RU2374617C1

RU2374617C1 - Installation for material samples strength test

Info

Publication number: RU2374617C1
Application number: RU2008137885/28A
Authority: RU
Inventors: Евгений Васильевич Лодус (RU); Евгений Васильевич Лодус
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2009-11-27

Abstract

FIELD: mechanics.

SUBSTANCE: installation for strength tests of the materials samples comprises a supporting frame, two guides set on it at a right angle in respect to each other, two anvils set in the guides right angle vertex, pushers set on the other ends of the guides, drives of the pushers reciprocating movement along the guides, sample gripping units, gripping latches on the guides and springs connected by one end to the respective gripping units. The pushers are placed in the additional guides, connected to them by additional springs and fitted by the latches for the connection with the additional guides; the additional guides are connected to the other ends of the basic springs and are able of travelling along the latter springs; the basic and additional springs are characterised by different stiffness parametres.

EFFECT: increased data volume by testing at regulating the rigidity of the loading system.

1 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность.The invention relates to testing equipment, to strength tests.

Известна установка для испытания образцов материалов на прочность (патент РФ №1293541, кл. G01N 3/10, 1987), содержащая опорную раму, установленные на ней под прямым углом друг к другу две направляющие, толкатели, установленные на направляющих, приводы перемещения толкателей вдоль направляющих, захваты для образцов.A known installation for testing samples of materials for strength (RF patent No. 1293541, class G01N 3/10, 1987), comprising a support frame, two guides mounted on it at right angles to each other, pushers mounted on guides, pusher drives along guides, captures for samples.

Недостаток установки состоит в отсутствии возможности проводить испытания при взаимодействии образцов с контактированием по разным поверхностям.The disadvantage of the installation is the inability to carry out tests during the interaction of samples with contacting on different surfaces.

Известна установка для испытания образцов материалов на прочность (патент РФ №1504550, кл. G01N 3/10, 1990), содержащая опорную раму, установленные на ней под прямым углом друг к другу две направляющие, толкатели, установленные на одних концах направляющих, приводы перемещения толкателей вдоль направляющих, захваты для образцов и наковальни, расположенные на других концах направляющих.A known installation for testing samples of materials for strength (RF patent No. 1504550, class G01N 3/10, 1990), comprising a support frame, two guides mounted on it at right angles to each other, pushers mounted on one end of the guides, movement drives pushers along the guides, sample grippers and anvils located at other ends of the guides.

Недостаток установки состоит в том, что на ней неосуществимы испытания при взаимодействии образцов, нагружаемых поочередно одноосной и двухосной нагрузками с контактированием по разным поверхностям.The disadvantage of the installation is that it is not feasible to test the interaction of samples loaded alternately with uniaxial and biaxial loads with contacting on different surfaces.

Известна установка для испытания образцов материалов на прочность (патент РФ №2050536, кл. G01N 3/10, 1990), принимаемая за прототип. Установка содержит опорную раму, установленные на ней под прямым углом друг к другу две направляющие, две наковальни, установленные в вершине прямого угла направляющих, толкатели, установленные на других концах направляющих, приводы перемещения толкателей вдоль направляющих, захваты для образцов, фиксаторы захватов на направляющих и пружины, соединенные одним концом с соответствующими захватами. Установка обеспечивает поочередное нагружение взаимодействующих образцов одноосной и двухосной нагрузками с контактированием по разным поверхностям.A known installation for testing samples of materials for strength (RF patent No. 2050536, class G01N 3/10, 1990), taken as a prototype. The installation comprises a support frame, two guides mounted on it at right angles to each other, two anvils installed at the top of the right angle of the guides, pushers mounted on the other ends of the guides, drives for moving the pushers along the guides, sample grips, gripper clamps on the guides and springs connected at one end to corresponding grips. The installation provides alternate loading of interacting samples with uniaxial and biaxial loads with contacting on different surfaces.

Недостаток установки состоит в том, что на ней невозможно регулировать жесткость нагружающей системы в процессе воздействия на образцы осевыми и плоскими статическими и ударными нагрузками. Возможность регулировать жесткость испытаний при чередовании осевых и плоских нагрузок позволяет более точно оценивать поведение материалов образцов перед разрушением. Так, переход на более жесткое нагружение замедляет процессы ползучести и усиливает релаксационные процессы в периоды выдержки под нагрузкой, особенно при одноосном нагружении. Уменьшение жесткости изменяет скорости реологических процессов в противоположных направлениях, при этом более сильное влияние заметно при плоском нагружении. Смена жесткости «расшатывает» материалы, поэтому регулируя жесткость, можно заданным путем приводить образцы к энергообмену на стадии разрушения. Знание этих закономерностей позволит повысить прогноз последствий энергообмена в массиве горных пород путем наблюдения за особенностями силовой работы элементов горного массива.The disadvantage of the installation is that it is impossible to adjust the rigidity of the loading system during the impact of axial and flat static and shock loads on the samples. The ability to adjust the rigidity of tests during alternating axial and flat loads allows a more accurate assessment of the behavior of sample materials before failure. Thus, the transition to more stringent loading slows down the creep processes and enhances relaxation processes during holding periods under load, especially under uniaxial loading. A decrease in stiffness changes the rates of rheological processes in opposite directions, while a stronger effect is noticeable under plane loading. The change in stiffness “loosens” the materials, therefore, by adjusting the stiffness, it is possible to bring the samples to energy exchange at the destruction stage in a predetermined way. The knowledge of these patterns will make it possible to increase the forecast of the consequences of energy exchange in a rock mass by observing the features of the power work of the rock mass elements.

Техническим результатом изобретения является увеличение объема информации путем испытаний при регулировании жесткости нагружающей системы в процессе воздействия на образцы осевыми и плоскими статическими и ударными нагрузками.The technical result of the invention is to increase the amount of information by testing to control the rigidity of the loading system in the process of impacting the samples with axial and flat static and impact loads.

Технический результат достигается тем, что установка для испытания образцов материалов на прочность, содержащая опорную раму, установленные на ней под прямым углом друг к другу две направляющие, две наковальни, установленные в вершине прямого угла направляющих, толкатели, установленные на других концах направляющих, приводы возвратно-поступательного перемещения толкателей вдоль направляющих, захваты для образцов, фиксаторы захватов на направляющих и пружины, соединенные одним концом с соответствующими захватами, согласно изобретению толкатели размещены в дополнительных направляющих, соединены с ними дополнительными пружинами и имеют фиксаторы для соединения с дополнительными направляющими, при этом дополнительные направляющие соединены с другими концами основных пружин и выполнены с возможностью перемещения вдоль основных направляющих, а основные и дополнительные пружины имеют разные характеристики жесткости.The technical result is achieved by the fact that the installation for testing samples of materials for strength, containing a support frame, two guides installed on it at right angles to each other, two anvils installed at the top of the right angle of the guides, pushers installed on the other ends of the guides, drives back - translational movement of the pushers along the guides, sample grippers, gripper clamps on the guides and springs connected at one end to the corresponding grippers according to the invention pushers has additional guides, connected with them, and additional springs have tabs for connection with additional rails, wherein additional guide connected to the other ends of the main springs and are movable along a main guide, and the primary and secondary springs have different stiffness characteristics.

Дополнительные направляющие с дополнительными пружинами и фиксаторами позволяют проводить нагружение с участием одной или с участием двух пружин с разной жесткостью, что меняет в ходе испытаний жесткость нагружающей системы и обеспечивает достижение технического результата.Additional guides with additional springs and clamps allow loading with one or two springs with different stiffness, which changes the rigidity of the loading system during the tests and ensures the achievement of a technical result.

На чертеже представлена схема установки.The drawing shows the installation diagram.

Установка для испытания образцов материалов на прочность содержит опорную раму 1, установленные на ней под прямым углом друг к другу две направляющие 2, 3, две наковальни 4, 5, установленные в вершине прямого угла направляющих 2, 3, толкатели 6, 7, установленные на других концах направляющих 2, 3, приводы 8, 9 перемещения толкателей 6, 7 вдоль направляющих, захваты 10,11 для образцов 12, 13, фиксаторы 14, 15 захватов 10, 11 на направляющих 2, 3 и пружины 16, 17, соединенные одним концом с соответствующими захватами 10, 11.The installation for testing material samples for strength contains a support frame 1, two guides 2, 3, two anvils 4, 5 mounted on it at a right angle of the guides 2, 3, pushers 6, 7 mounted on it at a right angle to each other, mounted on it the other ends of the guides 2, 3, the actuators 8, 9 move the pushers 6, 7 along the guides, the grippers 10.11 for samples 12, 13, the latches 14, 15 of the grippers 10, 11 on the guides 2, 3 and the springs 16, 17 connected by one end with the corresponding grips 10, 11.

Толкатели 6, 7 размещены в дополнительных направляющих 18, 19, соединены с ними дополнительными пружинами 20,21 и имеют фиксаторы 22, 23 для соединения с дополнительными направляющими 18, 19. Дополнительные направляющие 18, 19 соединены с другими концами основных пружин 16, 17 и выполнены с возможностью перемещения вдоль основных направляющих 2, 3. Основные 16, 17 и дополнительные 20, 21 пружины имеют разные характеристики жесткости.Pushers 6, 7 are placed in additional guides 18, 19, connected to them by additional springs 20.21 and have latches 22, 23 for connecting with additional guides 18, 19. Additional guides 18, 19 are connected to other ends of the main springs 16, 17 and made with the possibility of movement along the main guides 2, 3. The main 16, 17 and additional 20, 21 springs have different stiffness characteristics.

В зависимости от задач испытаний на наковальнях 4, 5 может устанавливаться третий образец 24. Приводы 8, 9 могут быть выполнены эксцентриковыми.Depending on the test tasks, a third sample 24 can be installed on the anvils 4, 5. The drives 8, 9 can be eccentric.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

При выключенном фиксаторе 15 и включенном фиксаторе 23 включают привод 9, перемещают толкатель 7 вместе с дополнительной направляющей 19 в направлении захвата 11, сжимают пружину 17 и нагружают образцы 13, 24 осевой нагрузкой заданной величины. Жесткость нагружения и соответственно запас упругой энергии нагружающей системы определяется характеристикой жесткости пружины 17. Если перед началом движения толкателя 7 выключают фиксатор 23, то в создании нагрузки участвует пружина 21 и также запасает энергию упругой деформации. Общая энергия системы становится равной сумме энергий пружин 17 и 21, а характеристика жесткости становится усредненной и определяется исходя из достигнутой нагрузки и суммарной энергии. Приводом 9 фиксируют заданный уровень осевой нагрузки на образцах 13, 24. Включают фиксатор 14 и фиксатор 22. Приводом 8 перемещают толкатель 6 с дополнительной направляющей 18 в направлении захвата 14, деформируют пружину 16 и запасают тем самым энергию упругой деформации на пружине 16. Если между образцами 12 и 24 установлен зазор «А», то при достижении заданного запаса энергии на пружине 16 прекращают перемещение толкателя 6 и выключают фиксатор 14. Под действием пружины 16 захват 10 с образцом 12 наносят удар по образцу 24. В момент удара образец 24 испытывает плоское нагружение со статической нагрузкой по одной оси и ударной нагрузкой по другой оси, а образцы 12 и 13 испытывают одноосное нагружение, причем образец 12 - ударное, а образец 13 - статическое нагружение. Если перед началом движения толкателя 6 фиксатор 22 выключен, то энергия ударной нагрузки создается с участием пружины 20 и ударное нагружение проводится с другим запасом энергии и другой характеристикой жесткости нагружающей системы, как это описано выше. Если в исходном положении зазор «А» отсутствует, то нагружение со стороны толкателя 6 проводится так же, как описано выше при нагружении толкателем 7. При этом образцы 12 и 13 нагружаются статической нагрузкой с выбранными характеристиками жесткости и запасом энергии, но образец 12 нагружается одноосной, а образец 24 - двухосной нагрузками. После выдержки образцов под нагрузкой заданное время приводят в действие привод 9 и при включенном фиксаторе 23 и выключенном фиксаторе 15 толкателем 7 перемещают образец 13 в исходное положение. Этим действием образец 13 полностью разгружается от осевой нагрузки, образец 24 разгружается от нагрузки по одной из осей, осевая нагрузка на образце 12 сохраняется. После выдержки заданное время в зависимости от задач исследований разгружают образцы со стороны толкателя 6 или повторяют нагружение со стороны толкателя 7 в статическом или динамическом режимах, как это описано выше. Для испытаний при взаимодействии пары образцов третий образец 24 удаляют, а в исходных положениях место образца 24 занимают поочередно образцы 12 и 13. Тот из образцов, который в момент ударного пригружения занимает положение на наковальнях 4, 5, испытывает плоское нагружение, а образец, создающий динамическую или статическую пригрузку, испытывает одноосное нагружение. Подбор жесткости проводится описанным выше образом.With the latch 15 turned off and the latch 23 turned on, the actuator 9 is turned on, the pusher 7 is moved together with the additional guide 19 in the direction of the gripper 11, the spring 17 is compressed and the specimens 13, 24 are loaded with an axial load of a given value. The stiffness of loading and, accordingly, the supply of elastic energy of the loading system is determined by the stiffness characteristic of the spring 17. If the latch 23 is turned off before the pusher 7 starts to move, then the spring 21 is involved in creating the load and also stores the energy of elastic deformation. The total energy of the system becomes equal to the sum of the energies of the springs 17 and 21, and the stiffness characteristic becomes averaged and is determined based on the achieved load and the total energy. The actuator 9 fixes the specified level of axial load on the samples 13, 24. Turn on the latch 14 and the latch 22. The actuator 8 moves the pusher 6 with an additional guide 18 in the direction of capture 14, deform the spring 16 and thereby store the energy of elastic deformation on the spring 16. If between samples 12 and 24 set the gap "A", then when you reach the specified energy reserve on the spring 16 stop the movement of the pusher 6 and turn off the latch 14. Under the action of the spring 16, the capture 10 with the sample 12 strike the sample 24. At the moment of impact, the sample 24 having tested It has flat loading with a static load on one axis and a shock load on the other axis, and samples 12 and 13 experience uniaxial loading, with sample 12 being impacted and sample 13 being static loading. If the latch 22 is turned off before the start of the movement of the pusher 6, then the energy of the shock load is created with the participation of the spring 20 and the shock loading is carried out with a different energy supply and a different stiffness characteristic of the loading system, as described above. If there is no gap “A” in the initial position, then loading from the push rod 6 is carried out in the same way as described above when loading with the push rod 7. In this case, samples 12 and 13 are loaded with a static load with selected stiffness characteristics and energy supply, but sample 12 is loaded with uniaxial and sample 24 - biaxial loads. After holding the samples under load, the drive 9 is actuated for a predetermined time, and with the latch 23 on and the latch 15 off, the pusher 7 moves the sample 13 to its original position. By this action, the sample 13 is completely unloaded from the axial load, the sample 24 is unloaded from the load along one of the axes, the axial load on the sample 12 is maintained. After holding the set time, depending on the research tasks, unload the samples from the side of the pusher 6 or repeat loading from the side of the pusher 7 in static or dynamic modes, as described above. For tests during the interaction of a pair of samples, the third sample 24 is removed, and in the initial positions, the place of sample 24 is taken up by samples 12 and 13. Alternately, one of the samples, which at the moment of impact loading, occupies the position on the anvils 4, 5, is subjected to plane loading, and the sample creating dynamic or static loading, experiences uniaxial loading. The selection of stiffness is carried out as described above.

Изобретение обеспечивает исследование взаимодействия образцов в новых силовых условиях при регулировании жесткости нагружающей системы в процессе воздействия на образцы осевыми и плоскими статическими и ударными нагрузками.The invention provides a study of the interaction of samples in new power conditions when controlling the rigidity of the loading system in the process of impacting the samples with axial and flat static and shock loads.

Claims

An installation for testing material samples for strength, containing a support frame, two guides mounted on it at right angles to each other, two anvils installed at the top of the right angle of the guides, pushers installed on the other ends of the guides, pusher drives along the guides, grips for samples, clamp grippers on the rails and springs connected at one end to the corresponding grippers, characterized in that the pushers are placed in additional guides, connected to them Modes and springs have tabs for connection with additional rails, wherein additional guide connected to the other ends of the main springs and are movable along a main guide, and the primary and secondary springs have different stiffness characteristics.