Плоский зразок для випробування композиційних матеріалів на міцність при розтягуванні в умовах високих температур

Пропонована корисна модель відноситься до засобів випробування композиційних матеріалів на міцність при розтягуванні в умовах високих температур, а більш конкретно, до конструкції плоского зразка для згаданих випробувань. Одержання достовірних даних про механічні якості вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів в умовах максимально наближених до експлуатаційних є одним з визначальних факторів їх ефективного використання. Зокрема, ці матеріали є перспективними для виготовлення екстремально навантажених деталей і елементів конструкцій, що працюють при температурах 3000...3300К. Враховуючи такій рівень температур, виконання досліджень таких матеріалів на міцність є складною методичною задачею. При цьому основні складності обумовлені як специфікою навантаження, так і потребою задоволення досить жорстких вимог щодо точності вимірів, регулювання температури, деформації і навантаження, а також однорідності теплового і напружено-деформованого стану у робочій ділянці зразка. Найбільш близьким до пропонованої корисної моделі є плоский зразок для випробування композиційних матеріалів на міцність при розтягуванні в умовах високих температур, що має розташовані співвісно дві однакові захватні ділянки, кожна з яких має у плані форму багатокутника, і робочу ділянку, розташовану між захватними (Авторское свидетельство СССР № 1539590, МПК 5 G01N 3/60. Опубл. 30.01.90. Бюл. №4 ). Недолік описаного зразка полягає у недостатній точності дослідження, що обумовлено зниженням надійності кріплення зразка під час розтягування зразка при високих температурах через ковзання зовнішніх шарів матеріалу захватних ділянок зразка у зоні їх контактування з захватами випробувальної машини. У основу пропонованої корисної моделі поставлено задачу створення такого зразка, при випробуванні якого можна було б підвищити точність експерименту за рахунок створення умов для збільшення надійності кріплення зразка під час його розтягування при високих, до 3300К, температурах. Поставлена задача вирішується у пропонованому зразку, який, як і відомий плоский зразок для випробування композиційних матеріалів на міцність при розтягуванні в умовах високих температур, має розташовані співвісно дві однакові захватні ділянки, кожна з яких має у плані форму багатокутника, і робочу ділянку, розташовану між захватними, а, відповідно до пропозиції, кожна захватна ділянка зразка виконана у формі симетричного відносно осі зразка ввігнутого багатокутника, який має, щонайменше, два симетрично розташованих відносно осі зразка кути, вершини яких направлені до осі зразка, а сторони, що межують з робочою ділянкою зразка, перпендикулярні осі зразка. Пропонована конструкція дозволяє підвищити точність дослідження за рахунок створення умов для зведення до мінімуму впливу на неї ковзання зовнішніх шарів матеріалу захватних ділянок зразка у зоні їх контактування з захватами випробувальної машини під час розтягування зразка при високих температурах. Це стало можливим завдяки використанню у конструкції захватної ділянки ввігутого симетричного багатокутника, оскільки при цьому захвати випробувальної машини входять у розташовані симетрично відносно осі зразка кути, вершини яких направлені до осі зразка. Пропонована конструкція зразка показана на схематичному кресленні. Плоский зразок для випробування композиційних матеріалів на міцність при розтягуванні в умовах високих температур, має розташовані співвісно дві однакові захватні ділянки 1 і 2, кожна з яких має у плані форму багатокутника, і робочу ділянку 3, розташовану між захватними 1 і 2. Кожна захватна ділянка зразка 1 або 2 виконана у формі симетричного відносно осі зразка ввігнутого багатокутника, який має, щонайменше, два симетрично розташованих відносно осі зразка кути 4 і 5, вершини яких направлені до осі зразка, а ділянки 6 і 7, що межують з робочою ділянкою 3 зразка, перпендикулярні осі зразка. Для проведення досліджень в Інституті проблем міцності ім. Г.С. Писаренка НАН України була виготовлена спеціальна установка на базі дослідної машини 1958У10-1, забезпечена комплексом пристосувань і пристроїв для управління експериментом, у тому числі у автоматичному режимі, для виконання дослідів при різноманітних видах програмного навантаження, забезпечена системою програмного нагріву зразків. Установка дозволяє проводити досліди в умовах, близьких до експлуатаційних режимів роботи матеріалу. Установка забезпечена і вимірювально-інформаційною системою. Установка має засоби для реалізації програм зміни термомеханічного навантаження і вимірення її параметрів. В установці використаний спосіб нагрівання зразка шляхом пропускання через нього електричного струму з додатковим нагріванням країв зразка, що дозволяє створити рівномірне температурне поле по довжині робочої ділянки 3 зразка. Особливостями установки є, зокрема, і те, що вона забезпечена засобами для багатоканального вимірювання деформацій за допомогою винесених із зони нагрівання елементів зразка (ділянки 6 і 7) і екстензометрів. Пропонований зразок працює так. Виготовили плоский зразок із вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу для випробувань на міцність при розтягуванні. Захватні ділянки 1 і 2 закріпили у захватах установки (не показана) так, щоб захвати випробувальної машини ввійшли у розташовані симетрично відносно осі зразка кути 4 і 5. Навколо робочої ділянки 3 зразка закріпили пристрої для її нагрівання, а також реєстрації температури і деформування робочої ділянки 3 (не показані). На сторонах 6 і 7, що межують з робочою ділянкою 3 зразка, закріпили кінці екстензометричних тяг (не показані) для вимірювання деформації робочої ділянки 3 зразка. перпендикулярні осі зразка. Через захвати установки прикладали до захватних ділянок 1 і 2 навантаження для розтягування робочої ділянки 3 зразка. Нагрівали робочу ділянку 3 зразка до температури 3000...3300К, реєстрували температуру і рівні навантаження й деформування робочої ділянки 3 під час її навантаження. Зразок досліджували до руйнування робочої ділянки 3. Завядки використанню у конструкції захватної ділянки 1 і 2 ввігутого симетричного багатокутника вдалося звести до мінімуму вплив на точність експерименту ковзання зовнішніх шарів матеріалу захватних ділянок 1 і 2 зразка у зоні їх контактування з захватами випробувальної машини під час розтягування зразка при високих температурах.