Устройство для определения механических характеристик материала

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к испытанию деталей и конструкций машин, и предназначено для определения прочностных характеристик материала.

Известна установка для испытания на прочность (патент RU 2020450 С1. МПК G01N 3/10), содержащая основание, установленные на нем гидравлические силовозбудители со штоками и приводами их перемещения и поршнями с приводами их перемещения относительно штоков, в штоках выполнены осевые отверстия для сообщения рабочих полостей гидроцилиндров с соответствующими рабочими полостями силовозбудителей, в которой с целью расширения эксплуатационных возможностей путем обеспечения испытаний как при одно- и двухпиковых, так и при многопиковых циклах нагружения в поршнях выполнены каналы, один из которых параллелен оси поршня, а остальные сообщены с первым, расположены по его высоте и выполнены с возможностью поочередного сообщения с осевым отверстием соответствующего штока, а установка снабжена запорными клапанами, установленными на обоих концах первого канала. Недостатком данного изобретения является большие временные затраты на определение прочностных характеристик материала.

Прототипом данного изобретения является стенд для испытания на прочность образцов материалов (патент RU 2029279 С1 МПК G01N 3/10), содержащий основание, установленные на нем колонны, траверсу, установленную на колоннах с возможностью перемещения вдоль последних, средства фиксации траверсы относительно колонн, средства создания статической и динамической нагрузок и источник испытательной среды, при этом средства создания статической нагрузки выполнены в виде связанных со средствами фиксации траверсы и установленных коаксиально каждой колонне стаканов и поперечных перегородок, установленных в зазоре между каждым стаканом и колонной с образованием двух герметичных полостей, каждая из которых сообщена с источником среды. Недостатком данного изобретения является большие временные затраты на определение прочностных характеристик материала.

Задачей настоящего изобретения является ускорение определения механических характеристик (в частности предела выносливости) деталей и элементов машин.

Решение поставленной задачи достигается тем, что: в устройстве для определения механических характеристик материала, содержащем установленную на основании несущую металлоконструкцию с гидроцилиндром и зажимным устройством для образца, к которому подключен акселерометр, средство создания нагрузки с источником рабочей жидкости, согласно изобретению средство создания нагрузки выполнено в виде дозирующего насоса с импульсной подачей жидкости в систему пресса с подключенным к нему электродвигателем с частотным преобразователем, при этом насос через распределитель жидкости и жесткий трубопровод соединен с рабочей полостью гидроцилиндра, а также снабжен предохранительным клапаном.

С помощью гидропресса образец подвергают мелкоступенчатому нагружению и тем самым создают в металле напряженное состояние и одновременно с помощью импульса нагружения формируют в образце упругую волну, за счет которой происходит массовый выход дислокаций на поверхность кристаллов металла, что в результате дает суммарный сигнал акустической эмиссии, амплитуда и частота которого устойчиво фиксируется пьезодатчиком.

На чертеже представлено устройство для определения механических характеристик материала (гидравлический стенд)

Гидравлический стенд содержит: 1 - радиально поршневой регулируемый насос с импульсной подачей жидкости в систему пресса; 2 - жесткий короткий трубопровод; 3 - распределитель; 4 - предохранительный клапан; 5 - гидроцилиндр; 6 - несущую металлоконструкцию; 7 - образец; 8 - акселерометр; 9 - частотный преобразователь; 10 - электродвигатель с регулируемым числом оборотов.

Испытательный стенд работает следующим образом Жидкость из гидробака засасывается 2-поршневым радиально-поршневым насосом 1. Такой привод обеспечивает импульсную подачу жидкости в цилиндр, мелкоступенчатое движение исполнительного цилиндра и, соответственно, ступенчатое нагружение образца. Образец устанавливается в зажимное устройство, и при резком перемещении одного из концов образца образуется упругая волна. Данная волна играет роль организующего синергетический процесс перемещения структур металла и обеспечивает тем самым коллективный выход на поверхность кристаллов металла ряда дислокаций. Акустический сигнал от коллективного движения дислокаций имеет достаточно высокую мощность и хорошо регистрируется акселерометром 3, который устанавливается на испытуемый образец. Одновременно с этим в заготовке возрастает кинетическая энергия, которая подготавливает выход следующей порции дислокаций при последующем импульсе нагружения. Амплитуда сигнала указывает энергетический уровень дислокационных процессов в материале и окончательно указывает на достижение напряжения, соответствующего пределу выносливости материала. Частота вращения электродвигателя и насоса регулируется с помощью частотного преобразователя 9, который питает двигатель 10. Жидкость проходит через распределитель 3 и поступает в рабочую полость рабочего гидроцилиндра. От перегрузки систему защищает предохранительный клапан 4.

Установка позволяет экспресс испытания на прочностные характеристики элементов и деталей машин деталей за счет меньшего количество проведенных экспериментов, для сравнения в большинстве существующих методов определения предела выносливости необходимо провести серию экспериментов, когда в акустико-синергетическом методе достаточно провести 2-3 эксперимента.