Машина для исследования сложного напряженного состояния трубчатых образцов материалов

Машина для исследования сложного напряженного состояния трубчатых образцов материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Мв 121586

Класс 42k, 34!о4

42k, 45о.

СССР

QQiIiI ji// "

:Ъ /

А. А. Ильюшин, В. М. Панферов, И. С. Богатырев. В. Г, Шолухов, В. Н. Поярков, В. П. Ким, Л, Б Малышев, IO. А. Ширенин, Г. Г. Меклер, В. И. Никитин, A. М. Туманов и С. М. Петров

МАШИНА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СЛОЖНОГО НАПРЯЖЕННОГО

СОСТОЯНИЯ ТРУБЧАТЫХ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ

Заявлено июли 1958 с. за Хе 005059(25 в Коз!ите! ио !елая изобретеиий и открытий ири Сов Tp. Министров СССР

Он бликоваио и «Бюллете!!е изобретеиий»,Х 15 за 1!)59 г.

Описываемая машина предназн!а для !!Сследоз IH Iя сложного напряженного состояния трубчатых образцов материала. Машина состоит в основном пз устройстьа для программирования нагрузок, прилагаемых к испытуемому образцу, и натру;чсающпх его устройств. Последние приводятся в действие отдельными электродвигателями, управляемыми посредством следящей электронной системы. Машина содержи т<:изометрические датчики и регистрирующие приборы.

OTlFI÷I1Te IbH ÿ ее oco6cFIHocTb зак,!ючается H пр!!мененни комбинированного нагружающего устройства, выполненного в виде подпруж !ненного двуплечего рычага, перемещаемого электродвигателем посредством червячной передачи, нагрузочного винта и тяги при растяжении испытуемого образца. Последний устанавливается в жесткой направляющей трубе. на которой смонтирована вращаемая электродвигателем червячная передача.

Передача эта служит для нагружения образца крутящим моментом.

В направлякнцей трубе смонтированы захваты, снабженные штуцерами, предназначенными для выпуска воздуха из внутренней полости образца и для подачи в нее гидронасосом регулируемого гидравлического да вления.

Такое устройство машины обеспечивает возможность одновременного насружения образца растягивающим усилием, крутящим моментом и гидравлическим давлением, подаваемым в его внутреннюю полость.

В машине применены упругопластические управляющие и регистрирующие тензометрические датчики, наклеенные на образец и расположенные Один над другим. Этим создается возможность программирова№ )2)586 ния по деформациям, а также устойчивость работы машины. Кроме того, в машине применено устройство для программирования, содержащее ленточный упор, настраиваемый выдвижными штифтами. По упору скользит штифт расходного дагчика, перемещаемого ползмном, несу!цим щетки, контактирующие с !!инейным и ступенчатым реохордами. Такое выполнение устройства для программирования обеспечивает возможность его ведения по любой наперед заданной функции.

На фиГ. ) !1300pB?KPHB конст)Зук! ивняя c:

Устроена машина следу1ощим образом.

)-1агрузочпос устройство собрано HB жестком основании 1 (фиг. 1).

Колош!ы 2 поддер?кивают траверсу 3, на которой размещены седла цептрс1льпо)! И)?измы 4. НяГруженнс Ооразця рВ тяГГ|в!1ю!пим уси,!!Ием ведется i осрсдством двухплечсго рычага 5.

В lip;!Boll части рычага, IIB призме, подвешена серьга б, к которой ня,п-псхl 7 1<р< питp!I 3il:

Усилие к рычагу передается тягой 9, которая ввертывается в ушко, подвешенное на рычаге на сферическом шариковом подшипнике. В разрез тяги и нагрузочного винта 10 поставлена пружина 11, которая позволяет деформировать образец и упругой зоне при больших оборотах электродвигателя 12. По данным индикатора 18, показывающего деформацию пружины, можно визуально судить о приложенном к образцу уси.!!!и. В процессе натру?кения образца 14 двигатель перемешает винт

;ерез червячную передачу 15.

Центральность приложения растягиваюшего усилия Оосспечивается сферическими подкладными шайбами 1б и 17.

Крутящий момент от захватов передается к образцу через лыски, срсзаш1ые на головках образца. Растягивающее усилие прикладывается к п,1cl. IB T:.;ID! !!t! Т

Образец и ei î захваты 18 и 19, в которых он закрепляется 1ювоpoTHbIмп кольцами, раз леща!Отея и ?кесткой трубе 20. Г1ри такой схеме труба через пяпр",вляющие пояски верхнего захватя воспринимает па себя все внешние маме!!ты. действу!ощие в вертикальных плоскостях.

Подобное конструктивное решение возможно только при условии измерения Вели !ни оястяГива!ОЩРГО усилия и .ч10мента В нспОсредстВРпной близости от образца проволочными тепзодатчиками, которые размещаются на динамометрической части верхнего захвата. Такое размещение датчи

Нагружение образца моментом производится электродвигателем 21, который подкл!Очен к образцу посредством червячной передачи 22 (фиг. 2). Передача заключена B корпус 28, который напрессован на верхшою часть направля10щей трубы. Крутящий момент от червячного колеса тихоходной ступени передается траверсе верхнего захвата 24 через шариковые подшипники 25 (фиг. 3). Между подшипниками входят пальцы 2б, вставленные во втулки траверсы. По мере вытягивания образца верхний захват выходит из трубы, с захватом поднимается траверса и пальцы, а внешние кольца шариковых подшипников при этом перскятыВаlотся пО лыскях1 пальцев. НР1личие такОГО устройстВа В механизме нягружения образца моментом способствует устранению заклиниваний

Л 1215(чб верхнего захвата при увеличен1П! I,.! HHH! Образца Вс зедстви1 01 О 1еформации.

При закручивании образца верхний 111хват и траверса поворачиваются относительно нижнего захвата. Для легкости их вращения под шайбой со сферическим гнездом и пластиной верхнего захвата размещен упорный шариковый подшипник 27 (фиг. 1). При этом реактивный момент захвата через торцевые шлицы передается к трубе и далее замыкается н3 корпус червячной передачи. Подача давления â полость образца производится через штуцер 2 1 . Штуцер If винт с:1глой (на чертеже Нс показаны), расположенные;: l3eðxffeì захвате, служат для удаления воздъx3 из полости 06p83II3 перед испытаниех1. Уплотнение между образцом и направляющими стержнями захватоз осуществляется манжетами, выполненными из малостойкой резины.

Установка образца в машину производится следующим образом.

Обра: ец с наклеенными на него проволочными упругопластпчс кнмп датчиками вставляется в гнездо верхнего захвата и запирается там поворотным кольцом. Далее верхний захват с образцом опускаются в трубу, которая в этот момент размещается на кронштейнах машины. Затем в

1рубу вставляет"я нижний захват, и через окна поворачивается кольцо нижнего захвата. Подобный метод сборк:1;1скл1очает возможность изгнОа тонкостенного образца.

Темп работы машины (нагружение образцы растягив31ощим усилием, моментом, давлением во времени) задается программирую цим устройством, Электронные с1едящие системы, управляющие двигателям;1 нагружения, включаются в мостовые схемы. Одним из плеч моста является переменное сопротивление программирующего устройства. Меняя это сопротивление во времени по определенному закону, тем самым в опРеделенном cOQTIIOIIICHffH H3MeHHIoT IIC, 1lfHIIHbl дефоР»ацип QAP33113.

Устройство содержит две группы реохордов: реохордньш датчик, меняющий сопротивление при полном пере»emeHIIH его штифта; линейHbIH H cT) éeIf I3TbiÉ 1>еохорды. Совмсстн 1я работа дв, х peoxopg013 H д11 1.чика позволяет осуществить нагружение образца по 11000ìó наперед заданному закон ..

Программирующее устройство сосгоит 1гз станины 29 (фиг, 4), нз которой смонтирован копир с упругой лентой 80, настраиваемой на заданную функцию. Настройка ленты ведется выдвижными штифтам,; Л, имеющими в верхней своей части скооы 82 (фиг. 5), через которые пропускается лента. Тонкую регулировку высоты выдвижения шт:1фтов можно производить винтом 33. Лента ксзпира, огибая концы «ы,ш11жны; штифтов, в итоге должна соответствовать заданной фуHK11111!. Гстс;твенно, функция lie должна иметь резких перегибов. По ленте копира скользит штифт реохордного датчика, укрепленного на ползуне 34. Г!еремещение ползуна осуществляется винтом, которы1 ., приводится во вращение двигателем через редуктор со сменными шестернями. Сменны шестерни и двигатель с регулируемыми оборотами позволяк т осуществить широкий предел изменения скорости движения ползуна, 3 следовательно, и темпа нагружения образца. Ползун, кроме двух реохордпых датчиков, несет give пары IqeToK c серебряными нап11йками, которы" контактируют с двумя линейными lf двумя ступенчатыми peoxoпдамll.

Датчик содержит реохорд из тонкой нихромовой проволоки, по которой перемещается щетка, присоединенная и выдвижной ножке датч11ка. Величина перемещения ножки пропорциональна изменению; olipoтивления реохорда.

Линейный реохорд состоит из текстолитовой колодки с укрепленной на ней нихромовой проволокой. На той же колодке размещен ступенчатый реохорд, у которого нихромовая проволока подпаяна на всей длине

М 121586 к ряду латунных и. !ястин, Bppзяпных l3 текстО Iит колодки. При движении щетки по такому реохорду общее сопротивление его нарастает только Hr участках проволоки, лежащих на текстолите, и остается посгоянным, когда щетка проходит участки, подпаянные к латунным пласт!!нам.

Это позволяет вести нагру кснис образца ступеня»H. Число ступеней

Наi PJ жСНИЯ 3

Линейные рсохорды копиря могут оыть использованы самостоятельi !0 для па гр ужеII HII 06p 2 3LI3 внут1) ен п им давлением, кру -1ен нем растяжением по линейному закону. Изменение крутизны нагружения мо кст быть выполнено зя с1ст подкгпочсния шунтирующих сопротивлений. Второе назначение линейных реохордов — работать совместно с реохордными датчиками и ступенчатыми реохордами. Копир с упругой лептой, удобный при настройке ня заданные кривые, однако, не может быть настроен на функции с большой крутизной отдельных участков.

Подкл1очая к реохордному д11тчику линейный реохорд, мы тем самым можсм развср11уть кривую на определенный угол, уменьшая этим круТH311v ..ICklToiI!I010 копира. При !еняя секци*онировянный линейный реО(T. е. ррохорр, име10щий 3 1111унтированный v IBcTOK), можно Ilp3Kтически получить кривые любой крутизны на отдельных участках, Настройка ленточного копира производится по реохордному датчику, подкл1оченному к универсалыиму мосту. При этом для каждого из девяти выдвижных штифтов рассчитывается величина ординаты и соответствующее pl" сопротивление отрезка рсохорда датчика.

B кячсстве исполнителы1ых 1ехя!Н13мов Б рег!1стряторях для фиксяции действующих усилий, моментов и деформаций применены малоиперционные электродвигатели, например типа АДП. Кривые записываются пером на миллиметровой бумаге, навернутой на барабан. Вращение барабана (регистрация деформаций) производится электродвигателем через червячную передачу. С противоположной стороны барабана размещен двухвитковый рсохорд, подкл1очепный в мол овую схему следящей

СИСТЕЬ 61.

Запись величин усилия и момента осуществляется посредством другого электродвигателя, который посредством червячной, передачи и барабана с тросом перемещает каретку с укрепленным на ней пером. Каретка несет щетку, контактирующую с проволокой реохорда. В процессе записи перо оттягивается от бумаги электромагнитом, получающим импульсы от реле времени.

При испытании трубчатых образцов внутренняя их полость увеличивается в объеме за счет растяжения и внутреннего давления. Для сохранения давления в полости образца необходимо вести пополнение объема жидкостью, сохраняя при этом величину заданного давления, которое может меняться во времени. Регулятор давления, установленный в гидравлической системе машины, рассчитан на поддержание заданного давления и при необходимости подачу жидкости в полость образца. Регулятор состоит в основном из станины, на которой размещены ьтулка с плунжерной парой топливного насоса, рычаг и упор для его фиксации в нижнем положении. В правой части станины укреплена стойка для размещения на ней ламеле&, включающих и выключающих электродвигатель насоса. Величины давления устанавливаются подвижным грузом, который перемещается по верхней плоскости рычага на шариковых подшипниках. Груз выполнен составным, что позволяет иметь повышенную точность работы регулятора прн малых конечных давлениях. Перемещение груза по рычагу осуществляется электродвигателем, подключенным к тяговому барабану, через червячную передачу. На верхней плоскости рычага укреплен линейный реохорд, по проволоке которого скользит щетка, укрепленная на тележке, несущей груз. Поло— О—

Ло 121586 жение груза на рычаге задается прогрям.!ирующим устройством машины, а последнее управляет двигателем регистратора через следящую сиcTeivIQ. В Отдельном с. 1!! чае давление sloII

Регулятор pa6oTaeT IIa Tpaii"Ip oT»aeoca I . oopa3UK . Плунжсрный насос при работе подает жидкость в полость образца; при ее заполнении жидкость выжимает плунжер системы регулятора. При этом давление в системе устанавливается в зависимости От величины усилия на головке плунжера. В Верхнем крайнем положении плу:1жера рычаг выключает электродвигатель насоса и полссть образца питается жидкостью, которая Вь1тес1еется плунжером. Пр11 подходе плунжеpë В н1гжнее положение ры 1яг Включает элсктродВПГ 1тель насоса.

Ряоотой двигателей нагружспия обра 1,а и двигателей регистраторов управляют электронноследящис системы машины. Следящие системы собраны в трех олоках, в четвертом размещен блок питания.

Блоки объединены стойкой, расположенной « непосредственной близости с машиной.

Каждый блок следящей системы состоит из двух каналов, содержащих:

1) мостОВу10 схсм1 типя мОста итстоня, !.Оторяя питается током от общего генератора;

2) усилитель переменного тока;

3), фазочувствительный выпрямитель;

4) конвертер;

5) усилитель переменного тока:

6) усилитель мощности с Выходом на двигатель типа АДП.

Первый блок своими двумя кяналамп обслуж11«яст двигатели, создающие нагрузку растяжения и кручения; второй и третий блоки питают двигатели регистратороь.

Мостовые схемы электронноследящих систем составлены из прово,—,o!Ных тснзодатчиков, реохордов программирующих устройств и регистраторов.

Ниже описана работа одного пз каналов следящей системы с электродвигателем, закручивающим образец. Сопротивление моста R! 11 R2 (фиг. 6) — упругопластические датчики, наклеенные на образец нагстречу друг другу под углом 45 к вертикали. Сопротивления тензодатчиков

R! и R> уравновешиваются сопротивлением реохорда Rз программирую1!ipгО у: трОйстВЯ и балластными сопротивлениями R„п R„.. Мост работает в режиме равновесного состояния (нулевой метод) и снабжен для подстройки разновесия на всем диапазоне работы переменным сопротивлением R!; для регулировки по активной составляющей и переменной емкостью С вЂ” для подстройки по реактивной составляющей. Питание моста током с частотой 1000 гц и напряжением 6 в осуществляется от соответствующей обмотки трансформатора буферного каскада генератора.

В процессе проведения испытания сопротивление участков реохорда программирующего устроиства меняется. Это изменение сопротивления создает небаланс моста, вследствие чего ня зажимах измерительной диагонали возникает сигнал ошибки, который поступает на операционный усилитель и подается на двигатель.

Подача сигнала на двигатель будет происходить до тех пор, пока

«озрастание сопротивления датчиков на образце не сбалансирует мост.

Но так как процесс изменения сопротивления реохорда программирующего устройства может быть непрерывным во времени, то двигатель будег следовать за программой, ведя нагружение образца.

Как видно из схемы, изображенной на фиг. 7, на образце име1отся две группы упругопластических датчиков. Первая используется в схемах и 121586 мостов нагружен»я, вторая — в схемах регистрирующих устройств. 11ервая группа датчиков по схеме и параметрам аналогична второй. Наклонно наклеенные датчики первой группы используются в схеме закручива»ия образца, второй группы — в схеме регистратора, фик"ирующего деформацию кручения в момент. Вертикально наклеенные датчики первой группы работают в мостовой схеме, регулирующей растяжение, датчики второй группы работают в схеме регистратора, фиксирующего деформацию растяжения и усилие. Горизонтально наклеенные датчики используются как компенсационные.

Все связи между узлами машины чисто электрические, кроме»асоса высокого давления, регулятора и испытуемого образца. Эти три узла связаны гидросистемой.

Изменение сопротивления реохордов программирующего устройства через следящие системы вызывает работу электродвигателя, скручивающего образец, и работу исполнительного механизма, ведущего растяжение образца. Верхняя группа датчиков, наклеенных на образце и подключенных к следящей системе, при деформации образца изменяет свое сопротивление и тем самым небаланс моста, который постоянно создается программирующим устройством.

Нижняя группа датчиков образца подключена к следящим c»сгемам, к которым также подключены датчики динамометрической части верхнего захвата MBIUBHb» Один из блоков следящих систем питает двигатели регистратора, фиксирующего деформацию растяжения и усилия, а другой блок обслуживает регистратор, фиксирующий деформацию кручения и момент. Третий блок следящих систем используется для нагружен»я образца внутренним давлением по заданной программе, для чего используется один из реохордов программируюшего устройства.

Предмет изобретения

1. Машина для исследования сложного напряженного состояния трубчатых образцов материалов, содержащая устройство для программирования прилагаемых к испытуемому образцу нагрузок, нагружающие его устройства, приводимые в действие отдельными электродвигателями, следящую электронную систему для управления последними, тензометрические датчики и регистрирующие приборы, о т л и ч а ю щ ая ся тем, что, с целью совместного нагружения испытуемого образца растягивающим усилием, крутящим моментом и гидравлическим давлением, подаваемым во внутреннюю полость образца, в пей применено комбинированное нагружающее устройство, выполненное в виде подпружиненного двуплечего рычага, перемещаемого электродвигателем, посредством червячной передачи, нагрузочного винта и тяги при растяжении испытуемого образца, устанавливаемого в жесткой направляющей трубе, на которой смонтирована вращаемая электродвигателем червячная передача для нагружения ооразца крутящим моментом и в которой размещены захваты, снабжен»ые штуцерами для выпуска воздуха из внутренней полости образца и для подачи в нес гидронасосом регулируемого гидравлического давления.

2. Машина»o и. 1, отл ич а ю щ а я с я тем, что, с целью обес»ечения возможности программирования по деформациям, а также устойчивой работы машины, в ней применены упругопластические управляющие и регистрирующие тензометрические датчики, наклеенные на образец и расположенные один над другим.

3. Машина по пп. 1 и 2, отл и ч а юща я с я тем, что, с целью обеспечения возможности ведения программирования по любой наперед,¹ 1215М заданной функции, ее устройство для программировании состои1 из настраиваемого выдвижными штифтами ленточного упора, по которому скользит штифт реохордного датчика, перемещаемого ползуном, песуиьчм щетки, контактирукнцие с линейными и ступенчатыми р:-охордами. Фиг. /

Dud no cmpenae Р

ЛЪ 121586 ( 1

Фиг 4

Фиг 7

Юиг Ю

Фиг 7

Комитет по делам изобретений н открытий прн Совете Министров СССР

Редактор Л. Г. Голандский Гр 172

Подп. к печ. 13.Х1-59 г.

Тираж 940 Цена 1 р.

Типография Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Пеаровка, 14.

Г ! ! !

1

1

I

Информационно-издательский отдел.

Обьем 0,68 п. л. Зак. 8191

1

1

1

1

I !

1