Результат интеллектуальной деятельности: Способ испытания полимерных материалов на сдвиг и образец для его осуществления

Изобретение относится к области механических испытаний материалов на прочность, в частности к испытаниям на сдвиг образцов из полимерных материалов, способных испытывать большие деформации.

Известен способ испытания на сдвиг, когда два образца для испытания приклеиваются к захватам круглой формы, внешние захваты неподвижно закрепляются, а сдвиг осуществляется перемещением внутреннего захвата (см. Ragni L., Tubaldi E., Dall'Asta A., Ahmadi H., Muhr A. Biaxial shear behaviour of HDNR with Mullins effect and deformation-induced anisotropy // Engineering Structures. Elsevier, 2018. V. 154 P. 78-92 – https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141029617317613?via%3Dihub).

Этот способ имеет недостаток – необходимость приклеивать испытываемый образец к захватам. Это ограничивает применение метода свойствами применяемого клея и прочностью склейки.

Наиболее близким по техническому исполнению к заявляемому способу является способ испытания на сдвиг, когда четыре образца из резины приклеиваются с одной стороны к неподвижным пластинкам, а с другой стороны, к захватам, которые крепятся к испытательной машине и перемещаются во время испытания (Натуральный каучук: ч.2 Пер. с англ. / Под ред. А. Робертса – М.: Мир, 1990. С. 424-428).

Недостатком прототипа является зависимость результатов испытания от прочности склейки образцов с деталями захватов, это делает возможным осуществление только малых деформаций образцов во время испытания.

Задачей изобретения является увеличение надёжности закрепления испытываемых образцов в захваты, предотвращение их выскальзывания из захватов во время испытаний.

Поставленная задача решается благодаря тому, что образец для испытания материала на сдвиг выполнен с лопатками, при помощи которых образец крепится к подвижным захватам посредством прижимных винтов и прижимных пластинок. Для надёжного закрепления образца в захватах лопатки имеют размеры большие, чем рабочая часть образца. За счёт этого увеличивается площадь прижима лопаток, что даёт возможность надёжно закрепить образец без его выскальзывания из захватов во время испытания. Рабочая часть образца соединена с лопатками с помощью галтелей. Для исключения выскальзывания образца из захватов лопатки образца сначала приклеиваются к захватам, а после прижимаются к ним винтами.

Захваты и прижимные пластины имеют пазы, чтобы во время прижимания материал не выдавливался из захватов. Перемещение захватов ограничено в двух направлениях, захваты движутся по направляющим вдоль оси нагружения как в одну, так и в противоположную сторону.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат – надёжное закрепление образцов в захватах при проведении испытания на сдвиг, отсутствие концентрации напряжений в месте соединения рабочей части образца с лопатками для закрепления образца в захваты, устранение погрешности испытаний за счёт исключения потери соосности захватов во время испытания путём перемещения их по направляющим только вдоль оси нагружения и исключения перемещения в других направлениях, проведение испытания в двух противоположных направлениях. Надёжное механическое закрепление образца в захватах позволяет проводить испытания в области больших деформаций, а не только в упругой области нагружения.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На Фиг. 1 представлен образец с рабочей областью (1), закреплённый в захватах (2, 3) с помощью прижимных пластин (4), прижатых винтами (5) к захватам.

На Фиг. 2 изображён образец для испытания на сдвиг.

На Фиг 3 изображены пазы (11) в зажимной части захватов и в прижимных пластинах.

Где использованы следующие обозначения:

F – сдвиговое усилие,

L – ширина рабочей части образца;

a, b – размеры перемещений испытания;

l₀ – начальная длина рабочей части образца;

h – толщина образца.

Образец для испытания полимерных материалов на сдвиг состоит из двух рабочих областей 1, соединённых с лопатками 9 (зажимные части образца) с помощью галтелей 10. Лопатки 9 образца имеют размеры большие, чем рабочая часть 1. Это предотвращает выскальзывание образца из захватов во время испытания.

Галтели 10, выполненные в местах соединения рабочей части 1 образца с лопатками 9, вносят некоторую погрешность в эксперимент, но исключают нанесение дефектов в местах соединения с захватами во время изготовления образца и исключают концентрацию напряжений в местах соединения. Галтели отсутствуют в случае, если образец изготовлен в виде прямоугольника, при этом лопатка 9 образца по длине равна ширине рабочей части образца L.

Способ испытания полимерных материалов на сдвиг осуществляется следующим образом.

Образец для испытания крепится в захваты 2 и 3 прижимными пластинами 4, с помощью винтов 5. Для большей надёжности закрепления в захватах лопатки образца могут быть предварительно приклеены к захватам и прижимным пластинкам, если захваты и пластинки плоские, не имеют пазов 11.

Для несжимаемых материалов, объём которых не изменяется во время сжатия – прижима в захватах – например, резины, выдавливание материала из захватов может достигать больших величин и исказить начальные условия эксперимента. Для исключения или минимизации этого эффекта в захватах 2, 3 и в прижимных пластинках 4 изготавливаются пазы 11, куда помещаются излишки материала при сдавливании лопаток. Таким образом можно избежать выдавливание испытываемого материала из захватов.

Направляющие 6 ограничивают поперечное перемещение образца во время испытания и определяют величину хода подвижного захвата 2 или 3. Прижимные планки 7 и 8, которые устанавливаются с двух сторон захватов, также ограничивают свободу перемещения. Таким образом, свобода перемещения захватов ограничивается в двух направлениях и остаётся одно – направление перемещения вдоль оси нагружения.

После закрепления образца в захватах производится испытание на сдвиг путём перемещения захватов 2 и 3 друг относительно друга вдоль оси испытания в одном или в обоих направлениях в зависимости от целей испытания. Величина хода захватов определяется расстояниями a и b направляющих. При закреплении рабочей части в центре изготовленных направляющих 6 a=b испытание на сдвиг возможно при перемещении захватов в разных направлениях проходя через нулевую точку – несдвинутое состояние. При необходимости, можно поместить рабочую часть образца на краю направляющей зоны, тогда расстояние перемещения на сдвиг увеличится на величину а+b. Испытания на сдвиг можно проводить в циклическом режиме нагрузка-разгрузка или нагрузка в одном направлении – разгрузка до 0 деформации – нагрузка в противоположном направлении – разгрузка до 0 деформации и т.д. необходимое число циклов.

Предлагаемая конструкция захватов и форма образца для испытания рассчитана на одновременное испытание двух рабочих частей образца; площадь поверхности сдвига для этих образцов рассчитывается по формуле 2(L×h).