RU1795340C - Method for testing specimen in triaxial tension - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  испытаний материалов на прочность. Целью изобретени   вл етс  повышение точности испытаний цилиндрического образца на трехосное раст жение . Накладки дл  торцов образца 1 выполн ют в виде диска 3, диаметр которого больше диаметра образца, пару накладок 2 дл  боковой поверхности образца выполн ют в виде одинаковых колец толщиной у отверсти , равной половине высоты образца и с утолщением по периметру, в процессе прикреплени  «акладок к образцу осуществл ют сопр жение дисков 3 и колец 2 по выступающим поверхност м дисков 3, а раст гивающие усили  прикладывают вдоль оси образца по периметру упом нутых колец , 1 ил. ел СThe invention relates to strength testing of materials. An object of the invention is to increase the accuracy of triaxial tensile testing of a cylindrical specimen. The pads for the ends of the sample 1 are made in the form of a disk 3, the diameter of which is larger than the diameter of the sample, a pair of pads 2 for the side surface of the sample are made in the form of identical rings with a thickness equal to half the height of the sample and thickened around the perimeter during the attachment of disks 3 and rings 2 are mated to the sample along the protruding surfaces of the disks 3, and tensile forces are applied along the axis of the sample along the perimeter of the said rings, 1 sludge. ate with

Description

Изобретение относитс  к исследованию прочностных свойств материалов, в частности к испытани м образцов при трехосном раст жении.The invention relates to the study of the strength properties of materials, in particular to testing samples under triaxial tension.

Известен способ испытаний материалов на трехосное раст жение с применением образца круглого сечение с круговой выточкой в рабочей части. По данному способу напр женное состо ние в окрестности выточки круглого образца можно измен ть от линейного до объемного за счет увеличени  глубины выточки при посто нном диаметре , а величину местного повышени  напр жений (коэффициент концентрации и градиент напр жений) - за счет радиуса усть  выточки.A known method of testing materials for triaxial tension using a circular sample with a circular undercut in the working part. According to this method, the stress state in the vicinity of the undercut groove of a round specimen can be changed from linear to volume due to an increase in the groove depth with a constant diameter, and the local stress increase (concentration coefficient and stress gradient) due to the radius of the groove mouth.

Существенным недостатком указанного образца  вл етс  то, что распределение осевых напр жений по его поперечному сечению в рабочей части в процессе нагруже- ни  существенно неоднородно (по кра м намного выше, чем в середине), причем, в процессе нагружени  происходит перераспределение напр жений по сечению (область с максимальными напр жени ми перемещаетс  вглубь сечени ).A significant drawback of this specimen is that the distribution of axial stresses over its cross section in the working part during loading is substantially nonuniform (at the edges it is much higher than in the middle), moreover, stress is redistributed over the cross section during loading (the region with maximum stresses moves deep into the cross section).

Анализ напр женного и деформированного состо ни  круглых образцов с выточкой затруднен, что св зано с трудностью разделени  осевой и поперечных составл ющих нагрузки в рабочей части.Analysis of the stress and strain state of circular specimens with undercut is difficult, due to the difficulty of separating the axial and transverse components of the load in the working part.

Все это снижает точность испытаний, К недостаткам следует также отнести: - ограниченный диапазон соотношений напр жений по ос м деформировани , не превышающий ориентировочно 0,5 (по соотношению напр жени  в поперечном направлении к продольному) св занный с тем, что раст жение рабочей части в поперечных направлени х происходит только за счет того , что поперечна  деформаци  в нем сдерживаетс  утолщенной частью образца; . - ограниченное применение образца св зано с трудностью изготовлени  или более высокой стоимостью испытаний образ- . ца такой формы из отдельных материалов, например, взрывчатых.All this reduces the accuracy of the tests. The disadvantages also include: - a limited range of stress ratios along the deformation axes, not exceeding approximately 0.5 (by the ratio of stresses in the transverse direction to the longitudinal) due to the fact that the working part is stretched in the transverse directions occurs only due to the fact that the transverse deformation in it is restrained by the thickened part of the sample; . - the limited use of the sample is associated with the difficulty of manufacturing or the higher cost of testing the sample. tsa of this form from separate materials, for example, explosive.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  способ испытаний с использованием образца Вельте- ра дл  испытаний металлов на трехосное раст жение.Closest to the invention in technical essence is a test method using a Welter sample for testing metals under triaxial tension.

Дл  испытаний по данному способу используетс  образец в форме кубика, имеющий придатки дл  приложени  раст гивающих усилий.For testing the method, a cube-shaped sample having appendages for applying tensile forces is used.

Недостатком этого образца  вл етс  низка  точность испытаний, обусловленна  тем, что при его нагружении по ребрам кубика возникает концентраци  напр жений,The disadvantage of this sample is the low accuracy of the tests, due to the fact that when it is loaded along the edges of the cube, a stress concentration arises

искажающа  однородность его напр женного состо ни .distorting the uniformity of its stress state.

Недостатком  вл етс  также то, что дл  реализации такой схемы нагружени  образца требуетс  сложное нагружающие устройство , обеспечивающее раздельное приложение нагрузки ко всем гран м куба одновременно, что трудно выполнить с высокой точностью.A disadvantage is that to implement such a sample loading scheme, a complex loading device is required to provide separate application of the load to all the faces of the cube at the same time, which is difficult to perform with high accuracy.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности испытаний.The aim of the invention is to increase the accuracy of tests.

Дл  достижени  этой цели предлагаетс  проводить испытани  по способу состо щему в том, что используют образец в видеTo achieve this goal, it is proposed to conduct tests according to the method consisting in the fact that they use a sample in the form

5 цилиндра - с параллельными торцами, и две пары накладок, накладку дл  торцов образца в виде диска, диаметр которого больше диаметра образца, а пару накладок дл  боковой поверхности образца выполн ют в ви0 де одинаковых колец толщиной у отверсти  равной половине высоты образца и с утолщением по периметру, в процессе прикреплени  накладок к образцу осуществл ют сопр жение дисков и колец по выступаю5 щим поверхност м дисков, раст гивающие усили  прикрепл ют вдоль оси образца по периметру упом нутых колец.5 cylinders with parallel ends, and two pairs of plates, a plate for the ends of the sample in the form of a disk whose diameter is larger than the diameter of the sample, and a pair of plates for the side surface of the sample are made in the form of identical rings with a hole thickness equal to half the height of the sample and thickened along the perimeter, in the process of attaching the pads to the sample, the disks and rings are mated along the protruding surfaces of the disks, tensile forces are attached along the axis of the sample along the perimeter of the said rings.

Использование осимметричного образца (в виде цилиндра) позвол ет увеличитьThe use of an asymmetric sample (in the form of a cylinder) allows increasing

0 однородность его напр женного состо ни  при испытани х.0 uniformity of its stress state during testing.

Выполнение накладок дл  боковой поверхности образца в виде одинаковых колец толщиной у отверсти  равной половине вы5 соты образца и с утолщением по периметру „ позвол ет прикладывать к боковой поверхности образца равномерные по окружности раст гивающие усили  и осуществл ть их регулирование за счет изменени  диаметраThe implementation of overlays for the side surface of the sample in the form of identical rings with a hole thickness equal to half the height of the sample and with a thickening around the perimeter allows applying uniform tensile forces to the side surface of the sample and adjusting them by changing the diameter

0 колец.0 rings.

Выполнение накладки дл  торцов в виде дисков, диаметр которого больше диаметра образца позвол ет создавать в образце равномерные по сечению осевыеThe implementation of the lining for the ends in the form of disks, the diameter of which is larger than the diameter of the sample allows you to create uniform axial cross-section in the sample

5 раст гивающие напр жени .5 tensile stresses.

Сопр жение дисков и колец по выступающим поверхност м дисков обеспечивает силовую св зь между ними, что необходимо дл  пропорциональности осевой и попереч0 ной нагрузки.The coupling of the disks and rings along the protruding surfaces of the disks provides a force connection between them, which is necessary for the proportionality of the axial and lateral loads.

Приложение раст гивающих усилий вдоль оси образца по периметру колец позвол ет производить одновременное нагру- жение образца поперечной и осевойThe application of tensile forces along the axis of the specimen around the perimeter of the rings allows simultaneous loading of the specimen transverse and axial

5 нагрузкой от одного раст гивающего усили  (осевого).5 load from one tensile force (axial).

На чертеже приведена схема осуществлени  способа.The drawing shows a diagram of the implementation of the method.

Его реализуют следующим образом. Образец испытываемого материала 1 в видеIt is implemented as follows. Sample of test material 1 in the form

цилиндра с параллельными торцами скреп- лйют по боковой поверхности с накладками 2 в виде колец и накладками 3 дл  торцов в вИде диска, диаметр которого больше диа- мфтра образца, и осуществл ют сопр жение дисков 3 и колец 2 по выступающим поверхност м дисков 3. Скрепление накла- дрк 2 и 3 с образцом 1 может быть осущест- , например, склеивание, сваркой или др. способом.cylinders with parallel ends are fastened along the side surface with overlays 2 in the form of rings and overlays 3 for the ends in the form of a disk whose diameter is larger than the diameter of the sample, and the disks 3 and rings 2 are mated over the protruding surfaces of the disks 3. The fastening of the lining 2 and 3 with the sample 1 can be carried out, for example, by gluing, welding or other method.

Дл  фиксировани  зоны разрушени  в образце, накладки 2 могут быть выполнены, например, из материала имеющего предел прочности при раст жении выше чем у материала образца и обладающего близким значением модул  упругости к модулю упру- го Ьти материала образца. - Подготовленную сборку захватывают между двух жестких осесимметричных пе- рфодников (на рис,не показаны) по периметрам кольцевых накладок 2 и раст гивают, например, с помощью разрывной машины, В процессе раст жени  происходит осесимметричное деформирование кольцевых накладок 2 привод щее к их круговому поперечному изгибу с одновременным двухосным раст жением поверхностей обращенных к среднему сечению образца 1. Деформирование накладок 2 воспринима- ет$  боковой поверхностью образца 1 и через накладки 3 передаетс  на его торцы, что приводит к возникновению в рабочей части образца 1 напр женного состо ни  с трех- oci-шм раст жением. Значени  напр жений оцениваютс  в предложении упругого деформировани  материалов следующим образом:In order to fix the fracture zone in the sample, the pads 2 can be made, for example, of a material having a tensile strength higher than that of the sample material and having a similar modulus of elasticity to the elastic modulus of the elastic material of the sample. - The prepared assembly is seized between two rigid axisymmetric perforators (not shown in Fig.) Around the perimeters of the ring plates 2 and stretched, for example, using a tensile testing machine. During stretching, the axis plates 2 are axially symmetrical deforming leading to their circular transverse bending with simultaneous biaxial tension of the surfaces facing the middle section of the sample 1. The deformation of the plates 2 is perceived by the $ lateral surface of the sample 1 and transmitted through the plates 3 to its ends, which leads to the appearance of the working portion of the sample 1 for example conjugated state with three- oci-bm stretching. The stress values are evaluated in the proposal for the elastic deformation of materials as follows:

Р (Л --з ;P (L - s;

пгpg

3 (1 -) + (Г+)х 3 (1 -) + (G +) x

RR

г2r2

х|пт-(1-)-.x | pt- (1 -) -.

2 R2 R

где л R q - прикладываемое к кольцевым накладкам испытательное усилие;where l R q is the test force applied to the ring plates;

o - осевое напр жение в образце;o is the axial stress in the sample;

Ой,з поперечное напр жение в образце;Oh, the transverse stress in the sample;

R - внешний радиус кольцевой накладки;R is the outer radius of the annular lining;

г- радиус рабочего сечени  образца;g is the radius of the working cross section of the sample;

f4 - коэффициент Пуансона материала кольцевой накладки;f4 is the Punch coefficient of the material of the annular lining;

h - толщина кольцевой накладки. Данный способ испытаний позвол ет оценивать напр женное состо ние образца экспериментально, например, тензометри- 5 рованием кольцевых накладок в местах примыкающих к рабочему сечению образца при накладке тензодатчиков в окружных и радиальных направлени х. Это позвол ет также повысить точность испытаний.h is the thickness of the annular lining. This test method makes it possible to evaluate the stress state of a specimen experimentally, for example, by strain gauging 5 ring overlays in places adjacent to the working cross-section of the specimen when applying strain gauges in circumferential and radial directions. This also improves the accuracy of the tests.

0 Изобретение иллюстрируетс  следующим примером. Дл  испытаний материала с пределом прочности на раст жение ,5 МПа и модулем упругости МПа использовались кольцевые накладки из тек5 столита марки ПТК по ГОСТ 5-78 ( ,0 МПа и МПа) и накладки дл  торцов из латуни Л68 по ГОСТ 1019-47 (Е 110000 МПа). Кольцевые накладки были выполнены конусными (угол в точке их смыкани  рав0 н лс  10°), с внешним диаметром 150 мм, ободом шириной 20 мм и толщиной 15 мм, толщиной диафрагмы 4 мм. Толщина накладок дл  торцов равн лась 8 мм. Дл  скреплени  составных частей использовались0 The invention is illustrated by the following example. To test the material with a tensile strength of 5 MPa and an elastic modulus of MPa, we used PTK tekolite ring overlays in accordance with GOST 5-78 (, 0 MPa and MPa) and L68 brass end plates in accordance with GOST 1019-47 (E 110,000 MPa). Ring pads were made conical (the angle at the point of their junction was 0 nls 10 °), with an external diameter of 150 mm, a rim of a width of 20 mm and a thickness of 15 mm, a diaphragm thickness of 4 mm. The thickness of the end pads was 8 mm. For fastening the components used

5 клей на основе эпоксидной смолы ЭД-16 и клей Циакрин-ЭО. При тензометрировании серии из 6-ти образцов получены значени  осевой, радиальной и кольцевой деформации в момент разрушени  образца равные5 glue based on epoxy resin ED-16 and glue Tsiakrin-EO. When strain measuring a series of 6 samples, the values of axial, radial and annular deformation at the time of destruction of the sample are equal

0 соответственно: 70, 45,55x10 ед.отн. деф. Предельное осевое напр жение составило 4,5 МПа. Разброс значений прочности не превысил 12%, что подтверждает достаточно высокую точность испытаний.0, respectively: 70, 45.55x10 rel. def. The ultimate axial stress was 4.5 MPa. The scatter of strength values did not exceed 12%, which confirms the fairly high accuracy of the tests.

5 Технические преимущества предложенного способа испытани  образца при трехосном раст жении по сравнению с прототипом заключаютс  в том, что он позвол ет повысить точность испытаний, по0 скольку обеспечиваетс  фиксированна  зона разрушени  образца материала при его нагружении и однородность напр женного состо ни  в его рабочей части за счет применени  круговых сечений, устран ю5 щих концентраторы напр жений, имеющие место по ребрам куба. Преимуществом  вл етс  также, то что имеетс  возможность экспериментальной оценки пол  деформаций испытываемого образца.5 The technical advantages of the proposed method for testing a specimen under triaxial tension in comparison with the prototype are that it improves the accuracy of the tests, since a fixed zone of destruction of the specimen of the material under loading and uniformity of the stress state in its working part due to the use of circular sections eliminating stress concentrators occurring along the edges of the cube. An advantage is also the fact that it is possible to experimentally estimate the sex strain of the test sample.

0 Дополнительным преимуществом  вл етс  то, что приложение испытательной нагрузки не требует сложного нагружающего устройства и прикладываетс  вдоль одной оси вместо трех как при использовании про5 тотипа.0 An additional advantage is that the application of the test load does not require a complex loading device and is applied along one axis instead of three, as when using the prototype.

Claims (1)

Формула изобретени  Способ испытани  образца при трехосном раст жении, по которому к рабочим поверхност м образца прикрепл ют накладки, и прикладывают к ним раст гивающие усили , отличающийс  тем, что, с цельюSUMMARY OF THE INVENTION A method for testing a specimen under triaxial tension, according to which pads are attached to the working surfaces of the specimen and tensile forces are applied to them, characterized in that, in order to повышени  точности испытани  за счет создани  равномерного напр женного состо ни  в рабочем сечении образца , используют образец в виде цилиндра с параллельными торцами и две пары накладок, накладку дл  торцов образца выполн ют в виде диска, диаметр которого больше диаметра бб разца, пару накладок дл  боковойto increase the accuracy of the test by creating a uniform stress state in the working cross section of the sample, use a sample in the form of a cylinder with parallel ends and two pairs of plates, the plate for the ends of the sample is made in the form of a disk whose diameter is larger than the diameter of the bb sample, a pair of plates for the side поверхности образца вы полн  ют в виде одинаковых колец толщиной у отверсти , равной половине высоты образца, и с утолщение , по периметру, в процессе прикреплени  накладок к образцу осуществл ют сопр жение дисЫв и колец по выступающим поверхност м дисков, а раст гивающие усили  прикладывают вдоль оси образца по периметру колец.the surfaces of the sample are made in the form of identical rings with a thickness at the hole equal to half the height of the sample, and with a thickening around the perimeter, during attachment of the pads to the sample, the dislocation and rings are mated along the protruding surfaces of the disks, and tensile forces are applied along the axis of the sample around the perimeter of the rings.