Устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов

Устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ, содержащее криостат, размещенные в нем пассивный и активный захваты для крепления образца и вьгееденную из криостата тягу для приложения нагрузки к образцу, отличающееся тем, что, с целью повьщгения точности испытаний путем обеспечения высокоточного определения усилия, приложенного к образцу, оно снабжено установленным в криостате соосно с тягой сверхпроводящим коаксиальным резонатором с центральными отверстиями в его торцовых стенках , а центральный проводник резонатора проходит через эти отверстия и соединен своим верхним концом с тягой , а нижним - с активным захватом. (Л со 00 ел о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

»51>g С 01 N 3/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ м

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3762499/25-28 (22) 26.06.84 (46) 23.11.85. Бюл. № 43 (71) Физико-технический институт низких температур АН УССР (72) Т.Л.Коваленко, Ф.Ф.Менде, А.В.Скугаревский и А.И.Спицын (53) 620.172.251.12(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 410286, кл. G Ol N 3/18, 1974. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ, содержащее криостат, размещенные в нем пассивный и актив„,Я0„„1193509 A ный захваты для крепления образца и выведенную из криостата тягу для при" ложения нагрузки к образцу, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности испытаний путем обеспечения высокоточного определения усилия, приложенного к образцу, оно снабжено установленным в криостате соосно с тягой сверхпроводящим коаксиальным резонатором с центральными отверстиями в его торцовых стенках, а центральный проводник резонатора проходит через эти отверстия и соединен своим верхним концом с тягой, а нижним — с активным захватом. е

1 11935

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройст- вам для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов, и может быть использ вано для высоко- 5 точного определения таких механических свойств, как предел прочности, предел текучести, предел упругости и др.

Цель изобретения — повышение точ- 10 ности испытаний путем обеспечения высокоточного определения усилия, приложенного к образцу, На чертеже изображено устройство для низкотемпературных механических 15 испытаний образцов материалов, 1

Устройство содержит криостат 1, размещенные в нем опорную трубу 2, соосную опорной трубе 2 тягу 3, верх20 ний конец которой выведен из криостала 1 для присоединения к нагружающе» му механизму (не показан), пассивный 4 и активный 5 захваты для крепления образца 6, В опорной трубе 2

25 соосно тяге 3 установлен сверхпроводящий коаксиальный резонатор 7 с коаксиальными линиями 8 и 9 связи, предназначенными для введения в резонатор 7 высокочастотных колебаний и связанными с системами возбуждения и регистрации резонансных колебаний (не показаны). Система регистрации должна содержать высокостабильный перестраиваемый СВЧ генератор,осциллограф и индикатор амплитуды СВЧ 35 сигнала. Центральный проводник 10 резонатора 7 проходит через центральные отверстия, выполненные в торцовых стенках резонатора 7, и соединен своим верхним концом с тягой 40

3, а нижним — с активным захватом 5.

Пассивный захват 4 соединен с опорной трубой 2. Для расширения диапазона измеряемых усилий центральный проводник 10 резонатора 7 выполнен 45 из материала с высоким пределом упругости, например из стали, а на поверхность проводника 10 электролитически нанесен тонкий слой свинца или ниобия. Резонатор 7 выполнен из 50 меди (латуни) с электролитически нанесенным слоем свинца, либо из ниобия. Для сохранения высоких эталонных качеств резонатора 7 и предотвращения изменения его добротности 55 со временем, устройство может быть снабжено вакуумным стаканом ll, закрепленным на опорной трубе 2 и ох09 2 ватывающим нижнюю часть опорной трубы 2 с резонатором 7, Добротность резонатора 7 составляет 10 — 10 при температуре 4,2 К и растет с понижением температуры до 10

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый образец 6 устанавливают в захватах 4 и 5. Пассивный захват 4 жестко соединяют с опорной трубой 2, а активный захват 5 — с нижним концом центрального проводника 10 резонатора 7. Последний уста-. навливают в опорной трубе 2, проводя центральный проводник 10 через отверстия в его торцовых стенках, Верхний конец центрального проводника 10 соединяют с тягой 3. На нижнюю часть опорной трубы 2 с размещенными в ней резонатором 7 и захватами

4 и 5 с исследуемым образцом 6 надевают вакуумный стакан 11. Собранные таким образом элементы помещают в криостат 1, при этом верхний конец тяги 3 и коаксиальные линии 8 и 9 связи выводят из криостата для соединения с нагружающим механизмом и системой возбуждения и регистрации резонансных колебаний соответственно. После предварительной откачки до 10 мм рт.ст. (10 Па) крио стата 1 в него заливают жидкий азот и жидкий гелий. При температуре жидкого гелия резонатор 7 находится в сверхпроводящем состоянии. С помощью системы возбуждения в резонаторе 7 возбуждают электромагнитные колебания типа Нд11 с длиной волны 3 =3 см.

Реэонанская частота Г коаксиального резонатора при возбуждении колебаний этого типа связана с его геометрическими размерами соотношением: где с — скорость распространения электромагнитных волн в вакууме С = 2,997925, 10 м/с)1

7 = 3,1416; сх — диаметр центрального проводника 10, м;

h — - высота рабочей полости резонатора 7, м;

Ы вЂ” корень трансцендентного уравнения, описывающего распределение электромагнитных колебаний в полости резонатора 7, зависящий от соотноше1193509 го р* — (— ((— - — )) (6) Составитель Г.Алехов

Редактор П. Коссей Техред M.Пароцай Корректор E. Рошко

Заказ 7307/44 Тираж 896 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

«Ъ»

Филиал ПЛП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ния внутреннего диаметра резонатора

7 и диаметра < центрального проводника 10

Из формулы (1) следует связь между диаметром а центрального проводника 10 и резонансной частотой

О = () — (— — )) (2) При включении нагружающего механизма усилие передается последовательно тяге 3, центральному проводнику !О резонатора 7 и, наконец, исследуемому образцу 6. Это усилие вызывает упругую деформацию центрального проводника 10, проявляющуюся, в частности, в уменьшении его диаметра а. Вследствие уменьшения диаметра ц центрального проводника резонатора 7 изменяется его резонансная частота f, что фиксируется системой регистрации резонансных колебаний. Измеряя резонансную частоту f резонатора 7, определяют диаметр а центрального проводника 10 (по формуле (2 }) и определяют деформацию

E, центгального проводника !О в направлении, перпендикулярном его ocu! где а, — исходное значение диаметра центрального проводника 10.

В упругой области деформация с вдоль оси цилиндрического стержня (центрального проводника 10) связана с поперечной деформацией с1 по известному закону через коэффициент

Пуассона =(ц= ), .(4) Величина действующей на центральный проводник !О силы, растягива.щей его, по закону Гука равна

P = Е S"Е, (5) где Е модуль упругости материала центрального проводника 10; !

Π— площадь поперечного сечения центрального проводника

l0 м

Определив по резонансной. частоте

f величину упругой деформации центрального проводника 10 и воспользовавшись соотношениями (4) и !,5), определяют величину усилия Р, вызвавшего эту деформацию

На практике для быстрого определения усилия по резонансной частоте

1 предварительно строят градуировоч- ную кривую центрального проводника

10 с заданными a, h, $, Е н р.

Относительная погрешность измерения деформации центрального проводника 10 определяется точностью измерения резонансной частоты

dO

К вЂ”-а где К 1.

В диапазоне нагрузок 0-200 кГ от

35 носительная погрешность определения усилия составляет 10 - 10 . С понижением температуры вследствие увеличения добротности резонатора 7 точность измерения усилия возоастает.