RU2568333C1

RU2568333C1 - Device for bending testing of samples

Info

Publication number: RU2568333C1
Application number: RU2014124604/28A
Authority: RU
Inventors: Виллий Андреевич Мехеда
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2015-11-20

Abstract

FIELD: testing equipment.

SUBSTANCE: device comprises two support elements for fixing the test sample, having the ability to rotate, and a mechanism creating a bending moment. The support elements for fixing the test sample and the mechanism creating a bending moment are made in the form of two step servodrives, the axes of which are fixedly connected through extensions with the sample which axis is perpendicular to the axes of the step servodrives. The step servodrives are made with the ability to move in the longitudinal direction of the sample by a hinge mechanism consisting of two rigid frames connected with housings of the step servodrives with the parallel rods of equal length with cylindrical pivots at their ends. The device additionally comprises a strain-gauge station connected to the computer and the resistance strain gauges mounted on the extensions.

EFFECT: opportunity to implement the kinematic or soft modes of loading the sample, while it is possible to use both the mode of lateral bending of sample and the mode of pure shear in the middle section of the sample.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для экспериментальных исследований прочностных свойств и процессов накопления усталостных повреждений в поверхностных слоях образцов из конструкционных материалов в зависимости от закона изменения на поверхности образца напряжения и его градиента.The invention relates to testing equipment, namely, devices for experimental studies of strength properties and the processes of accumulation of fatigue damage in the surface layers of samples of structural materials, depending on the law of change on the surface of the sample voltage and its gradient.

Известны устройства (машины типа DVL) для испытаний образцов конструкционных материалов на изгиб (Школьник Л. М. Методика усталостных испытаний. Справочник. - М.: Металлургия, 1978. - 304 с.), в которых концы плоского образца жестко закреплены в зажимах двух стоек. Одна из стоек шарнирно соединена с консольным динамометром, а другая стойка - с качающимся рычагом. Колебания системы возбуждаются кривошипным механизмом через шатуны шарнир правой стойки. Колеблющаяся система усталостной машины фиксируется на станине при помощи жесткого основания динамометра и шарнирной опоры рычага. Нагрузка на образец определяется оптически по прогибу конца динамометра, пропорциональному величине изгибающего момента.Known devices (machines of the DVL type) for testing samples of structural materials for bending (Shkolnik L. M. Method of fatigue tests. Handbook. - M .: Metallurgy, 1978. - 304 S.), in which the ends of a flat sample are rigidly fixed in the clamps of two racks. One of the racks is pivotally connected to the cantilever dynamometer, and the other rack - with a swinging lever. Oscillations of the system are excited by the crank mechanism through the connecting rods of the hinge of the right strut. The oscillating system of the fatigue machine is fixed on the bed using the rigid base of the dynamometer and the articulated support of the lever. The load on the sample is determined optically by the deflection of the end of the dynamometer, proportional to the magnitude of the bending moment.

Недостатком известного устройства испытания образцов на изгиб является неточность нагружения образца чистым изгибом из-за наличия осевых сил и дополнительного изгибающего момента от них на прогибах образца, что приводит к неравномерному распределению момента по длине образца, ограниченность испытаний стационарным гармоническим нагруженном.A disadvantage of the known device for testing samples for bending is the inaccuracy of loading the sample with pure bending due to the presence of axial forces and an additional bending moment from them at the deflections of the sample, which leads to an uneven distribution of the moment along the length of the sample, limited testing by stationary harmonic loaded.

Известна установка для испытания образцов на малоцикловую усталость при чистом изгибе, содержащая привод, подвижные захваты, один из которых допускает перемещение конца образца вдоль захвата, рычажный передаточный механизм, согласно изобретению захваты шарнирно присоединены к ползунам, захваты соединены между собой шарниром, расположенным на одинаковом расстоянии от захватов, к которому присоединен также рычажный механизм, в нейтральном положении шарнир, соединяющий захваты, шарнирные соединения ползунов и серединная поверхность образца расположены в одной плоскости, направляющие ползунов параллельны этой плоскости, а часть звеньев рычажного механизма имеют переменную длину (RU 2262682 МПК G01N 3/20, опубл. 20.10.2005).A known installation for testing samples for low-cycle fatigue with clean bending, comprising a drive, movable grippers, one of which allows the end of the sample to move along the gripper, a lever transmission mechanism, according to the invention, the grippers are pivotally attached to the sliders, the grips are interconnected by a hinge located at the same distance from the grips, to which the linkage mechanism is also connected, in the neutral position the hinge connecting the grips, the hinge joints of the sliders and the middle surface of the samples are located in one plane, the sliders guides are parallel to this plane, and part of the links of the linkage mechanism have a variable length (RU 2262682 IPC G01N 3/20, publ. 20.10.2005).

Недостатком известного устройства является функциональная ограниченность нагружения образцов только симметричными циклами и циклами со средним значением, невозможны испытания образцов различной длины, предельный уровень деформирования образца ограничен искривлением продольной оси образца до полуокружности.A disadvantage of the known device is the functional limitation of loading samples only with symmetrical cycles and cycles with an average value, it is impossible to test samples of different lengths, the maximum level of deformation of the sample is limited by curving the longitudinal axis of the sample to a semicircle.

Наиболее близким аналогом является устройство для испытания образцов на прочность, содержащее два опорных элемента для закрепления испытываемого образца, имеющих возможность поворота, и механизм, создающий изгибающий момент. Опорные элементы выполнены в виде осей одноосных тележек, механизм, создающий изгибающий момент, представляет собой грузы, подвешенные на нитях, перекинутых через барабаны, закрепленные на осях тележек, при этом на концах осей в подшипниках установлены колеса, имеющие возможность перемещения по горизонтальной поверхности (RU 2160892 МПК G01N 3/20, опубл. 20.12.2000).The closest analogue is a device for testing samples for strength, containing two supporting elements for fixing the test sample, with the possibility of rotation, and a mechanism that creates a bending moment. The supporting elements are made in the form of axes of uniaxial bogies, the mechanism that creates a bending moment consists of loads suspended on threads thrown through drums mounted on the axles of the bogies, while wheels are installed at the ends of the axles in bearings, which can be moved on a horizontal surface (RU 2160892 IPC G01N 3/20, publ. 20.12.2000).

Недостатком известного устройства является функциональная ограниченность: невозможно знакопеременное нагружение, невозможно нагружение по заданному во времени закону, при переходе с одного уровня нагрузки на другой трудно выдержать постоянным равенство масс подвешенных на нитях грузов, в этот момент нарушается чистый изгиб образца, что недопустимо при испытаниях реономных материалов.A disadvantage of the known device is functional limitation: it is impossible to alternate loading, it is impossible to load according to the law specified in time, when moving from one load level to another it is difficult to maintain constant equality of masses of suspended loads on the threads, at this moment the net bending of the sample is violated, which is unacceptable during rheonomic tests materials.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.The objective of the invention is to expand the functionality of the device.

Это достигается тем, что в устройстве для испытания образцов на изгиб, содержащем два опорных элемента для закрепления испытываемого образца, имеющих возможность поворота, и механизм, создающий изгибающий момент, согласно изобретению, опорные элементы для закрепления испытываемого образца и механизм, создающий изгибающий момент, выполнены в виде двух шаговых сервоприводов, оси которых жестко соединены через удлинители с образцом, ось которого перпендикулярна осям шаговых сервоприводов, шаговые сервоприводы выполнены с возможностью перемещения в продольном направлении образца с помощью шарнирного механизма, состоящего из двух жестких рамок, соединенных с корпусами шаговых сервоприводов параллельными стержнями одинаковой длины с цилиндрическими шарнирами на концах, устройство дополнительно содержит тензостанцию, подсоединенную к компьютеру и тензорезисторам, установленным на удлинителях.This is achieved by the fact that in the device for testing specimens for bending, containing two support elements for securing the test specimen, having the ability to rotate, and the mechanism that creates the bending moment, according to the invention, support elements for securing the test specimen and the mechanism that creates the bending moment, are made in the form of two step servos, the axes of which are rigidly connected through extensions to a sample whose axis is perpendicular to the axes of the step servos, the step servos are made with the possibility of rearrangements within the longitudinal direction of the sample via the articulated mechanism consisting of two rigid frames joined with housings stepper servo parallel rods of equal length with cylindrical hinges at the ends, the apparatus further comprises strain-gauge station connected to the computer and strain gages mounted on the extension piece.

Кроме того, в жестких рамках выполнены дополнительные отверстия для перестановки стержней в зависимости от длины используемых образцов.In addition, in a rigid framework, additional holes were made for moving the rods depending on the length of the samples used.

Устройство поясняется чертежами, гдеThe device is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 приведен общий вид устройства для испытания образцов на изгиб,in FIG. 1 shows a General view of the device for testing samples on bending,

на фиг. 2 представлена функциональная схема автоматизированного управления испытаниями.in FIG. 2 is a functional diagram of an automated test management.

Устройство содержит два шаговых сервопривода 1 и удлинители 2, передающие момент с осей шаговых сервоприводов на образец 3, ось которого перпендикулярна осям шаговых сервоприводов 1, корпуса шаговых сервоприводов 1 подвижно соединены друг с другом шарнирным механизмом, состоящим из двух жестких рамок 4, соединенных с корпусами шаговых сервоприводов параллельными стержнями 5 одинаковой длины с цилиндрическими шарнирами 6 на концах, на удлинители установлены тензодатчики 7 для контроля и регулирования режима нагружения образца с использованием тензостанции 8 и компьютера 9, управляющего сервоприводом 1.The device contains two step servos 1 and extenders 2, transmitting the moment from the axis of the step servos to the sample 3, the axis of which is perpendicular to the axes of the step servos 1, the cases of the step servos 1 are movably connected to each other by an articulated mechanism consisting of two rigid frames 4 connected to the cases servo drives with parallel rods 5 of the same length with cylindrical hinges 6 at the ends, strain gauges 7 are installed on the extension cords to control and regulate the loading mode of the sample using the strain gauge 8 and the computer 9, which controls the servo 1.

Испытываемый образец 3 посредством удлинителей 2 неподвижно соединяется с осями шаговых сервоприводов 1. С компьютера 9 подаются управляющие сигналы на шаговые сервоприводы 1 в соответствии с выбранной программой испытаний образца (чистый изгиб, поперечный изгиб, статическое, гармоническое, программное, случайное и др. виды нагружения). Крутящие моменты с валов шаговых сервоприводов 1 через удлинители 2 передаются на образец 3 и вызывают его изгиб, при котором концы образца сближаются. Свободное перемещение концов образца 3 в продольном направлении обеспечивает шарнирный механизм. Его жесткие рамки 4 перемещаются поступательно в поперечном направлении, а параллельные стержни 5 в цилиндрических шарнирах 6 поворачиваются. Тензодатчиками 7 совместно с тензостанцией 8 измеряется уровень нагрузки образца 3 и как сигнал обратной связи подается на компьютер 9 для регулировки режима нагружения и его записи.The test sample 3 by means of extensions 2 is fixedly connected to the axes of the stepper servos 1. From the computer 9, control signals are supplied to the stepper servos 1 in accordance with the selected test program for the sample (pure bending, lateral bending, static, harmonic, program, random and other types of loading ) Torques from the shafts of the stepper servos 1 through the extensions 2 are transmitted to the sample 3 and cause it to bend, at which the ends of the sample come together. The free movement of the ends of the sample 3 in the longitudinal direction provides a hinge mechanism. Its rigid frames 4 move translationally in the transverse direction, and the parallel rods 5 in the cylindrical hinges 6 are rotated. Strain gauges 7 together with strain gauge 8 measures the load level of sample 3 and as a feedback signal is supplied to computer 9 to adjust the loading mode and record it.

Устройство позволяет реализовать кинематический или мягкий режимы нагружения образца. Возможен режим поперечного изгиба образца (работает только один серводвигатель), режим чистого сдвига в среднем сечении образца (серводвигатели работают синфазно).The device allows you to implement kinematic or soft loading modes of the sample. The mode of transverse bending of the sample is possible (only one servomotor is working), the mode of pure shear is in the middle section of the sample (servomotors operate in phase).

Claims

1. A device for testing samples on bending, containing two supporting elements for fixing the test sample, with the possibility of rotation, and a mechanism that creates a bending moment, characterized in that the supporting elements for fixing the test sample and a mechanism that creates a bending moment, made in the form of two stepper servos, the axes of which are rigidly connected through extenders to a sample whose axis is perpendicular to the axes of the stepper servos, the stepper servos are made with the possibility of movement in the longitudinal The sample is guided using a hinge mechanism consisting of two rigid frames connected to the housings of stepper servo drives with parallel rods of the same length with cylindrical hinges at the ends, the device additionally contains a strain gauge connected to a computer and strain gauges mounted on the extensions.

2. The device for testing samples for bending according to claim 1, characterized in that in a rigid framework, additional holes are made for rearranging the rods depending on the length of the samples used.