Спосіб випробування матеріалів на двоосьовий стиск

Винахід відноситься до галузі механічних випробувань матеріалів, а саме до способів випробування матеріалів на двоосний стиск. Наявні дані експериментальних досліджень при випробуванні матеріалів на всесторонній стиск показують, що неможливо надійно проконтролювати напружений і деформований стан зразка в процесі випробувань, через нерівномірність прикладання стискаючих зусиль до граней зразка. Найбільші ускладнення виникають при випробуванні кругли х пластин з концентраторами напружень типу тріщин, тр уб, багатошарових кілець тощо. Найбільш близький за технічною сутністю до рішення, що заявляється, є спосіб випробування матеріалів на двоосний стиск, згідно якого до бокових поверхонь зразка прикладають стискаюче навантаження і про деформований стан зразка судять за зміною розмірів та форми його поперечного перерізу (Ме ханические свойства конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии. Справочник. - К.: На ук. Думка, 1983, с.29. А. А. Лебедев, Б. Н. Ковальчук, Ф. Ф. Гичиняк, В. П .Ламашевский). Основними недоліками цього методу є низька достовірність обумовлена ексцентричністю прикладання навантаження до граней зразка, в наслідок чого виникає істотно неоднорідне поле напружень в переважній частині зразка, і використання складних в те хнічному відношенні систем навантаження (типу механічних реверсорів, де мають місце втрати на тертя які важко врахувати в рухомих з'єднаннях). В найбільшій степені ці ефекти проявляються у випадку навантаження зразків з криволінійними границями, наприклад, круглих пластин. Винаходом ставиться завдання підвищення достовірності випробувань за рахунок досягнення високої рівномірності прикладання навантаження , що дозволяє реалізувати в випробовуваному зразку однорідне поле стискаючих напружень. Поставлене винаходом завдання досягається тим, що у способі випробувань матеріалів на двоосний стиск що включає прикладання стискаючого навантаження до бокових поверхонь зразка і про деформований стан зразка судять за зміною розмірів і форми його поперечного перерізу, згідно винаходу перед навантаженням зразок покритий шаром антифрикційної речовини, наприклад, електролітичної міді, розташовують в середній частині циліндричної обойми, розміри і форма внутрішнього контуру поперечного перерізу якої співпадають з розмірами і формою зовнішнього контуру поперечного перерізу зразка, при цьому твердість обойми перевищує твердість зразка, а розміри обойми і зразка вибрані із співвідношення D2 - D2 3 D3 × D > E зраз Е обойм ; l обойм > 6h зраз , D3 - зовнішній діаметр обойми; де D - вн утрішній діаметр обойми і, відповідно, зовнішній діаметр зразка; Eзраз - модуль пружності зразка; Еобойм - модуль пружності обойми; lобойм - довжина обойми; h зраз - висота зразка, після чого здійснюють навантаження зразка шляхом осьового розтягування обойми. Відомо, що при розтягу циліндричного трубчатого зразка (циліндричної обойми) розрахунок повздовжніх і поперечних деформацій виконують за формулами: D l e Y = DD eY = q z D сер l0 ; де l0 , Dl - відповідно база вимірювань і її приріст в повздовжньому напрямку обойми; D D - приріст діаметра; Dсер - середній діаметр. Із закону Гука відомо, що в цьому випадку повздовжні і поперечні деформації пов'язані співвідношеннями: e Y = -neY ; e Y = -neY , q z r z де v - коефіцієнт Пуассона, звідси Y DD = e YDсер = -nez × Dсер , q тобто при розтягуванні обойми відбувається зменшення її діаметра. Тому очевидно, якщо в центрі циліндричної обойми розташувати зразок, розміри і форма зовнішнього контуру поперечного перерізу якого співпадають з розмірами і формою внутрішнього контуру поперечного перерізу обойми, то при розтягу обойми зразок буде перешкоджати зменшенню діаметра обойми, внаслідок чого на зразок будуть діяти реакції внутрішньої стінки обойми, що створюють двоосний стиск. Природно, при завданні пластичних деформацій у матеріалі зразка, матеріал обойми в процесі випробувань може незначно пластично деформуватися, в цьому випадку замість коефіцієнта Пуассона слід оперувати коефіцієнтом поперечної деформації m , значення якого прямує до 0,5. Тиск (р) на поверхні контакту обойми і зразка при малих пластичних деформаціях визначається за А.Надан: 2s0 p@ 3 sin p 6 , де s0 - напруження в циліндричній обойми, що визначаються за діаграмою деформування матеріалу обойми для заданої величини деформації. Метод може бути реалізований при певному співвідношенні габаритних розмірів зразка (його висоти і діаметру) і циліндричної обойми (її довжини, товщини стінки і діаметру) та механічних властивостей матеріалу обойми і зразка. По-перше, твердість матеріалу обойми повинна переважати твердість матеріалу зразка. По-друге, поперечна жорсткість обойми повинна бути вище поперечної жорсткості зразка. В цьому випадку повинно виконуватись співвідношення: (D 2 3 ) - D2 × Eобойм > E зраз × D D3 , де D3 - зовнішній діаметр обойми; D - вн утрішній діаметр обойми і, відповідно, зовнішній діаметр зразка; Eзраз - модуль пружності зразка; Eобойм - модуль пружності обойми. Звідси: E D2 - D2 3 > зраз D3 × D Еобойм , ( По-третє, співвідношення довжини обойми (lобойм ) і висоти зразка h зраз умови виконання принципу Сен-Венана lобойм > 6h зраз . ) повинно обиратися з Сили тертя між внутрішньою поверхнею обойми і зовнішньою поверхнею зразка можуть викликати нерівномірність прикладання стискаючих зусиль (результатом якої, наприклад, може бути відоме в практиці механічних випробувань бочкоутворення при стиску). Щоб виключити це небажане явище, яке може призвести до нерівномірності прикладання навантаження до зразка, і тим самим підвищити достовірність випробувань, зразок перед випробуванням покривають шаром антифрикційної речовини, наприклад, електролітичної міді. Методика випробувань реалізована на базі модернізованої випробувальної машини ZD-100 Pu (фіг.1). Навантажувальний пристрій 1 приводить у дію рухому траверсу 2, на якій знаходиться захват 4, нерухома траверса 3 із захватом 5 залишається на місці, між захватами 4 і 5 знаходиться циліндрична обойма 6, що деформується. В циліндричну трубчату обойму 6 з нержавіючої сталі 08Х18Н10Т, довжиною робочої частини 80мм і внутрішнім діаметром 25мм, і товщиною стінки 5мм перед навантаженням розташовували зразок з технічної міді у вигляді шайби 7 з зовнішнім діаметром 25мм і висотою 5мм і встановлювали його в центрі обойми (Фіг.2). Для запобігання провалювання зразка, з нижньої сторони в обойму вставлялася пружина 8, що зрівноважувала вагу мідного зразка. На торцеву поверхню мідного зразка (А, див. Фіг.2) за розміром кола діаметром 16мм попередньо наклеювались через 60° тензодатчики типу КФП-0,5-100 і за розміром того ж ділильного кола встановлювався високоточний екстензометр з базою вимірювання 16мм. Після цього стальну трубчату обойму з розміщеним в ній мідним зразком встановлювали в захвати випробувальної машини і розтягували. Запис деформацій з тензодатчиків і з екстензометра проводили на комп'ютеризовану вимірювальну систему (КВС). , Навантаження виконували до контрольованої екстензометром деформації e = 1 5 % . При цьому різниця показів всіх тензодатчиків не перевищувала 2...4 ЕОД, тобто була співставна з точністю вимірювальної системи. Тим самим, експериментальне була перевірена висока степінь рівномірності прикладання навантаження до бокової поверхні зразка згідно запропонованого способу. Таким чином, застосування способу дозволяє підвищити достовірність випробувань за рахунок досягнення високої рівномірності прикладання навантаження.