 and 21. The rollers are made with multi-stage grooves and protrusions of different diameters and profiles in the form of a cone, cylinder or torus. The upper end of the lower rod 3 is equipped with four eyes 22, 23, 24, 25, forming in two mutually perpendicular planes U-shaped profiles. In each of the eyes there is a landing hole for installing the axis of the corresponding roller in it. The length of the outer landing surface of the axis of each roller is equal to the sum of the thickness of the eye, the roller and the gap between the end of the axis and the roller to allow its free rotation when exposed to flexible rods. The lower stem is fixed in the copier sector 26, made in the form of a half ring with through holes 27. An eccentric cam 28 is mounted on the holder of the lower end of the test sample with the possibility of interaction with the linear displacement sensor 11 converted from the angular movements of the eccentric cam 28 in the corresponding scale and according to the law chosen depending on the properties and dimensions of the sample material. The sensors 11 and 10 are mounted on a rack 29 and a rocker 30.

Устройство работает следующим образом
Испытуемый образец 8 в виде трубки с тонкими стенками помещают в захваты держателей 6 и 7 верхнего 2 и нижнего 3 штоков, установленных с возможностью перемещения в направляющих 4, выполненных в корпусе 5 станины 1. Верхний шток 2 отводят в верхнее положение на требуемую величину деформации рабочей части образца 8. Под действием привода 12 нагружения усилием растяжения (сжатия) верхний шток 2 возвращается до полного контакта с датчиком-измерителем 10. Стрелку датчика-измерителя 10, жестко закрепленного в отверстии качалки 30, устанавливают на 0 путем перемещения нижнего штока 3 при помощи винтового механизма 9 в виде ступенчатой гайки. После регулировки нижний шток 3 фиксируют в секторе-копире 26, выполненном в виде полукольца со сквозными прорезями 27. После регулировки усилия нагружения вдоль оси образца 8 его нагружают от привода 12 усилием растяжения (сжатия) и усилием кручения от приводов 13, жестко связанных с гибкими тягами 14 и соединенных посредством гибких тяг, проходящих через диск 15, жестко связанный с держателем 7. Регулировку датчика-измерителя 11, установленного на стойке 29, жестко закрепленной на корпусе 5, производят путем настройки его соответствующих узлов и механизмов.The device operates as follows
The test sample 8 in the form of a tube with thin walls is placed in the grips of the holders 6 and 7 of the upper 2 and lower 3 rods installed with the possibility of movement in the guides 4 made in the housing 5 of the frame 1. The upper rod 2 is brought to the upper position by the required amount of deformation of the working parts of the sample 8. Under the action of the loading drive 12 by tensile (compression) force, the upper rod 2 returns to full contact with the measuring sensor 10. The arrow of the measuring sensor 10, rigidly fixed in the rocking hole 30, is set to 0 by moving the lower rod 3 using a screw mechanism 9 in the form of a stepped nut. After adjustment, the lower stem 3 is fixed in the copier sector 26, made in the form of a half ring with through slots 27. After adjusting the loading force along the axis of the sample 8, it is loaded from the drive 12 by the tensile (compression) force and the torsion force from the drives 13, rigidly connected with flexible rods 14 and connected by means of flexible rods passing through the disk 15, rigidly connected to the holder 7. Adjustment of the sensor-meter 11 mounted on a rack 29, rigidly mounted on the housing 5, is carried out by adjusting its respective nodes and m nisms.

Под действием усилия приводов 13 тяги 14 перемещаются совместно с поворотом (вращением) диска 15 и роликов 16, 17, установленных на неподвижных осях 18, 19 в отверстиях планки на верхнем конце штока 3 с возможностью вращения и переустановки по отношению к посадочным отверстиям 20, 21. Проушины 22, 23, 24, 25 ограничивают перемещение роликов 16, 17 в осевом направлении. Для преобразования угловых перемещений диска 15 на нем установлен кулачок-эксцентрик 28, взаимодействующий с датчиком-измерителем линейных перемещений 11. По окончании процесса регулировки и установки стрелок датчиков 10, 11 на 0 начинают испытание образца на ползучесть или другие виды путем растяжения (сжатия) совместно с кручением за счет поворота на угол или вращения. Одновременно с воздействием деформации на образец 8 сигналы с датчиков 10, 11 передаются на дальнейшую обработку, например, с помощью ПЭВМ. Under the action of the forces of the drives 13, the rods 14 move together with the rotation (rotation) of the disk 15 and the rollers 16, 17 mounted on the fixed axes 18, 19 in the holes of the bar at the upper end of the rod 3 with the possibility of rotation and resetting with respect to the mounting holes 20, 21 The eyes 22, 23, 24, 25 limit the movement of the rollers 16, 17 in the axial direction. To convert the angular displacements of the disk 15, an eccentric cam 28 is mounted on it, which interacts with the linear displacement meter 11. Upon completion of the adjustment process and the arrows of the sensors 10, 11 are set to 0, the sample is tested for creep or other types by tension (compression) together with torsion due to rotation by an angle or rotation. Simultaneously with the action of deformation on the sample 8, the signals from the sensors 10, 11 are transmitted for further processing, for example, using a PC.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет функциональные возможности в широком диапазоне схем нагружения от сложного до простого за счет возможности более быстрой переналадки элементов и узлов конструкции при разных видах определения физико-механических свойств испытуемых материалов. Thus, in comparison with the prototype, the proposed device has functionality in a wide range of loading schemes from complex to simple due to the possibility of faster readjustment of structural elements and components with different types of determination of the physicomechanical properties of the tested materials.

Источники информации
1. А.c. N 530221, СССР, МПК G 01 N 3/02, БИ N 36, 1976 г.Sources of information
1. A.c. N 530221, USSR, IPC G 01 N 3/02, BI N 36, 1976

2. А.c. N 1796865, СССР, МПК G 01 N 3/02, БИ N 7, 1993 г. (прототип). 2. A.c. N 1796865, USSR, IPC G 01 N 3/02, BI N 7, 1993 (prototype).

Claims

A loading device for testing materials for creep under tension together with torsion, comprising a bed, holders for the test sample fixed on it, a disk rigidly connected to one of the holders, the axis of which coincides with the axis of the holders, two rollers mounted on the axes in the holes of the bar with the possibility rotation, two flexible rods, a loading unit made in the form of two identical weights, rigidly connected with flexible rods and connected by flexible rods passing through the rollers with a disk, a screw mechanism, secured to ensure that the axis of its screw coincides with the axis of the holder, a copier sector made in the form of a half ring with through slots, characterized in that the holders are equipped with upper and lower rods mounted for movement in guides made in the body of the bed, the lower rod has a square or a rectangular cross section in the middle of the supporting guide surface, the outer surface of the lower end of the lower rod is threaded, and the upper end is provided with four eyes, forming two mutually perpendicular planes U-shaped profiles, each eye has a hole for installing the axis of the corresponding roller in it, the length of the outer surface of the axis of each roller is equal to the sum of the thickness of the eye, roller and the gap between the end of the axis and the roller to allow it to freely rotation when exposed to flexible rods, rollers are made with multi-stage grooves
and protrusions of different diameters and profiles in the shape of a cone, cylinder or torus and are mounted on fixed axes with the possibility of rotation and reinstallation with respect to the mounting hole, the screw mechanism is made in the form of a stepped nut mounted on the outer threaded surface of the lower rod with the possibility of rotation in any direction for adjusting the loading device and fixing the lower rod in the copier sector and equipped with a contact element of increased rigidity, hardness and wear resistance for interaction with the support m the end face of the body of the bed, the upper rod of the holder of the upper end of the test sample is installed with the possibility of interaction with the first sensor-meter linear displacement and ensure rigid fastening of the test sample, and on the holder of the lower end of the test sample mounted cam-eccentric with the ability to interact with the second electrocontact sensor linear displacement transducer converted from the angular displacements of the cam-eccentric in the appropriate scale and according to the law chosen in accordance with depending on the properties and dimensions of the sample material.