Спосіб випробування плоских зразків армованого матеріалу на двовісне навантаження із зсувом

Спосіб випробування плоских зразків армованого матеріалу на двовісне навантаження із зсувом, при якому до зразка у вигляді квадратної пластини з захватними частинами в його площині під косим кутом прикладають дві пари попарно рівних і протилежно направлених сил і вимірюють деформації, який відрізняється тим, що до пер Винахід може бути віднесений до галузі випробовування зразків армованих композитних матеріалів та тканин, тобто до тих способів, які дозволяють отримати механічні характеристики цих матеріалів в експериментах на двовісне навантаження із зсувом Відомий спосіб випробування плоских зразків армованого матеріалу на двовісне навантаження із зсувом [1], який полягає в том, що до зразка в вигляді квадратної пластини з захватними частинами прикладають в його площині паралельно сторонам зразка дві пари рівних і протилежно направлених сили, що визначаються за формулою N = xah, де х - задані дотичні напруження, a, h - довжина і товщиною зразка, і вимірюють деформації, що виникають в зразці (див фіг1) При цьому в зразку виникає напружений стан чистого зсуву, який характеризується компонентами дотичних напружень х Недоліком способу є те, що при навантаженні, яке здійснюється таким чином, виникає тільки один вид плоского напруженого стану - чистий зсув і ІНШІ види напруженого стану здійснити неможливо Відомий також спосіб випробування плоских ших двох протилежних сторін зразка прикладають / 2 , 2чО,5 ' сили величиною ahA і під кутом, рівним ҐТ / Т arctg( і ) до перпендикуляра в сторону дії дотичних напружень, а до двох других сторін зразка прикладають сили величиною ah(^ 2 + ҐТ кутом, рівним arctgf т ) під І Т 2' ь ) до перпендикуляра в сторону дії дотичних напружень, де о \ , ( 7 2 , Г задані нормальні і дотичні напруження, h - товщина, а - довжина зразка. зразків армованого матеріалу на двовісне навантаження h зсувом [2], що був взятий нами за прототип, який полягає в тому, що до зразка в вигляді ромбовидної пластини з захватними частинами із стороною а, товщиною її та гострим кутом при вершині у, прикладають в його площині дві пари попарно рівних і протилежно направлених сил Ni та N2 в напрямах паралельних сторонам, що прилягають до сторони, на яку спрямоване зусилля Величини сил пі та N2 визначаються за, формулами N1 = ah(aisiny - a2Ctg,cosy), N2 = ahx/cosy, (1) де си, сг2, х - задані нормальні і дотичне напруження, ВІДПОВІДНО Під час навантаження зразка вимірюють деформації, що виникають в ньому (див фіг 2) Зміна виду напруженого стану, тобто співвідношень між напруженнями, досягається при ЗМІНІ величин N-i, N2 та кута зразка у Недоліком способу є те, що не всі види напруженого стану можна створити в зразці з кутом зразка у Якщо рівняння (1) розв'язати відносно напружень си, аг та х, то ми отримаємо наступні три рівняння для напружень в залежності від величин Ni N2 та кут зразка у (7і = (N1 + N2cos2y)/ahsiny, аг = N2 siny/ah, (2) х = iNbcosy/ah При сталій величині кута зразка у відношення 47702 між напруженнями аг та х буде сталим і буде дорівнювати tgy Щоб змінити співвідношення між аг та х треба виготовляти зразок з іншим кутом у Другим недоліком прототипу є те, що при випробуванні ромбовидних зразків виникає ефект «переізаних волокон» Цей ефект виникає тоді, коли сторони зразка не паралельні напрямам армування і армуючі волокна мають різну довжину В більшості армованих матеріалів та тканин армуючі волокна розташовані під прямим кутом, тому при ромбовидній формі зразка з розташуванням армуючих волокон під прямим кутом виникає ефект перерізаних волокон, який вносить похибки в результаті експериментів При розробці винаходу була поставлена задача створення способу випробування плоских зразків армованого матеріалу на двовісне навантаження із зсувом, за яким в площині одного і того ж зразка ми створюємо наперед заданий вид напруженого стану зразка, який характеризується довільним співвідношенням між нормальними І дотичними напруженнями без утворення ефекту «перерізаних волокон» Вказану задачу ми розв'язуємо завдяки тому, що до перших двох протилежних сторін квадратного зразка зі стороною а та товщиною п, ми прикладаємо в площині зразка зусилля Ni = ah((Ji 2 -x 2 ) 0 5 , (3) під кутом рівним он = arctg(ai/x) (4) до перпендикуляру в сторону дії дотичних напружень, а до двох інших сторін зразка - зусилля N2 = ah(a 2 2 -x 2 ) 0 5 , (5) під кутом рівним аг = arctg(a2/x) (6) до перпендикуляру в сторону дії дотичних напружень, де си, сг2, х - задані нормальні напруження для першого та другого напрямів зразка і дотичне напруження, ВІДПОВІДНО (фіг 3) Завдяки тому, що сили, які ми прикладаємо до двох перших протилежних сторін, зразка, направлені під кутом рівним он = arctg(ai/x) до перпендикуляру в сторону дії дотичних напружень і дорівнюють величині Ni = ah(cri - х ) , а до двох інших сторін зразка ми прикладаємо сили, що дорівнюють величині N2 = ah(a2 - х ) , які направлені під кутом рівним аг = arctg(a2/x) до перпендикуляру в сторону дії дотичних напружень, в зразці виникає заданий напружений стан, який характеризується компонентами нормальних і дотичних напружень (7-і, (72, х Якщо рівняння (3 - 6) розв'язати відносно напружень си, (72, та х, то ми отримаємо три рівня для напружень в залежності від величин N-i, N2 КуТІВ (7-і, аг (7і = Nicoson/ah, аг = N2Sina2/ah, x = (7) = Nisinai/ah = N2 sino^/ah З рівнянь(7) можна бачити, що змінюючи кути он, аг та зусилля N-i, N2 ми можемо довільним чином змінювати напруження си, аг, х, що діють в зразку Співставлення рішення, що заявляється, із прототипом показує, що в рішенні, що заявляється, сили, що ми прикладаємо до зразка, обчис2 205 люють за формулами Ni = ah(ai - х ) , та N2 = ап(аг2 - х 2 ) 0 5 і направляють ці сили не паралельно стороні зразка, а під кутами он, аг до перпендикуляру до сторони на яку вони діють, в сторону дії дотичних напружень Кута обчислюють за формулами он = arctg(ai/x) і аг = arctg(a2/x) ВІДПОВІДНО Таким чином, спосіб, що заявляється, відповідає критерію "новизна" На відміну від ВІДОМОГО способу, в запропонованому не потрібно змінювати форму зразка, щоб отримати потрібний вид напруженого стану зразка, тобто співвідношення між напруженнями си, аг, х і не виникає ефекту «перерізаних волокон», оскільки зразок мас форму квадрата і всі волокна в зразці мають однакову довжину Таким чином, ознаки, що відрізняють об'єкт, що заявляється, виявляють нову властивість і забезпечують рішенню, що заявляється, ВІДПОВІДНІСТЬ критерію "ІСТОТНІ ВІДМІННОСТІ" Позитивний ефект при відтворенні запропонованого способу здійснюється за рахунок того, що при навантаженні зразка згідно запропонованому способу на одному і тому ж зразку можна відтворити будь-який напружений стан, тобто довільне співвідношення між напруженнями си, аг, х Крім того при відтворенні запропонованого способу не виникає ефекту "перерізаних волокон" і для зміни виду напруженого стану не потрібно змінювати форму зразка Здійснення способу, що заявляється, пояснюється за допомогою наступних графічних матеріалів На фіг 1, 2, 3 представлені схеми прикладання сил до зразків з захватними частинами в випадку аналога, прототипу та запропонованого способу ВІДПОВІДНО, а на фіг 4 - залежність деформацій єц, S 2 та є1 від параметру напруженого стану а, що 2 -2 була отримана в експерименті Спосіб здійснюється наступним чином Зразок в вигляді квадратної пластини з захватними частинами навантажуємо двома рівними та протилежно направленими силами, що дорівнюють вели2 205 чині Ni = ah(cri - х ) і прикладені до двох протилежних сторін зразка під ои = arctg(ai/x)flo перпендикуляру в сторону дії дотичних напружень, а дві другі сторони зразка навантажуємо двома рівними та протилежно направленими силами, що дорівнюють величені N2 = ап(аг2 - х 2 ) 0 5 і прикладені до двох інших протилежних сторін зразка під кутом аг = arctg(a2/x) до перпендикуляру в сторону дії дотичних напружень, де си, аг, х - задані нормальні напруження, що діють в першому та другому напрямах та дотичне напруження, ВІДПОВІДНО І а, h довжина сторони та товщини зразка Під дією прикладених навантажень в зразці виникають деформації, які вимірюють в процесі експерименту Був випробуваний зрачок ортогонально армованого текстоліту з розмірами а = 50мм, h - 0,8мм Було задане таке співвідношення між напруженнями си, = a, U2= 2a, х = 0,3а, де а - параметр пропорційного навантаження Підставляючи задані співвідношення між напруженнями в рівняння (3) (6), ми отримаємо зусилля N1 = 0,418a, N2 = 0,808a в залежності від параметру пропорційного навантаження зразка а та кути си = 16°40' і аг = 8°30' під якими ці зусилля прикладали до сторін 47702 зразка Повздовжні та зсувні деформації, які виникають в зразці, обчислювались по формулам єц = Дії/а - І, s22 = АІ2/а - І, єі 2 = (Ah/a + ДІ2/а)/2, де Ah, ДІ2 - приріст довжини зразка в першому та другому напрямах На фіг 4 подана залежність між деформаціями єц, S22T3 є1 від параметраа -2 Література 1 Авторське свідоцтво СРСР № 268731, кл G01N3/08, 1968 г 2 Писаренко Г С , Лебедев А А Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии - К Наук, думка 1976 -416 с ФІГ. 1 47702 *>. Фіг. З ішь деформацій е11, £22 та ti2 від и ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71