Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении. Сообщение 1. Испытания односторонним давлением рабочей среды
Рассмотрены конструктивные особенности оборудования для исследования прочности и закономерностей разрушения листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении путем нагружения образцов односторонним давлением рабочей среды. Предложены решения ряда проблем методического характера, связан...
Збережено в:
| Дата: | 2001 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2001
|
| Назва видання: | Проблемы прочности |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46708 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении. Сообщение 1. Испытания односторонним давлением рабочей среды / Н.Р. Музыка // Проблемы прочности. — 2001. — № 5. — С. 141-148. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-46708 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-467082013-07-06T11:47:45Z Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении. Сообщение 1. Испытания односторонним давлением рабочей среды Музыка, Н.Р. Производственный раздел Рассмотрены конструктивные особенности оборудования для исследования прочности и закономерностей разрушения листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении путем нагружения образцов односторонним давлением рабочей среды. Предложены решения ряда проблем методического характера, связанных с испытаниями при высоких уровнях давления рабочей среды, что позволяет обеспечить необходимые режимы охлаждения образцов, снизить уровень энергии разрушения, повысить надежность и безопасность испытаний. Розглянуто конструктивні особливості устаткування для дослідження міцності і закономірностей руйнування листових конструкційних матеріалів при двовісному розтязі зразків одностороннім тиском робочого середовища. Запропоновано рішення ряду проблем методичного характеру, що пов’язані з випробуваннями при високих рівнях тиску робочого середовища. Це дозволить забезпечити необхідні режими охолодження зразків, знизити рівень енергії руйнування, підвищити надійность та безпеку випробувань. Design features of the equipment for studying strength and regularities of fracture of sheet structural materials in biaxial tension by subjecting specimens to one-sided pressure of a working medium are considered. Solutions were suggested for a number of methodological problems related to testing at high levels of pressure of a working medium. These solutions make it possible to provide necessary conditions of cooling of specimens, lower the level of fracture energy, and improve reliability and safety of the tests. 2001 Article Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении. Сообщение 1. Испытания односторонним давлением рабочей среды / Н.Р. Музыка // Проблемы прочности. — 2001. — № 5. — С. 141-148. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46708 620.105:620.171.3 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Музыка, Н.Р. Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении. Сообщение 1. Испытания односторонним давлением рабочей среды Проблемы прочности |
| description |
Рассмотрены конструктивные особенности оборудования для исследования прочности и
закономерностей разрушения листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении
путем нагружения образцов односторонним давлением рабочей среды.
Предложены решения ряда проблем методического характера, связанных с испытаниями
при высоких уровнях давления рабочей среды, что позволяет обеспечить необходимые
режимы охлаждения образцов, снизить уровень энергии разрушения, повысить надежность
и безопасность испытаний. |
| format |
Article |
| author |
Музыка, Н.Р. |
| author_facet |
Музыка, Н.Р. |
| author_sort |
Музыка, Н.Р. |
| title |
Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении. Сообщение 1. Испытания односторонним давлением рабочей среды |
| title_short |
Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении. Сообщение 1. Испытания односторонним давлением рабочей среды |
| title_full |
Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении. Сообщение 1. Испытания односторонним давлением рабочей среды |
| title_fullStr |
Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении. Сообщение 1. Испытания односторонним давлением рабочей среды |
| title_full_unstemmed |
Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении. Сообщение 1. Испытания односторонним давлением рабочей среды |
| title_sort |
оборудование для испытания листовых конструкционных материалов при двухосном растяжении. сообщение 1. испытания односторонним давлением рабочей среды |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2001 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46708 |
| citation_txt |
Оборудование для испытания листовых конструкционных
материалов при двухосном растяжении. Сообщение 1. Испытания
односторонним давлением рабочей среды / Н.Р. Музыка // Проблемы прочности. — 2001. — № 5. — С. 141-148. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT muzykanr oborudovaniedlâispytaniâlistovyhkonstrukcionnyhmaterialovpridvuhosnomrastâženiisoobŝenie1ispytaniâodnostoronnimdavleniemrabočejsredy |
| first_indexed |
2025-07-04T06:09:06Z |
| last_indexed |
2025-07-04T06:09:06Z |
| _version_ |
1836695522838052864 |
| fulltext |
УДК 620.105:620.171.3
Оборудование для испытания листовых конструкционных
материалов при двухосном растяжении. Сообщение 1. Испытания
односторонним давлением рабочей среды
Н. Р. М узыка
Институт проблем прочности НАН Украины, Киев, Украина
Рассмотрены конструктивные особенности оборудования для исследования прочности и
закономерностей разрушения листовых конструкционных материалов при двухосном растя
жении путем нагружения образцов односторонним давлением рабочей среды.
Предложены решения ряда проблем методического характера, связанных с испытаниями
при высоких уровнях давления рабочей среды, что позволяет обеспечить необходимые
режимы охлаждения образцов, снизить уровень энергии разрушения, повысить надежность
и безопасность испытаний.
Разработка новых изделий криогенного и химического машиностро
ения, энергетики, хранения и транспортировки сжиженных газов, повы
шение эффективности и надежности их работы требуют проведения соот
ветствующих исследований прочности и закономерностей разрушения кон
струкционных материалов в условиях, максимально приближенных к усло
виям эксплуатации. Широко известные методики испытаний листовых мате
риалов достаточно сложно реализовать в случае их применения для иссле
дования конструкций (сосудов, мембран и др.), эксплуатируемых при высо
ких уровнях давления рабочей среды, особенно при температуре, отлича
ющейся от комнатной. Большие трудности возникают при создании испыта
тельного оборудования, удовлетворяющего вышеуказанным условиям на
гружения образца, начиная с выбора принципиальной схемы устройства и
заканчивая обеспечением мер безопасности проведения испытаний. В связи
с этим интенсифицировались поисковые работы по созданию новых мето
дик и средств механических испытаний листовых конструкционных матери
алов при двухосном нагружении в условиях криогенных температур, в
частности при одностороннем давлении рабочей среды.
В данной работе предлагаются возможные технические решения по
модернизации существующих испытательных средств и созданию нового
оборудования для проведения подобных испытаний, что позволит решить
ряд методических проблем.
При испытаниях полых изделий внутренним давлением их разрушение
может сопровождаться взрывной волной большой энергии. В этом случае
изделие устанавливается в защитный корпус, гасящий энергию взрыва [1].
Обеспечение необходимой прочности корпуса при уровнях давления рабо
чей среды, исчисляемых сотнями атмосфер, приводит к увеличению его
материалоемкости. Однако массивность защитного корпуса обусловливает
повышенные теплопритоки к испытуемому изделию, что существенно за
трудняет испытания при низких температурах. Для исключения теплопри-
токов испытуемый сосуд размещается внутри тонкостенной легкодеформи-
руемой емкости, выполняющей роль теплового экрана. Пространство между
© Н. Р. МУЗЫКА, 2001
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, N 5 141
Н. Р. Музыка
емкостью и защитным корпусом вакуумируется, а зазор между емкостью и
испытуемым образцом заполняется хладагентом, что позволяет установить
фиксированную температуру испытаний при небольшом расходе последнего.
На рис. 1 представлена схема криостата для испытаний сосудов внут
ренним давлением (до 100 МПа) рабочей среды при низких температурах
(до 4 К) [2]. Сосуд 1 размещается внутри тонкостенной емкости 2 , повторя
ющей форму сосуда и предназначенной для создания благоприятных усло
вий охлаждения до заданной температуры испытаний. На наружной поверх
ности тонкостенной емкости закреплен змеевик 3, соединяющий емкость 2 с
газгольдером. Защитный корпус 4 окружен автономной охлаждающей ру
башкой 5. Пространство между защитным корпусом 4, тонкостенной емко
стью 2 и корпусом 6 криостата вакуумируется. После предварительного
охлаждения сосуда жидким азотом его продувают газообразным гелием, а в
тонкостенную емкость заливают жидкий гелий, пары которого поступают в
змеевик, что повышает эффективность экранирования сосуда от теплопри-
токов. Нагружение сосуда осуществляется парожидкой смесью гелия под
высоким давлением. При его разрушении, сопровождающемся взрывом,
тонкостенная емкость разрушается, давление газа в объеме защитного кор
пуса резко возрастает, вследствие чего диафрагма 7 разрушается, открывая
доступ газообразного гелия в газгольдер.
б 1 2
Рис. 1. Схема криостата для испытания полых изделий внутренним давлением.
В существующих конструкциях испытательных устройств для проведе
ния низкотемпературных испытаний плоских образцов односторонним дав
лением рабочей среды образец закрепляется путем защемления его пери
ферийной части с помощью фланца, зажимной гайки или гидроприжима,
снабженного системой генерации давления. При этом с целью предотвра
142 ШБИ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5
Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов
щения затягивания в матрицу переферийной части образца ее ширина
должна быть не менее 0,25...0,3 диаметра матрицы [3]. Выполнение этого
требования приводит к большим габаритам запорного блока и, как следст
вие, к увеличению его массы, что существенно затрудняет получение требу
емой температуры образца при его охлаждении.
На рис. 2 показана схема устройства для испытаний плоских образцов
на выпучивание при низких температурах. Для данного устройства харак
терны низкий уровень рабочих усилий закрепления образца и малая мате
риалоемкость запорного блока [4].
Рис. 2. Схема устройства для двухосного растяжения листового материала.
Образец 1 устанавливается в стакане 2 и защемляется матрицей 3,
соединенной со стаканом посредством упорной резьбы. С помощью нажим
ной гайки 4 и вращения поворотной обоймы 5 производится деформи
рование фланцевой части образца. При этом шарики 6, обкатываясь по
поверхности образца, формируют кольцевой зиг, после чего с помощью
нажимной гайки они жестко защемляются между образцом и обоймой.
Охлаждение образца до заданной температуры испытаний осуществляется
путем подачи парожидкой смеси гелия к образцу через распылитель. Дефор
мирование образца под действием газообразной рабочей среды сопровож
дается появлением сил утяжки фланцевой части образца в матрицу. Это
приводит к заклиниванию шариков и появлению большой величины сил
трения верчения шариков вокруг собственной оси, исключающих проскаль
зывание образца.
Не менее важно принимать меры по снижению уровня рабочего давле
ния в системе нагружения образца. Это особенно актуально при проведении
испытаний в условиях низких температур, поскольку рабочая жидкость,
применяемая для нагружения образца, становится вязкой или затвердевает.
ТББЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 143
Н. Р. Музыка
Так, жидкий азот кристаллизуется при Т = 63 К под давлением 1,7 МПа, а
жидкий гелий - при Т = 4,3 К под давлением 14 МПа [5]. Кроме того,
снижение уровня рабочего давления способствует уменьшению материало
емкости запорного блока и повышению безопасности испытаний.
Рис. 3. Схема установки для испытания плоских образцов большого диаметра при низких
температурах.
На рис. 3 показана схема установки для испытаний плоских образцов
(толщина 1-2 мм, рабочий диаметр 400 мм) односторонним давлением
рабочей среды (до 10 МПа) в диапазоне низких температур (20...293 К). При
проведении испытаний в нормальных температурных условиях образец 1 по
периферийной части закрепляется в матрице 2 с помощью гайки 3 и равно
мерно расположенных над кольцевой канавкой в днище стакана 4 болтов 5 и
нажимных болтов 6. Этому способствует также выполненная на опорной для
образца плоскости матрицы кольцевая насечка, вершины зубцов которой
направлены в сторону, противоположную утягиванию образца. Уплотнение
образца осуществляется за счет резиновых колец. При низкотемпературных
испытаниях закрепление и герметизация образца достигаются путем при
варки его по торцу к промежуточной шайбе (рис. 4). Такое конструктивное
решение закрепления образца по сравнению с принятым в практике закреп
лением подобных образцов с помощью гидроприжимов [3] обеспечило
уменьшение нормы [6] на ширину периферийной защемляемой части до
0,18...0,2 диаметра матрицы и позволило отказаться от схемы закрепления
его массивным поршнем с гидросистемой, которые являются источником
144 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5
Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов
теплопритоков к испытуемому образцу. Благодаря этому стало возможным
проводить испытания образцов достаточно больших размеров, что, в свою
очередь, позволило снизить уровень давления рабочей среды при испытании
в условиях криогенных температур. Недостаток конструктивного решения
состоит в том, что после каждого испытания разрушенный образец удаля
ется путем обработки промежуточной шайбы.
При испытании листового материала весьма актуальной задачей явля
ется уменьшение аккумулируемой упругой энергии сжатого газа, что обес
печивает повышение безопасности. Эту задачу можно решить путем сохра
нения первоначального объема газовой полости под образцом, независимо
от величины его деформирования. Схема такого устройства представлена на
рис. 5 [7]. Образец 1 из листового материала жестко закрепляется между
фланцами корпуса 2 и съемного днища 3. Корпус заполняется сыпучим
балластом 4 из мелких металлических шариков диаметром 1—3 мм. С кор
пусом соединена по резьбе шайба 5, скрепленная со штоком 6, имеющим
уплотнительные фторопластовые кольца. При испытании образец выпучи
вается вниз. Под действием силы тяжести уровень балласта в корпусе
понижается, клемма 7 опускается вместе с балластом и перестает контакти
ровать со штоком 6. В этот момент электродвигатель 8 опускает шток до
соприкосновения с клеммой 7, включенной в цепь управления 9 работой
электродвигателя. Таким образом, на протяжении всего испытания шток
автоматически перемещается вслед за поверхностью сыпучего балласта,
поддерживая объем полости над испытуемым образцом постоянным. Это
позволяет избежать при разрушении образца взрыва большой силы.
Существенная проблема при испытании листовых материалов одно
сторонним давлением рабочей среды — снижение влияния на плоское напря
женное состояние в образце краевого эффекта у жестко защемленного
контура образца, обусловленного действием в заделке изгибающих момен
тов и перерезывающих сил, искажающих картину мембранных напряжений
[8]. Вследствие этого зона однородного напряженно-деформированного со
стояния значительно уменьшается, а вероятность разрушения образца в
области защемления увеличивается. Для повышения надежности проведе
ния испытаний и уменьшения степени влияния краевого эффекта в устрой
стве, схема которого показана на рис. 6, между образцом 1 и матрицей 2
размещается упругий элемент 3 переменной жесткости, выполненный в
виде набора кольцевых рессор [9]. Последние изготовляют из листовой
стали марки 60С2А, термообработанной до твердости 45...50 НЯСэ. С
наружной и внутренней стороны рессоры выполнены радиальные прорези
(рис. 7). При работе рессоры прогибаются, не позволяя испытуемому образ-
1ББИ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 145
1 2
Рис. 4. Схема уплотнения образца: 1 - образец; 2 - шайба.
цу резко перегибаться по контуру отверстия матрицы. Вследствие того что
изгиб рессор сопровождается их относительным скольжением между собой,
трение между рабочей поверхностью матрицы и образцом существенно
снижается, что позволяет, в свою очередь, увеличить степень деформи
рования образца при испытании. Кроме того, применение кольцевых рессор
уменьшает износ матрицы.
Н. Р. Музыка
Рис. 5. Схема устройства для испытания листовых материалов при двухосном растяжении в
условиях низких температур.
Рис. 6. Схема устройства для испытания плоских образцов на двухосное растяжение.
146 ШБЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5
Оборудование для испытания листовых конструкционных материалов ...
Рис. 7. Кольцевая рессора.
Предложенное оборудование представляет развитие средств испытаний
листовых конструкционных материалов односторонним давлением рабочей
среды. Идеи, реализованные в рассмотренных устройствах, позволяют ре
шить ряд проблем методического характера, с которыми сталкиваются
экспериментаторы при проведении испытаний образцов и натурных изде
лий, изготовленных из листовых материалов, на двухосное растяжение при
низких температурах.
Р е з ю м е
Розглянуто конструктивні особливості устаткування для дослідження міц
ності і закономірностей руйнування листових конструкційних матеріалів
при двовісному розтязі зразків одностороннім тиском робочого середовища.
Запропоновано рішення ряду проблем методичного характеру, що пов’язані
з випробуваннями при високих рівнях тиску робочого середовища. Це
дозволить забезпечити необхідні режими охолодження зразків, знизити рі
вень енергії руйнування, підвищити надійность та безпеку випробувань.
1. Н овиков Н. В., Ф илин Н. В., Городы ский Н. И. и др. Прочность мате
риалов и конструкций криогенной техники / Под ред. Н. В. Новикова. -
Киев: Наук. думка, 1992. - 280 с.
2. А. с. 849040 С С С Р МКИ3 001 N 3/18, 001 N 3/12. Криостат для
испытания полых изделий внутренним давлением / Н. Р. Музыка, Б. И.
Юрченко, М. Д. Митликин. - Опубл. 25. 07. 81, Бюл. № 27.
3. К уркин С. А., Л укьянов В. Д ., К рум болъдт М . Н . Проектирование
установок для испытания при двухосном растяжении // Пробл. проч
ности. - 1973. - № 12. - С. 89 - 94.
4. А. с. 1322118 С С С Р МКИ4 001 N 3/10. Устройство для двухосного
растяжения листового материала / Н. Р. Музыка. - Опубл. 07. 07. 87,
Бюл. № 25.
5. С правочник по физико-техническим основам глубокого охлаждения /
Под ред. М. П. Малкова. - М.; Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 100 с.
6. К уркин С. А . Прочность сварных тонкостенных сосудов, работающих
под давлением. - М.: Машиностроение, 1976. - 134 с.
0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 147
7. А. с. 811101 С С С Р МКИ3 в01 N 3/18. Установка для испытаний
образцов листовых материалов на прочность при сложном напря
женном состоянии / А. И. Петренко, Н. Р. Музыка. - Опубл. 07. 03. 81,
Бюл. № 9.
8. К ант орович 3. Б . Основы расчета химических машин и аппаратов. - М:
Машгиз, 1960. - 137 с.
9. А. с. 706741 С С С Р МКИ2 в01 N 3/10. Устройство для испытаний
плоских образцов на двухосное растяжение / А. А. Лебедев, Н. Р.
Музыка. - Опубл. 30. 12. 79, Бюл. № 48.
Поступила 30. 05. 2000
Н. Р. Музыка
148 ISSN 0556-171Х. Проблемы! прочности, 2001, № 5
|