Образец для усталостных испытаний на растяжение-сжатие и кручение
Патент 859853
Авторы
Образец для усталостных испытаний на растяжение-сжатие и кручение
Иллюстрации
Реферат
Саюз Саеетскнк
Социалистических
Респубинк
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВ ИТЕЛЬСТВУ (1)859853 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 0712.79 (21) 2849289/25-28 (51)М. Кл з с присоединением заявки М
G 01 N 1/00// а 01 И 3/32 (23) Приоритет—
Государственный комитет
СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 620.178. . 72 (088.8) Опубликовано 3008.81. Бюллетень Н9 32
Дата опубликования описания 3 00881 (72) Авторы изобретения
С. В. Гришаков, Ю. Ф. Луговский, A. Г. Трапезон и A.Ä. fUeвчук
Ъ
I
I
1
Институт проблем прочности АН,Украинской ССР (71) Заявитель (54 ) ОБРАЗЕЦ ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ
HA PAC i,Я"".Ь. .,НИЕ-СЖАТИЕ И КРУЧЕНИЕ
Изобретение относится к испытательной технике, в частности к об.разцам для испытаний материалов на усталость.
Известен образец для усталостных испытаний на растяжение-сжатие в резонансном режиме нагружения по первой форме собственных продольных колебаний. Он содержит рабочий участок трубчатого сечения и закрепленные на его концах грузы, масса которых подобрана таким образом, чтобы частота собственных продольных колебаний в образце с грузами равнялась частоте испытаний (1).
Недостатком этого образца является то, что он позволяет проводить усталостные испытания только при одном, виде нагружения — растяжениисжаФии, тогда когда существует необходимость проведения усталостных испытаний и при продольно-крутильных колебаниях.
Наиболее близким к предлагаемому является образец для усталостных испытаний на растяжение-сжатие H кручение по первой форме собственных продольных и крутильных колебаний, вы.полненный в виде полого цилиндрического стержня, на конце которого закреплен груз цилиндрической формы, масса и диаметр которого превьааает массу н диаметр стержня. Образцу сообщают продольные и крутильные колебания, совпадающие с частотами собственных продольных и крутильных колебаний образца с грузом. Это необходимо для того, чтобы получить резонансные продольные и резонансные крутильные колебания (2).
Недостаток заключается в том, что частоты собственных продольных и собственных крутильных колебаний сильно отличаются, а это значит, что в образце будут наблюдаться резонансные продольные колебания с частотой, большей частоты резонансных крутильных колебаний. В результате в образце реализуется сложное напряженное состояние (плоское), при котором векторы нормальных напряжениЯ по главным площадкам будут складываться иэ векторов от обоих видов колебаний, но изменяющихся с различной частотой.
Получаемая картина напряжений трудно поддается анализу и расчету нэ-за различия фаз продольных и крутильных
1 колебаний и не соответствует реально;му нагружению конструкции, что сниЗО жает достоверность испытания. 859853
„, Эс () =)г
a(aa+ag I \ 4
ы(, где с
9 ГС х (Х=, (1) (М откуда и†и (аа4 + )
Е цгп . с, где
Цель изобретения — повышение до стоверности испытаний путем возбуждения в образце резонансных продольных и крутильных колебаний одной частоты, Поставленная цель достигается тем, что диаметр D выступающей части груза выполнен меньшим внутреннего диаметра d стержня и выбран из условия
l где d — внешний диаметр стержны г
Š— модель упругости материала стержня; 15
G — модуль сдвига материала стержня.
В предлагаемом образце груз может быть выполнен из материала, плотность которого больше плотности материала стержня.
На фиг. 1 показана конструкция образца; на фиг. 2 — форма как продольных, так и крутильных колебаний образца, имеющая один и тот же вид.
Образец состоит из полого цилиндрического стержня 1, наружный диаметр которого равен д.г, а внутренний й, и одного или двух грузов 2, закрепленйых соответственно на одном или обоих концах стержня 1 и выполненных З0 в виде цилиндров, диаметр D выступающей части которых меньше внутреннего диаглетра d стержня 1 ° Для крепления грузов ? на стержне 1 служат втулки 3, длина которых сопоставима 35 с D, Крепленне грузов 2 на стержне 1 с помощью втулок 3 осуществляется например, с помощью резьбового соединения или по прессовой посадке.
В случае установки двух грузов 2 40 длина гу стержня удваивается, Испытания образца проводят следующим образом. Образец закрепляют на вибраторе продольно-крутильных колебаний, с помощью которого в образце возбуждают резонансные продоль- 45 ные и крутильные колебаний одной частоты, так как образец выполнен таким,.что у него частота собственных продольных колебаний равна частоте собственных крутильных колебаний, 50
Покажем теоретическую воэможность создания образца, имеющего одинаковые собственные частоты продольных (uÄ .крутильных >v. колебаний, т,е. выпоггнения условия 55 г (.(к
Для продольных колебаний стержня имеем частотное уравнение
C — скорость распространения продольных колебаний в материале стержняг
F . -площадь поперечного сечения стержняг
Я вЂ” плотность материала стержня
М вЂ” масса груза, з
Для крутильных колебаний стержня имеем частотное уравнение
С вЂ” скорость распространения крутильных колебаний в материале стержня;
I< — момент инерции стержняг
Х вЂ” момент инерции груза.:
Корни уравнений {2) и (3) при различных значениях правых частей эатабулированы и могут быть представлены в виде графиков х=у() (ц
= (- ),(> где m = p F 6 — масса стержня, Для решения нашей задачи удобно представить (4) и (5) в виде
Задавшись длиной образца 0, материалом стержня и грузов, т,е. р
С> и С и анализируя зависимости (б) и (7), можно сделать вывод, что для всех классов материалов решение задачи о равенстве си„ изб, теоретически возгложно, если гласса груза М сравнима или больше массы стержня m.
Приняв условие М > m переходим от уравнений (2) и (3) к более простым уравнениям (хг = — г (9) и @ ((3r где Š— модуль упругости материала стержня;
G - глодуль сдвига материала стержняг
I — полярный момент инерции стержня.
Из равенства ur> и ш(4 получаем (.(о)
6М E er
Е4((а -а ) aa(a Ä-a ) или " > (И(4ÅÌ 4 (4 Э (, б
859853
ВНИИПИ Заказ 7535/63 Тираж 907 Подписное
Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4
Равенство (11) дает крайний случай,удовлетворения: уравнению (1), л а приD =
G +Л)
i ðàâåíñòâî частоI
Е возможно тем более. При этом предполагается, что стержень и гру" выполнены из одного материала. Однако необходимо применять в качестве груза материал с плотностью большей, :чем MIQTHQGTb материала стержня для того, чтобы. груз, сам являющийся стержнем, имел частоту собственных колебаний в несколько раз отличную от частоты собственных колебаний стержня и не вносил бы существенной. погрешности s колебания стержня;
Применение предлагаемого образца позволяет с помощью простыхгехнических средств проводить сталостные испытания, воспроизводящие нагрузки, близкие к реальным, что повышает достоверность результатов испытаний.
Формула изобретения
1. Образец для усталостных испытаний на растяжение-сжатие и кручение по первой форме собственных продоль-. ных и крутильных колебаний, выполненный в виде полого цилиндрического стержня с закрепленным Hà его конце грузом цилиндрической формы, масса которого превышает массу стержня, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности испытаний путем возбуждения в образце резонансных продольных и крутильных
Колебаний оцной частоты, диаметр D выступающей части груза выполнен меньшим внутреннего диаметра d стержня и выбран из условия ца +a )
Е где й. — внешний диаметр стержня
E — модуль упругости материала стержня
G — модуль сдвига, материала стержня.
2. Образец по п.1, отличающийся тем, что груз выполнен из материала, плотность которого больше плотности материала стержня.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Гришаков С.В. Исследование выносливости нержавеющих сталей
Х16H10T и ООХ20Н16АГС при высокочастотном нагружении в условиях низкой (-196oC) и комнатной температур." Проблемы прочности, 1974, Ю 10, с. 113-116.
2. Писаренко Г.С, и др. Вибропоглощающие свойства конструкционных материалов! . Киев, Наукова думка, 19 71, с. 69 (прототип) .