Установка для випробування матеріалів на динамічний розтяг

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания материалов на динамическое растяжение. Известна установка для испытания материалов на динамическое растяжение, содержащая статическую разрывную машину для создания предварительной статической растягивающей нагрузки на образец и дополнительное устройство для импульсного нагружения, действие которого основано на внезапном разрушении нагружаемого параллельно с образцом вспомогательного разрушаемого при заданной статической нагрузке элемента (авт.ев СССР № 728041, кл. G 01 N 3/30, опубл 15 04.80) Недостатком данной установки является несоосное расположение вспомогательного элемента относительно линии действия нагрузки, в результате чего на образец действует изгибающий момент. Кроме того, для разрушения вспомогательного элемента требуется его дополнительное механическое нагружение или охлаждение, что усложняет испытания. Отсутствие концентратора напряжений на вспомогательном элементе снижает точность задания разрушающей нагрузки и допускает возможность появления значительных пластических деформаций образца и элемента до разрушения последнего. К недостаткам относится невозможность осуществления ударного нагружения образца. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является установка для испытания материалов на динамическое растяжение, содержащая статическую разрывную машину с основанием и подвижной траверсой, с которыми связаны соответственно пассивный и активный захваты для закрепления головок испытуемого образца, и вспомогательный разрушаемый при заданной статической нагрузке элемент, установленный соосно испытуемому образцу и кинематически связанный с основанием и с траверсой (авт.св. СССР №890134, кл. G 01 N 3/30. опубл. 15.12.81). Нагружение разрушаемого при заданной статической нагрузке элемента осуществляется посредством реверсора. За исключением несоосного с образцом расположения вспомогательного элемента, в данной установке сохраняются все недостатки установки-аналога. Кроме того, наличие реверсора приводит к тому, что образец ν. вспомогательный элемент деформируются в условиях разной жесткости систем на-гружения. В результате деформации образца и вспомогательного элемента могут существенно отличаться, поэтому нарушается условие параллельности нагружения -равенства деформаций (удлинений). При этом сохраняется основной недостаток установки - невозможность осуществления ударного нагружения образца, реализуется только импульсное нагружение, что ограничивает возможности проведения динамических испытаний. В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания такой установки для испытания материалов на динамическое растяжение, которая позволила бы осуществи ть не только импульсное, но и ударное нагружение образца. Эта задача решается за счет создания условий для предварительного нагружения статической нагрузкой вспомогательного разрушаемого при заданной нагрузке элемента и последующего приложения к образцу строго заданной динамической нагрузки. Предлагаемая, как и известная установка для испытаний материалов на динамическое растяжение содержит статическую разрывную машину с основанием и с подвижной траверсой, с которыми связаны соответственно пассивный и активный захваты для закрепления головок испытуемого образца.и вспомогательный разрушаемый при заданной статической нагрузке элемент, установленный соосно испытуемому образцу и кинематически связанный с основанием и с траверсой, а, согласно изобретению, вспомогательный разрушаемый при заданной статической нагрузке элемент выполнен в виде втулки с концентратором напряжений, а внутренняя полость втулки предназначена для размещения в ней испытуемого образца, концы втулки жестко присоединены к захватам, а пассивный захват снабжен приспособлением в виде кольца для установки головки образца с торцевым зазором между втулкой и кольцом. В предлагаемой установке вспомогательный разрушаемый при заданной статической нагрузке элемент выполнен из хрупкого в заданных температурных условиях материала (например, чугуна при комнатной температуре, углеродистой стали при криогенных температурах). Хр упкое разрушение без остаточных деформаций обеспечивается также созданием жесткого напряженно-деформированного состояния путем нанесения концентратора напряжений, например, в виде острого кольцевого надреза. Кроме того, надрез позволяет максимально точно получить расчетнуюнагрузку разрушения вспомогательного элемента. Последний изготавливают в виде втулки, что позволяет разместить в нем и соосно с ним испытуемый образец, обеспечив компактность и практически равные упругие деформации элемента и образца в случае испытаний при импульсном нагружении последнего. При проведении специальной термообработки втулки, например, закалка для углеродистых сталей, форма концентратора напряжений может широко варьироваться. Жесткость системы нагружения играет очень важную роль при создании динамической нагрузки, так как после разрушения вспомогательного элемента работа деформирования образца осуществляется за счет упругой энергии, накопленной в системе нагоужения. Величина этой энергии W -=Р0 /2С, где Роразрушающая статическая нагрузка, С - жесткость системы нагружения. Поэтому запасаемую энергию удобно регулировать не только величиной Р0, как это делается в установках-аналогах и прототипе, но и величиной С. Это можно реализовать с помощью дополнительного упругого элемента, включенного в цепь силонагружения. Упругий элемент может быть выполнен в виде пакета тарельчатых пружин, число которых задает величину С. Приспособление в виде кольца, в котором жестко закреплена нижняя головка образца, устанавливаемая с осевым зазором S между кольцом и нижним торцом вспомогательного разрушаемого элемента, служит для регулировки зазора S и передачи динамической нагрузки на испытуемый образец только после разрушения при заданной статической нагрузке разрушаемого элемента. Величина зазора S устанавливается из следующих соображений. При необходимости осуществить ударное нагружение образца заданными параметрами могут быть скорость соударения Vo и энергия удара, равная кинетической энергии движущи хся частей с массой т, сосредоточенной главным образом в тяге активного захвата. Из уравнения энергетического баланса таким образом, величина Vo задается параметрами Ро, т, с. Величина зазора должна составлять S = Р0/С. При заданных величинах Р0 и m скорость и энергия соударения могут меняться в широких пределах изменением жесткости С. В случае проведения испытаний с импульсным нагружением предварительно нагруженного образца устанавливается зазор S - О, Р0 > GtF, где