Результат интеллектуальной деятельности: Опора испытательной установки на одноосное сжатие для крепления образцов из материалов преимущественно растительного происхождения

Изобретение относится к технике исследования деформационно-прочностных свойств материалов преимущественно растительного происхождения. Их общий признак заключается в клеточном строении таких материалов. Оно также может быть применено для аналогичных исследований других продуктов биологического происхождения с клеточной структурой, а также легкодеформируемых заполненных жидкостью пористых материалов.

В связи с неоднородностью свойств материалов биологического происхождения, в том числе растительного, и вытеканием клеточной жидкости из клеток, разрезанных при изготовлении образца и из разрушаемых клеток в процессе испытаний, образцы при сжатии могут скользить по опоре с гладкой поверхностью и смещаться относительно линии сжатия, увеличивая ошибки в результатах испытаний. В этой связи применяют специальные опоры с фиксаторами на них.

Известна опора устройства для испытания на сжатие образцов на длительную и кратковременную нагрузку, включающая нажимную плиту с поперечной к линии сжатия и обращенной к образцу опорной поверхностью с фиксирующим образец периферийным кольцевым выступом (патент RU 2 523 769 от 03.12.2012, МПК G01N 3/10). Своим периферийным кольцевым выступом он препятствует радиальной деформации образца, тем самым создавая неравномерную деформацию у поверхности контакта образца с нажимной плитой, искажая результаты испытаний.

Известна также опора испытательной установки на одноосное сжатие для крепления образцов из материалов преимущественно растительного происхождения, включающая нажимную плиту с поперечной к линии сжатия и обращенной к образцу опорной поверхностью с фиксирующим образец элементом в виде радиальных ребер (патент RU 2 698 738 МПК G01N 3/04 (2006.01) и G01N 3/08 (2006.01), СПК G01N 3/04 (2019.05) и G01N 3/08 (2019.05). Осевая симметрия расположения ребер относительно линии сжатия требует повышенной точности установки образца и высокой однородности его свойств, что затрудняет проведение испытаний и влияет на их результаты.

По совокупности технических признаков, общих с заявляемой опорой, за прототип принят патент RU 2698 738.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности результатов деформационно-прочностных испытаний на сжатие образцов материалов преимущественно растительного происхождения.

Указанный результат достигается тем, что опора испытательной установки на одноосное сжатие для крепления образцов из материалов преимущественно растительного происхождения включает нажимную плиту с поперечной к линии сжатия и обращенной к образцу опорной поверхностью с фиксирующим образец элементом. При этом фиксирующий элемент, имеет со стороны крепления образца шероховатую поверхность в виде круга или кольца, соосную линии сжатия. Кроме того, фиксирующий элемент с шероховатой поверхностью может быть выполнен в виде сменной пластины, крепящейся на нажимной плите, и шероховатая поверхность может быть образована шлифовальной шкуркой или наждачной бумагой. Шероховатая поверхность может быть выполнена кольцевыми канавками, соосными линии сжатия.

Образцы биологических материалов клеточного строения, в том числе растительного происхождения, например, картофеля, готовят вырезанием их из массива мякоти. Для визуализации процесса хрупкого разрушения сжатием готовят образцы высотой, составляющей 2-3 их диаметра. При установке оси образцов по линии сжатия и при таком соотношении длины образца к диаметру необходимо обеспечить их неподвижность на опоре вплоть до разрушения. Однако, из разрушенных клеток при вырезании и в процессе сжатия, также сопровождающегося разрушением клеток, на поверхность образцов вытекает клеточная жидкость, создающая малый коэффициент трения материала образца по опорной поверхности. В связи с этим, а также с тем, что сама мякоть является неоднородной и воздействие фиксирующего элемента в прототипе испытательной установки с ребрами на материал образца неравномерно, примыкающий к опоре материал образца может смещаться в сторону от линии сжатия. Выполнение со стороны крепления образца фиксирующего элемента с шероховатой поверхностью в виде круга или кольца, соосной линии сжатия, равномерно распределяет нагрузку по всей площади контакта образца с опорой и потому препятствует его смещению в сторону от линии сжатия. Выполнение фиксирующего элемента с шероховатой поверхностью в виде сменной пластины, крепящейся на нажимной плите, позволяет заранее иметь набор таких пластин с различающейся шероховатостью и оперативно подбирать вид шероховатости под конкретный материал образца. Шероховатая поверхность фиксирующего элемента, созданная шлифовальной шкуркой или наждачной бумагой, удешевляет его изготовление и замену шероховатой поверхности. Шероховатая поверхность, выполненная в виде концентрических кольцевых канавок, соосных линии сжатия, позволяет создавать шероховатость требуемого профиля, например, с гладкой поверхностью гребней, которая в малой степени разрушает клеточную структуру образца в зоне контакта с опорой, тем самым повышая точность результатов испытаний.

Изобретение поясняется семью фигурами. На фиг. 1 схематично изображена испытательная установка на одноосное сжатие образцов из материалов преимущественно растительного происхождения, на фиг. 2 - вырез А в увеличенном масштабе опоры с фиксирующим элементом с шероховатой поверхностью в виде круга или кольца, на фиг. 3 - вырез А опоры с фиксирующим элементом в виде сменной пластины, крепящейся на нажимной плите. На фиг. 4 показан вид по стрелке B опоры с фиксирующим элементом, имеющим шероховатую поверхность в виде круга, диаметр которого меньше диаметра d образца, на фиг. 5 - вид А опоры с фиксирующим элементом, имеющим шероховатую поверхность в виде круга, диаметр которого больше диаметра d образца, на фиг. 6 - вид А опоры с фиксирующим элементом, имеющим шероховатую поверхность в виде кольца. На фиг. 7 показана шероховатая поверхность, выполненная в виде концентрических кольцевых канавок 14, соосных линии сжатия.

В испытательной установке на одноосное сжатие образцов из материалов преимущественно растительного происхождения имеется две опоры 1 и 2 (фиг. 1). Они установлены соосно линии сжатия 3 образца 4. Опора включает нажимную плиту 5 с поперечной к линии сжатия 3 и обращенной к образцу 4 диаметром d опорной поверхностью 6 с фиксирующим образец 4 элементом 7 (фиг. 2) или 8 (фиг. 3). Фиксирующие элементы 7 и 8 имеют со стороны крепления образца 4 шероховатую поверхность 9, расположенную соосно линии сжатия 3. Шероховатая поверхность 9 может быть образована накаткой, или точением, или штампованием, или травлением, или напылением, или эрозивной обработкой, или любым иным способом. Вторая опора испытательной установки может быть выполнена иным образом.

Фиксирующий элемент 8, крепящейся на нажимной плите 5, показан на фиг. 3 выполненным в виде сменной пластины, материалом которой образована шероховатая поверхность 9.

Контур торцевой опорной поверхности образца 4 показан на фиг. 4-6 штрих-двухпунктирной линией 10. Шероховатая поверхность 9, может быть выполнена в виде круга 11, диаметр которого меньше диаметра образца d с контуром 10 (фиг. 4), или круга 12, большего, чем d (фиг. 5), или в виде кольца 13 (фиг. 6).

Шероховатая поверхность 9 фиксирующего элемента 7 образована шлифовальной шкуркой или наждачной бумагой, скрепленной с нажимной плитой 5, что позволяет экономно подбирать параметр шероховатости заменой шкурки в зависимости от свойств материала образца 4.

Шероховатая поверхность, выполненная в виде концентрических кольцевых канавок 14, соосных линии сжатия, позволяет создавать шероховатость требуемого вида, например, с гладкой поверхностью гребней 15 (фиг. 7).

Опора участвует в процессе сжатия образца следующим образом.

В испытательной установке на одноосное сжатие между опорами 1 и 2 соосно линии сжатия 3 устанавливается образец 4 преимущественно растительного происхождения. Под действием продольной силы F образец 4 сжимается. Его торцевая поверхность вдавливается в неровности шероховатой поверхности 9, что препятствует смещению образца 4 от линии сжатия 3. В результате образец 4 сохраняет свое центральное положение на нажимной плите 5 в опоре.

Круглые 11 и 12 или кольцевая 13 формы фиксирующих образец элементов 7 и 8 с шероховатой поверхностью 9, а также величина их диаметров, подбираются в зависимости от физико-механических свойств материала образца 4 и соотношения длины образца 4 к его диаметру. С целью удешевления изготовления, подбора и замены изнашивающейся шероховатой поверхности 9 фиксирующий элемент 7 выполняется из сменной шлифовальной шкурки или наждачной бумаги, которую крепят на опорной поверхности 6. Шлифовальная шкурка или наждачная бумага могут крепиться на сменной жесткой пластине 8. Наличие пластин 8 с различными свойствами шероховатости ускоряет время ее замены. Чем неоднороднее свойства и больше клеточной жидкости выделяется из разрушаемого сжатием образца 4, тем выше должна быть шероховатость поверхности 9. Гладкая поверхность гребней 15 в малой степени разрушает материал образца, сжимаемого силой F, тем самым повышая точность результатов испытаний.