RU2773418C1 - Device for compression testing of a material sample with hopkinson-kolsky bar - Google Patents

Device for compression testing of a material sample with hopkinson-kolsky bar Download PDF

Info

Publication number
RU2773418C1
RU2773418C1 RU2021123595A RU2021123595A RU2773418C1 RU 2773418 C1 RU2773418 C1 RU 2773418C1 RU 2021123595 A RU2021123595 A RU 2021123595A RU 2021123595 A RU2021123595 A RU 2021123595A RU 2773418 C1 RU2773418 C1 RU 2773418C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pads
sample
hopkinson
cylindrical
kolsky
Prior art date
Application number
RU2021123595A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Борисович Наймарк
Михаил Альбертович Соковиков
Василий Валерьевич Чудинов
Сергей Витальевич Уваров
Владимир Александрович Оборин
Дмитрий Рудольфович Ледон
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2773418C1 publication Critical patent/RU2773418C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: material engineering.
SUBSTANCE: invention is intended to study the mechanical properties of materials exposed to intense dynamic loads and high-speed deformation. The device for testing the compression of a material sample with the Hopkinson-Kolsky bar contains input and output bars located on both sides of the sample. The device is additionally equipped with four pads installed on both sides of the sample in pairs. The touching surfaces of the pads in each pair are made according to a cylindrical generatrix. The pads are oriented so that the axes of the cylindrical generatrixes of the pairs of pads are directed perpendicular to each other, the diameters of the pads are equal to the diameter of the bars, and the radius of the cylindrical surfaces is equal to 1.0÷4.0 of the radius of the pads.
EFFECT: improved measurement accuracy and reduced error of test results.
1 cl, 5 dwg

Description

Устройство предназначено для исследования механических свойств материалов, подвергаемых воздействию интенсивных динамических нагрузок и высокоскоростной деформации, а именно для изучения деформационного поведения хрупких материалов при сжатии в условиях динамического нагружения при скоростях деформации 102-105 с-1 . The device is designed to study the mechanical properties of materials subjected to intense dynamic loads and high-speed deformation, namely, to study the deformation behavior of brittle materials under compression under dynamic loading at strain rates of 10 2 -10 5 s -1 .

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому техническому решению является устройство для испытаний на сжатие образца материала на стержне Гопкинсона-Кольского, содержащее входной и выходной стержни расположенные с двух сторон от образца. (см. Разрезной стержень Гопкинсона-Кольского http://permsc.ru

Figure 00000001
tsentry-kollektivnogo-polzovaniya).The closest in technical essence to the proposed technical solution is a device for testing the compression of a material sample on a Hopkinson-Kolsky rod, containing input and output rods located on both sides of the sample. (see Hopkinson-Kolsky split rod http://permsc.ru
Figure 00000001
tsentry-kollektivnogo-polzovaniya).

Недостатком его является то, что при испытании хрупких материалов возникает несоосность стержней Гопкинсона-Кольского и непараллельность торцевых плоскостей испытываемых образцов и поверхностей стержней Гопкинсона-Кольского, поэтому возникает нарушение осесимметричности и однородности напряженно-деформируемого состояния образца, что приводит к большим погрешностям результатов испытаний.Its disadvantage is that when testing brittle materials, misalignment of the Hopkinson-Kolsky rods and non-parallelism of the end planes of the tested samples and the surfaces of the Hopkinson-Kolsky rods occur, therefore, there is a violation of the axisymmetry and uniformity of the stress-strain state of the sample, which leads to large errors in the test results.

Технической задачей предлагаемого технического решения является снижение погрешности результатов испытаний.The technical task of the proposed technical solution is to reduce the error in the test results.

Для решения поставленной задачи устройство для испытаний на сжатие образца материала на стержне Гопкинсона-Кольского, содержит входной и выходной стержни расположенные с двух сторон от образца, при этом устройство дополнительно снабжено четырьмя накладками, установленными с двух сторон образца по парно, причем соприкасающиеся поверхности накладок в каждой паре выполнены по цилиндрической образующей, при этом накладки ориентированы так, что оси цилиндрических образующих пар накладок направлены перпендикулярно друг другу, диаметры накладок равны диаметру стержней, а радиус цилиндрических поверхностей равен 1,0÷4,0 радиуса накладок.To solve the problem, a device for testing the compression of a material sample on a Hopkinson-Kolsky rod contains input and output rods located on both sides of the sample, while the device is additionally equipped with four pads installed on both sides of the sample in pairs, and the contact surfaces of the pads in Each pair is made along a cylindrical generatrix, while the linings are oriented so that the axes of the cylindrical lining pairs are directed perpendicular to each other, the lining diameters are equal to the diameter of the rods, and the radius of the cylindrical surfaces is equal to 1.0÷4.0 lining radius.

Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то, что устройство дополнительно снабжено четырьмя накладками, установленными с двух сторон образца по парно, причем соприкасающиеся поверхности накладок в каждой паре выполнены по цилиндрической образующей, при этом накладки ориентированы так, что оси цилиндрических образующих пар накладок направлены перпендикулярно друг другу, диаметры накладок равны диаметру стержней, а радиус цилиндрических поверхностей равен 1,0÷4,0 радиуса накладок.A distinctive feature of the proposed technical solution is that the device is additionally equipped with four linings installed on both sides of the sample in pairs, and the contact surfaces of the linings in each pair are made along a cylindrical generatrix, while the linings are oriented so that the axes of the cylindrical lining pairs forming the pairs are directed perpendicular to each other. friend, the diameters of the pads are equal to the diameter of the rods, and the radius of the cylindrical surfaces is equal to 1.0÷4.0 of the radius of the pads.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид на устройство, на фиг. 2 увеличенный фрагмент А на фиг. 1, на фиг. 3 вид по стрелке Б на фиг. 2, на фиг. 4 изображены две проекции накладок 5, 7, а на фиг. 5 проекции накладок 4, 6.The essence of the proposed solution is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a general view of the device, Fig. 2 is an enlarged view of A in FIG. 1 in FIG. 3 is a view along arrow B in FIG. 2, in FIG. 4 shows two projections of the overlays 5, 7, and in Fig. 5 projections of overlays 4, 6.

Устройство для испытаний на сжатие образца материала на стержне Гопкинсона-Кольского, содержит входной 1 и выходной 2 стержни, расположенные с двух сторон от образца 3. Устройство дополнительно снабжено четырьмя накладками 4, 5, 6, 7, установленными с двух сторон образца 3 по парно. Соприкасающиеся поверхности накладок 4, 5, 6, 7 в каждой паре выполнены по цилиндрической образующей 8, 9. Накладки ориентированы так, что оси цилиндрических образующих пар накладок направлены перпендикулярно друг другу. Диаметры D накладок 4, 5, 6, 7 равны диаметру d стержней 1, 2. Радиус цилиндрических поверхностей R равен 1,0÷4,0 радиуса r накладок 4, 5, 6, 7. Устройство для испытаний снабжено насосом 10, камерой высокого давления 11, стволом 12, ударником 13, фотодатчиками 14 для измерения скорости ударника 13, частотомером 15, тензодатчиками 16, 17, блоком регистрации 18, и демпфером 19.The device for testing the compression of a sample of material on the Hopkinson-Kolsky rod, contains input 1 and output 2 rods located on both sides of the sample 3. The device is additionally equipped with four overlays 4, 5, 6, 7, installed on both sides of the sample 3 in pairs . The contact surfaces of the pads 4, 5, 6, 7 in each pair are made along the cylindrical generatrix 8, 9. The pads are oriented so that the axes of the cylindrical generatrix of the pad pairs are directed perpendicular to each other. The diameters D of the linings 4, 5, 6, 7 are equal to the diameter d of the rods 1, 2. The radius of the cylindrical surfaces R is equal to 1.0÷4.0 of the radius r of the linings 4, 5, 6, 7. The test device is equipped with a pump 10, a high pressure 11, barrel 12, hammer 13, photo sensors 14 for measuring the speed of the hammer 13, frequency meter 15, strain gauges 16, 17, registration unit 18, and damper 19.

Работа устройства заключается в следующем.The operation of the device is as follows.

В камеру высокого давления 11 с помощью насоса 10 нагнетается воздух до требуемого давления. После открывания клапана (на рисунке не показано) сжатый воздух разгоняет в стволе 12 ударник 13. Для измерения скорости ударника на конце ствола установлена система измерения скорости. Сигнал с фотодатчиков 14 поступает на частотомер 15, а с тензодатчиков 16, 17 поступает на вход блока регистрации 18.Air is pumped into the high pressure chamber 11 with the help of a pump 10 to the required pressure. After opening the valve (not shown in the figure), compressed air accelerates the striker 13 in the barrel 12. To measure the speed of the striker, a speed measurement system is installed at the end of the barrel. The signal from the photo sensors 14 is fed to the frequency meter 15, and from the strain gauges 16, 17 is fed to the input of the registration unit 18.

Для изучения деформационного поведения хрупких материалов при сжатии и компенсации несоосности стержней Гопкинсона-Кольского (обеспечить которую с высокой точность представляет серьезную техническую проблему) и непараллельности поверхностей торцевых поверхностей образцов и поверхностей стержней Гопкинсона-Кольского применяются две пары накладок с цилиндрическими поверхностями.To study the deformation behavior of brittle materials under compression and to compensate for the misalignment of the Hopkinson-Kolsky rods (which is a serious technical problem to ensure with high accuracy) and the non-parallelism of the surfaces of the end surfaces of the samples and the surfaces of the Hopkinson-Kolsky rods, two pairs of pads with cylindrical surfaces are used.

Цилиндрические поверхности могут быть получены, например, путем разрезания цилиндрического прутка, диаметр которого равен диаметру стержней Гопкинсона-Кольского, например, электроэрозионным способом и последующей подгонкой поверхностей каждой пары накладок, причем радиусы цилиндрических поверхностей должны быть одинаковы у накладок одной пары, из которого изготовлены накладки.Cylindrical surfaces can be obtained, for example, by cutting a cylindrical bar, the diameter of which is equal to the diameter of the Hopkinson-Kolsky rods, for example, by electroerosive method and subsequent fitting of the surfaces of each pair of linings, and the radii of the cylindrical surfaces must be the same for the linings of one pair, from which the linings are made .

Накладки изготавливаются из того же материала, что и стержни Гопкинсона-Кольского их диаметр равен диаметру стержней Гопкинсона-Кольского.The pads are made of the same material as the Hopkinson-Kolsky rods; their diameter is equal to the diameter of the Hopkinson-Kolsky rods.

Каждая пара накладок устанавливается между стержнями Гопкинсона-Кольского и испытываемым образцом так, чтобы оси цилиндрических поверхностей разных пар накладок были перпендикулярны.Each pair of pads is installed between the Hopkinson-Kolsky rods and the test specimen so that the axes of the cylindrical surfaces of different pairs of pads are perpendicular.

Таким образом можно компенсировать отклонения от соосности стержней Гопкинсона-Кольского и параллельности торцевых поверхностей образца и поверхностей стержней Гопкинсона-Кольского.Thus, it is possible to compensate for deviations from the coaxiality of the Hopkinson-Kolsky rods and the parallelism of the end surfaces of the sample and the surfaces of the Hopkinson-Kolsky rods.

Пример.Example.

Проводилось испытание на сжатие на стержне Гопкинсона-Кольского литого базальта (переплавленный базальт - магматическая горная порода), образцы цилиндрические, диаметр ~11 мм, толщина ~5 мм, скорость деформации ~2500 с-1, определялся динамический предел прочности при сжатии. (см. Игнатова A.M., Артемов А.О., Игнатов М.Н., Соковиков М.А. Методика исследования диссипативных свойств синтетических минеральных сплавов при высокоскоростном пробивание // Фундаментальные исследования. - №9 (часть 1), 2012. - 145-150 с. http://elibrary.ru/item.asp?id=17881272.)A compression test was carried out on a rod of Hopkinson-Kola cast basalt (remelted basalt is an igneous rock), the samples were cylindrical, ~11 mm in diameter, ~5 mm thick, ~2500 s -1 strain rate, and the dynamic compressive strength was determined. (see Ignatova A.M., Artemov A.O., Ignatov M.N., Sokovikov M.A. Methods for studying the dissipative properties of synthetic mineral alloys during high-speed penetration // Fundamental research. - No. 9 (part 1), 2012. - 145 -150 pp. http://elibrary.ru/item.asp?id=17881272.)

Испытание образцов проводились без применения накладок. Позднее испытания образцов из того же материала были проведены с применением накладок.Samples were tested without the use of overlays. Later tests of samples from the same material were carried out using overlays.

Динамический предел прочности при сжатии соответствует максимальному значению напряжения, определяемому по формулеThe dynamic compressive strength corresponds to the maximum stress value determined by the formula

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где

Figure 00000003
- деформация в импульсе прошедшем через образец в выходной стержень, которая снимается тензодатчиком, находящимся на выходном стержне 2,where
Figure 00000003
- deformation in the pulse passed through the sample to the output rod, which is removed by a strain gauge located on the output rod 2,

Е и А - соответственно модуль Юнга и площадь поперечного сечения стержней Гопкинсона-Кольского.E and A are, respectively, the Young's modulus and the cross-sectional area of the Hopkinson-Kolsky rods.

AS - мгновенная площадь поперечного сечения образца, определяемая из предположения о постоянстве объема образца в процессе деформирования,A S - instantaneous cross-sectional area of the sample, determined from the assumption of the constancy of the volume of the sample in the process of deformation,

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

где

Figure 00000005
- начальное значение площади поперечного сечения образца,where
Figure 00000005
- the initial value of the cross-sectional area of the sample,

Figure 00000006
- деформация образца,
Figure 00000006
- sample deformation,

где С - скорость звука, L0 - начальная длина образца,where C is the speed of sound, L 0 is the initial length of the sample,

Figure 00000007
- деформация в импульсе отраженном от образца во входной стержень, которая снимается тензодатчиком, находящимся на входном стержне 1.
Figure 00000007
- deformation in the pulse reflected from the sample to the input rod, which is removed by a strain gauge located on the input rod 1.

Испытания без применения накладокTests without pads

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
- дисперсия
Figure 00000009
- dispersion

Figure 00000010
- среднее значение
Figure 00000010
- mean

дисперсия D=0,902⋅1016 dispersion D=0.902⋅10 16

среднее квадратическое отклонение

Figure 00000011
standard deviation
Figure 00000011

Испытания с применением накладокLining tests

Диаметр накладок 25 мм, радиус цилиндрической поверхности 18 мм.The lining diameter is 25 mm, the radius of the cylindrical surface is 18 mm.

Figure 00000012
Figure 00000012

дисперсия D=0,347⋅1016 dispersion D=0.347⋅10 16

среднее квадратическое отклонение

Figure 00000013
standard deviation
Figure 00000013

Таким образом, из испытаний следует, что применение накладок существенно уменьшает разброс при определении динамического предела прочности при сжатии при испытаниях на стержне Гопкинсона-Кольского, что повышает точность измерений, снижает погрешность результатов испытаний.Thus, it follows from the tests that the use of pads significantly reduces the spread in determining the dynamic compressive strength during tests on the Hopkinson-Kolsky rod, which increases the measurement accuracy and reduces the error in the test results.

Claims (1)

Устройство для испытаний на сжатие образца материала на стержне Гопкинсона-Кольского, содержащее входной и выходной стержни, расположенные с двух сторон от образца, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено четырьмя накладками, установленными с двух сторон образца попарно, причем соприкасающиеся поверхности накладок в каждой паре выполнены по цилиндрической образующей, при этом накладки ориентированы так, что оси цилиндрических образующих пар накладок направлены перпендикулярно друг другу, диаметры накладок равны диаметру стержней, а радиус цилиндрических поверхностей R равен 1,0÷4,0 радиуса накладок.A device for testing the compression of a material sample on a Hopkinson-Kolsky rod, containing input and output rods located on both sides of the sample, characterized in that the device is additionally equipped with four pads installed on both sides of the sample in pairs, and the contact surfaces of the pads in each pair are made along a cylindrical generatrix, while the linings are oriented so that the axes of the cylindrical lining pairs are directed perpendicular to each other, the diameters of the linings are equal to the diameter of the rods, and the radius of the cylindrical surfaces R is equal to 1.0÷4.0 of the lining radius.
RU2021123595A 2021-08-05 Device for compression testing of a material sample with hopkinson-kolsky bar RU2773418C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773418C1 true RU2773418C1 (en) 2022-06-03

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808953C1 (en) * 2023-06-30 2023-12-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук (ПФИЦ УрО РАН) Device for tensile testing of sample of brittle material on hopkinson-kolsky rod

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1165935A1 (en) * 1984-01-19 1985-07-07 Предприятие П/Я Г-4725 Device for dynamic tests of material specimens
SU1415132A1 (en) * 1986-12-12 1988-08-07 Московский Инженерно-Физический Институт Method of high-speed test of materials for compression
RU2696359C1 (en) * 2018-09-07 2019-08-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Kit for impact rods for experiments on dynamic shift
CN110926936A (en) * 2019-11-08 2020-03-27 山东科技大学 Test piece dynamic lateral strain measuring device and method based on SHPB test system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1165935A1 (en) * 1984-01-19 1985-07-07 Предприятие П/Я Г-4725 Device for dynamic tests of material specimens
SU1415132A1 (en) * 1986-12-12 1988-08-07 Московский Инженерно-Физический Институт Method of high-speed test of materials for compression
RU2696359C1 (en) * 2018-09-07 2019-08-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Kit for impact rods for experiments on dynamic shift
CN110926936A (en) * 2019-11-08 2020-03-27 山东科技大学 Test piece dynamic lateral strain measuring device and method based on SHPB test system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808953C1 (en) * 2023-06-30 2023-12-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук (ПФИЦ УрО РАН) Device for tensile testing of sample of brittle material on hopkinson-kolsky rod

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jiang et al. Hopkinson bar loaded fracture experimental technique: a critical review of dynamic fracture toughness tests
Dai et al. A semi-circular bend technique for determining dynamic fracture toughness
Helal et al. Non-destructive testing of concrete: A review of methods
US10139327B2 (en) Indentation device, instrumented measurement system, and a method for determining the mechanical properties of materials by the indentation method
CN102879266B (en) Method for testing uniaxial compression elasticity modulus of inorganic binder stabilizing material
CN108489808A (en) Method for testing uniaxial tension stress-strain relationship of concrete by acoustic emission
Xu et al. Experimental study of the dynamic shear response of rocks using a modified punch shear method
JP3852043B2 (en) Method for evaluating the durability of concrete
Tariq et al. Li material testing-fermilab antiproton source lithium collection lens
RU2773418C1 (en) Device for compression testing of a material sample with hopkinson-kolsky bar
RU2350922C1 (en) Method for determination of poisson coefficient of mine rocks
Guo et al. Size effect on the contact state between fracture specimen and supports in Hopkinson bar loaded fracture test
RU2483214C1 (en) Method for determining specific surface energy of destruction of solid bodies
MIAO et al. Investigation on experimental method of low-impedance materials using modified Hopkinson pressure bar
Liu et al. Effects of Loading Rate and Notch Geometry on Dynamic Fracture Behavior of Rocks Containing Blunt V-Notched Defects
RU2521116C1 (en) Determination of rock specimen mechanical properties
RU2599069C1 (en) Method of determining endurance limit of material at tension-compression
Zhao et al. Estimation of elastic modulus of rock using modified point-load test
Jiang et al. Analysis of modified split Hopkinson pressure bar dynamic fracture test using an inertia model
RU2447284C2 (en) Method for detection of poisson ratio of rocks
CN114199705A (en) Device and method for dynamic shear test of coal rock material
Bragov et al. A combined approach to dynamic testing of structural materials
RU2662251C1 (en) Method of the ceramics strength evaluation in stretching
Masoumi et al. A modification to radial strain calculation in rock testing
Gyekenyesi et al. Effect of experimental conditions on acousto-ultrasonic reproducibility