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 PDFInfo
- 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
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000007906 compression Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 101700078171 KNTC1 Proteins 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
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.rutsentry-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 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
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
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
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
, ,
где - деформация в импульсе прошедшем через образец в выходной стержень, которая снимается тензодатчиком, находящимся на выходном стержне 2,where - deformation in the pulse passed through the sample to the output rod, which is removed by a strain gauge located on the
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,
, ,
где - начальное значение площади поперечного сечения образца,where - the initial value of the cross-sectional area of the sample,
- деформация образца, - 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,
- деформация в импульсе отраженном от образца во входной стержень, которая снимается тензодатчиком, находящимся на входном стержне 1. - deformation in the pulse reflected from the sample to the input rod, which is removed by a strain gauge located on the
Испытания без применения накладокTests without pads
- дисперсия - dispersion
- среднее значение - mean
дисперсия D=0,902⋅1016 dispersion D=0.902⋅10 16
среднее квадратическое отклонение standard deviation
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.
дисперсия D=0,347⋅1016 dispersion D=0.347⋅10 16
среднее квадратическое отклонение standard deviation
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)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2773418C1 true RU2773418C1 (en) | 2022-06-03 |
Family
ID=
Cited By (1)
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)
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)
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)
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 |