×
26.07.2018
218.016.7538

СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ КЕРАМИКИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к методам определения механических характеристик керамики и может быть использовано для оценки предела прочности при растяжении керамических материалов, используемых в изделиях, требующих индивидуального контроля прочностных свойств. Сущность: осуществляют диаметральное сжатие кольцевого образца путем приложения статической нагрузки, определение разрушающей образец нагрузки, определение коэффициента концентрации напряжений образца и определение его предела прочности при растяжении. Коэффициент концентрации напряжений в образце определяют по значениям предела прочности при одноосном растяжении, оцененным по модели хрупкого разрушения с использованием значений прочности материала при изгибе, по формуле: где - значение прочности керамического материала при изгибе; V - объем образца между опорами нагружающего устройства; V - рабочий объем образца при испытаниях на одноосное растяжение; D - внешний диаметр кольцевого образца; d - внутренний диаметр кольцевого образца; t - толщина кольцевого образца; k - коэффициент нагрузки образца, равный 1/(2(m+1)) при трехточечном изгибе или равный (m+2)/(4(m+1)) при четырехточечном изгибе; m - модуль Вейбулла материала изделия; Р - разрушающая кольцевой образец нагрузка, а предел прочности материала при растяжении оценивают по формуле: Технический результат: обеспечение возможности оценки предела прочности при растяжении керамического материала в процессе производства изделий и повышение эффективности оценки при отсутствии паспортных данных по прочности на материал при прямом растяжении. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к методам определения механических характеристик керамики и может быть использовано для оценки предела прочности при растяжении керамических материалов в изделиях, требующих индивидуального контроля прочностных свойств, например керамических оболочек обтекателей летательных аппаратов.

Известно, что при испытании хрупких материалов, в частности конструкционной керамики, одноосное растяжение является весьма трудно реализуемым методом из-за погрешностей, возникающих при испытании: изгибающий момент в рабочем сечении образца из-за эксцентриситета приложения нагрузки, сложность крепления образца в испытательной машине и т.д., а для высокопрочной керамики его реализация может быть вообще проблематичной. В связи с этим испытания на прямое одноосное растяжение редко используются для аттестации конструкционной керамики, а для оценки прочности при растяжении часто используют косвенные методы, одним из которых является метод диаметрального сжатия кольцевых образцов.

Известен способ определения предела прочности при растяжении хрупких материалов по методике диаметрального сжатия кольцевых образцов (Бортц С., Лунд X. Оценка испытаний на растяжение хрупких материалов. - В кн.: Графит как высокотемпературный материал. М.: «Мир», 1964, с. 174-184), включающий диаметральное приложение статической сжимающей нагрузки к цилиндрическому кольцевому образцу и определение его предела прочности при растяжении по формуле:

где Pmax - разрушающая нагрузка; Kd - коэффициент концентрации напряжений, зависящий от отношения d/D; D - внешний диаметр образца; d - внутренний диаметр образца; t - толщина образца.

Недостатком данного способа является то, что используемые при этом значения коэффициента концентрации напряжений (Kd) в зависимости от отношений диаметров образца d/D получены на основе уравнений теории упругости и не учитывают свойства конкретного материала.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является способ определения предела прочности при растяжении кольцевых образцов из материала изделий, в котором коэффициент концентрации напряжений определяли по преобразованной относительно Kd формулы (1):

где σp - предел прочности при одноосном растяжении образцов из выбранного материала, например, по паспортным данным (Успенская А.Н., Лупанова O.K. Определение предела прочности на растяжение методом сжатия колец. - Тр. Горьк. политехн. ин-та, 1970, 26, вып. 10, с. 24-26 (прототип)).

Предложенный способ учитывает свойства конкретного материала, однако при этом для определения коэффициента концентрации напряжений необходимо иметь данные по пределу прочности при одноосном растяжении рассматриваемого материала, а как уже упоминалось выше, для конструкционной керамики одноосное растяжение является достаточно трудно реализуемым методом.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности оценки предела прочности при растяжении керамического материала в процессе производства изделий и повышение эффективности оценки при отсутствии паспортных данных по прочности на материал при прямом растяжении.

Поставленная задача достигается тем, что способ оценки предела прочности керамики при растяжении, включающий диаметральное сжатие кольцевого образца путем приложения статической нагрузки, измерение разрушающей образец нагрузки, определение коэффициента концентрации напряжений в образце и предела прочности при растяжении, отличается тем, что коэффициент концентрации напряжений в образце определяют по значениям предела прочности при одноосном растяжении, оцененным по модели хрупкого разрушения с использованием значений прочности материала при изгибе, по формуле:

где - значение прочности керамического материала при изгибе;

Vu - объем образца между опорами нагружающего устройства;

Vp - рабочий объем образца при испытаниях на одноосное растяжение;

D - внешний диаметр кольцевого образца;

d - внутренний диаметр кольцевого образца;

t - толщина кольцевого образца;

kн - коэффициент нагрузки образца, равный 1/(2(m+1)2) при трехточечном изгибе или равный (m+2)/(4(m+1)2) при четырехточечном изгибе;

m - модуль Вейбулла материала изделия;

Pmax - разрушающая кольцевой образец нагрузка,

а предел прочности материала при растяжении оценивают по формуле:

Зависимости коэффициентов концентрации напряжений исследованных материалов от отношения d/D в исследованном авторами диапазоне в сопоставлении с зависимостью для чугуна СЧ-18-35 (прототип) проиллюстрированы на чертеже. Все представленные зависимости хорошо аппроксимируются экспонентой с коэффициентами детерминации, составляющими для керамических материалов ОТМ-357, ОТМ-609 и чугуна СЧ-18-35 0,989, 0,987 и 0,996 соответственно. Анализ по U-критерию Манна-Уитни показал, что коэффициенты концентрации напряжений для образцов из материалов ОТМ-357 и ОТМ-609 в рассмотренных группах отношений d/D значимо различаются между собой. Следовательно, значения коэффициентов концентрации напряжений зависят и от физико-механических свойств материала образцов, что и учитывается в заявляемом способе оценки предела прочности керамики при растяжении σpk.

Экспериментально установлено, что для оценки предела прочности керамики при растяжении методом диаметрального сжатия кольцевых образцов из материалов: стеклокерамики литийалюмосиликатного состава ОТМ-357 и кварцевой керамики ОТМ-609, используемых при производстве оболочек антенных обтекателей, оптимальным является использование кольцевых образцов с отношением d/D=0,2-0,6. При указанном отношении внутреннего диаметра к наружному относительная ошибка определения разрушающей образец нагрузки, Pmax, для исследованных материалов не превышала 5-10%, результат вполне сопоставимый с относительной ошибкой при испытаниях на изгиб. При этом выбранное отношение d/D обеспечивает технологичность изготовления образцов.

Предлагаемый способ оценки предела прочности керамики при растяжении реализуется следующим образом.

Из технологического припуска оболочки обтекателя, предназначенного для определения физико-технических характеристик материала данной оболочки (стеклокерамики или кварцевой керамики), изготавливают кольцевые образцы с отношением диаметров d/D=0,2-0,6.

Определяют величину коэффициента концентрации напряжений кольцевого образца рассматриваемой керамики из выражения (3) по пределу прочности при растяжении, оцененному по результатам штатных испытаний на прочность при изгибе образцов материала контролируемой оболочки.

Кольцевой образец устанавливают между опорами стандартной универсальной испытательной машины, испытывают на диаметральное сжатие при скорости нагружения V=1-2 мм/мин, определяют разрушающую образец нагрузку, Pmax, и по полученным результатам по формуле (4) оценивают предел прочности испытуемого материала при растяжении, сравнивая его с заданными базовыми значениями. Для получения дополнительных данных по свойствам материала образцы испытывают с записью диаграммы «нагрузка-перемещение».

Для проведения испытаний по заявляемому способу не требуется создания специальных нагружающих устройств, достаточно наличия стандартной универсальной испытательной машины.

Сравнение заявляемого способа с прототипом показывает, что способ отличается от известного тем, что величину коэффициента концентрации напряжений образца определяют не по значениям предела прочности рассматриваемой керамики при одноосном растяжении образцов, а по пределу прочности, оцененному по модели хрупкого разрушения с использованием результатов определения прочности при изгибе.

При этом экспериментально установлено, что для оценки предела прочности стеклокерамики и кварцевой керамики при растяжении методом диаметрального сжатия оптимально использовать кольцевые образцы с отношением d/D=0,2-0,6.

При изучении других технических решений в данной области техники установлено, что рассмотренные в способе отличительные признаки ранее не встречались, способ соответствует критерию изобретения «новизна» и обеспечивает достижение указанного технического результата изобретения - повышение эффективности оценки предела прочности при растяжении керамического материала изделий в процессе производства. Таким образом, заявляемое техническое решение - способ - соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ может найти применение в процессе производства различных изделий из керамики, требующих индивидуального контроля прочностных свойств материалов, для оценки предела прочности при растяжении и при проведении опытно-конструкторских работ.


СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ КЕРАМИКИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ КЕРАМИКИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ КЕРАМИКИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ КЕРАМИКИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ КЕРАМИКИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ КЕРАМИКИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ КЕРАМИКИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 136 items.
10.10.2015
№216.013.80e9

Быстроразъемное соединение отсеков корпуса летательного аппарата

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, в частности к конструкциям герметичных разъемных соединений отсеков корпуса летательных аппаратов и, в особенности, к конструкциям герметичного соединения обтекателя с отсеком корпуса летательного аппарата. Быстроразъемное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564598
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.824b

Способ изготовления трехслойной панели из композиционного материала

Изобретение относится к способам изготовления трехслойных панелей из композиционного материала и может быть использовано для получения панелей авиационной и космической техники, например для изготовления корпусных деталей фюзеляжа самолета. При формировании первой обшивки трехслойной панели по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564952
Дата охранного документа: 10.10.2015
20.10.2015
№216.013.853c

Способ изготовления сотового заполнителя

Изобретение относится к способу изготовления сотового заполнителя из стеклоткани и может быть использовано в ракето-, самолето- и судостроении, строительной, мебельной и упаковочной промышленности при изготовлении трехслойных конструкций сложной кривизны. Способ включает нанесение клеевых полос...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565711
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.12.2015
№216.013.9b89

Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА) и может быть использовано для проектирования аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях. Предлагаемый способ воспроизведения аэродинамического нагрева...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571442
Дата охранного документа: 20.12.2015
27.02.2016
№216.014.bf1e

Способ получения полидисперсного порошка карбида бора

Изобретение относится к производству неорганических соединений, конкретно к карботермическому способу получения полидисперсных порошков карбида бора, предназначенных для получения на их основе абразивных порошков для шлифования и ударопрочной керамики. Способ включает смешивание борной кислоты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576041
Дата охранного документа: 27.02.2016
10.05.2016
№216.015.3bbc

Способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях. Сущность: осуществляют воспроизведение аэродинамического силового и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583353
Дата охранного документа: 10.05.2016
20.05.2016
№216.015.3f07

Способ контроля узла соединения керамического обтекателя

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА). Сущность: осуществляют силовое нагружение на сдвиг и измерение деформаций соединения. Силовое нагружение прилагают вдоль оси симметрии обтекателя через пуансон с упругой прокладкой, наружная поверхность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002584439
Дата охранного документа: 20.05.2016
13.01.2017
№217.015.6b5c

Устройство для измерения толщины стенки детали типа оболочка вращения

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения, а именно к устройствам для измерения толщины стенок пустотелых деталей вида оболочек вращения. Устройство для измерения толщины стенки детали типа оболочка вращения содержит основание с направляющими, на котором размещены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592725
Дата охранного документа: 27.07.2016
13.01.2017
№217.015.6c04

Клиновое соединение

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для соединения полых трубчатых деталей и узлов конструкций ракет, эксплуатируемых в условиях воздействия высоких температур и вибраций, и направлено на повышение надежности соединения деталей и снижение трудоемкости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592767
Дата охранного документа: 27.07.2016
13.01.2017
№217.015.70c9

Способ получения высокотермостойкого радиопрозрачного материала (изделия) на основе фосфатного связующего и кварцевой ткани

Изобретение относится к области получения высокотермостойких радиопрозрачных материалов. Технический результат изобретения заключается в защите стеклоткани от термодеструкции, обеспечении диэлектрических и прочностных характеристик материала в режимах одностороннего нагрева до 1200°C при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596619
Дата охранного документа: 10.09.2016
Showing 1-10 of 156 items.
27.01.2013
№216.012.2140

Антенный обтекатель

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет из пористой керамики. Технический результат заключается в упрощении конструкции и технологии изготовления антенного обтекателя из пористой керамики....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474013
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.24d6

Антенный обтекатель

Заявленное изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет из керамики. Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение радиотехнических характеристик керамических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474932
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.09.2013
№216.012.70b5

Антенный обтекатель

Изобретение относится к области создания конструкций антенных обтекателей высокоскоростных ракет с оболочками из жаростойких керамических материалов. Технический результат - обеспечение работоспособности антенного обтекателя для условий одновременного удовлетворения воздействию превалирующих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494504
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.11.2013
№216.012.8649

Антенный обтекатель

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может использоваться преимущественно в конструкциях высокоскоростных ракет различных классов. Технический результат - увеличение длительности эксплуатационного режима за счет сохранения прочности соединения металл-керамика при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500055
Дата охранного документа: 27.11.2013
10.12.2013
№216.012.89f8

Способ определения коэффициента теплопроводности частично прозрачных материалов

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для определения коэффициента теплопроводности частично прозрачных керамических и стеклообразных материалов с учетом их прозрачности. Способ включает нестационарный нагрев поверхности образца в виде пластины радиационными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501002
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.03.2014
№216.012.a959

Способ получения кварцевой керамики с повышенной излучательной способностью

Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения, работающих в условиях воздействия высокотемпературных газовых потоков. Техническим результатом изобретения является снижение водопоглощения и повышение прочности и коэффициента черноты изделий. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509068
Дата охранного документа: 10.03.2014
20.04.2014
№216.012.b8f0

Способ получения высокоплотного водного шликера на основе кварцевого стекла

Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано при изготовлении изделий из кварцевой керамики методом водного шликерного литья в пористые формы. Предложен способ получения высокоплотного водного шликера на основе кварцевого стекла путем его помола в шаровой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513072
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.04.2014
№216.012.ba2d

Способ изготовления антенного обтекателя из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава

Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения типа керамической оболочки головного антенного обтекателя скоростных зенитных и авиационных ракет. Техническим результатом изобретения является упрощение технологии изготовления и снижение температуры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513389
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.05.2014
№216.012.c33a

Способ изготовления изделий из кварцевой керамики

Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения из кварцевой керамики. Технический результат изобретения - повышение прочности и снижение пористости изделий из кварцевой керамики при сохранении других характеристик на высоком уровне. Предложен способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515737
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.05.2014
№216.012.cb38

Способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов. Заявленный способ включает нагрев наружной поверхности обтекателя за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517790
Дата охранного документа: 27.05.2014
+ добавить свой РИД