Устройство для создания в сечении образца наклонных усталостных трещин

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ В СЕЧЕНИИ ОБРАЗЦА НАКЛОННЫХ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Бусько Валерий Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для создания в сечении образца наклонных усталостных трещин, содержащее испытуемый образец, основание, узел защемления образца, силовозбудитель, отличающееся тем, что нижняя часть узла защемления образца имеет форму наклонной плоскости, дополнительно содержит вторую наклонную плоскость, на которой расположен силовозбудитель, причем углы наклона обеих наклонных плоскостей равны между собой. Устройство для создания в сечении образца наклонных усталостных трещин относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при испытании, контроле и диагностике изделий на мало- и многоцикловую усталость с целью исследования и прогнозирования усталостного разрушения и долговечности. Наиболее широко известно типовое устройство, предназначенное для испытания плоских образцов 1, 2, основанное на кинематической схеме консольного изгиба, при котором система нагружения состоит из плоского консольного динамометра, жестко соединенного со станиной и испытуемым образцом, укрепленном на свободном конце динамометра. Перемещение нагружаемой системы создается при помощи шатуна, кривошипа или эксцентрика. Меняя радиус кривошипа, при циклическом нагружении можно изменять уровень 97682013.12.30 нагрузки, измеряемой динамометром. Недостатком устройства является сложность регулирования уровня нагрузки вследствие наличия шатунов и кривошипов различной длины и диаметра соответственно, наличие жесткой схемы привязки узла, состоящего из шатуна и кривошипа с образцом, что, в итоге, сужает функциональные возможности испытаний установок такого рода на усталость и снижает производительность. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство для испытания плоских образцов на усталость 3, содержащее основание,узел защемления образца, установленный на вертикально перемещаемом основании, два подшипника качения для создания изгибных напряжений в образце, электродвигатель с закрепленным на его валу стальным диском с пазами для перемещения двух подшипников качения для регулирования амплитуды и формы нагружения образца и выполняющих роль силовозбудителей, счетчик числа оборотов и индикатор для измерения прогиба свободного конца образца. Недостатком устройства является невозможность создания в сечении испытуемого образца наклонных, или косых, усталостных трещин, которые можно отнести к специфическим, но важным, возникающими, например, в результате усталости элементов различных подъемных механизмов, в сварных швах, при расчетах сопротивления усталости и др. В предлагаемой полезной модели решается техническая задача расширения функциональных возможностей испытательных устройств, использующих для испытания и исследования образцов на усталость консольную схему закрепления, т.к. позволяет создать наклонные усталостные трещины. Сущность предлагаемого устройства для создания в сечении образца наклонных усталостных трещин заключается в том, что оно содержит неподвижное основание, на котором расположены узел защемления образца, нижняя часть которого для ориентации направления испытуемого образца в пространстве представляет собой наклонную плоскость, вторую наклонную плоскость для расположения на ней силовозбудителя (для создания в образце знакопеременных изгибных напряжений). Кроме того, отличительным признаком в устройстве является то, что боковые сечения обеих наклонных плоскостей должны быть подобными, т.е. углы между двумя смежными сторонами равны между собой. Такая схема устройства с равными углами наклона плоскостей позволяет получить с обеих сторон сечения образца наклонные усталостные трещины, что расширяет функциональные возможности испытательных машин. На фигуре представлена схема предлагаемого устройства. Устройство для создания в сечении образца наклонных усталостных трещин содержит неподвижное основание 1, закрепленный на нем узел защемления образца 2, нижняя часть которого представляет собой наклонную плоскость с боковой стороной в виде прямоугольного треугольника с установленным и закрепленным на ней с помощью болтов 3 и верхней части узла защемления 2 испытуемым образцом 4, вторую наклонную плоскость 5,силовозбудитель 6 для создания в образце 4 изгибных напряжений, установленный на второй наклонной плоскости 5, зона- зона создания наклонных усталостных трещин. Устройство работает следующим образом. Испытуемый образец 4 плоской формы необходимой длины, формы и толщины устанавливается в узел защемления 2, который жестко закреплен на металлическом прочном основании 1. Нижняя часть узла защемления 2 представляет собой наклонную плоскость, в которой зажимается и закрепляется с помощью верхней части узла защемления 2 и болтов 3 (1,2,3,4) образец 4, образуя (реализуя), таким образом, консольную схему защемления балки в виде плоского образца 4 для его последующего изгиба. Материал узла защемления 2 должен быть выполнен из прочного материала, например из закаленной стали. После установки образца 4 в узел защемления 2 и его закрепления с помощью болтов 3 незащемленный конец образца 4 в равновесном состоянии образует с основанием 1 угол . Для создания в боковом сечении вглубь образца 4 усталостных наклонных трещин на основании 1 дополнительно установлена вторая на 2 97682013.12.30 клонная плоскость 5, на которой размещен силовозбудитель 6 для создания в образце 4 изгибных напряжении, состоящий из электродвигателя, стального диска, двух подшипников качения, счетчика числа оборотов вала электродвигателя и индикатора перемещения свободного конца образца. Вторая наклонная плоскость 5 для создания в образце 4 наклонных усталостных трещин представляет собой наклонную плоскость с боковым сечением в виде прямоугольного треугольника. В этом случае боковые сечения нижней части узла защемления 2 и второй наклонной плоскости 5 в виде прямоугольных треугольников должны быть подобными, т.е. угол 1. При необходимости, с помощью изменения конструкций узла защемления 2 и положения силовобудителя 6 в пространстве можно, изменяя углы наклона обеих наклонных плоскостей, тем самым, получить различные углы наклона направления распространения усталостных трещин вглубь материала. С помощью силовозбудителя 6 в свободном конце образца 4 создаются изгибные знакопеременные напряжения, которые рассчитываются через измеренное с помощью индикатора перемещения силовозбудителя 6 значение величины прогиба незащемленного конца образца 4. В результате возникающих в образце 4 повторно-переменных циклических напряжений растяжения и сжатия в шейке образца 4 (на фигуре в зонесоздаются наклонные усталостные трещины) с течением времени, в зависимости от свойств материала и условий нагружения, в результате усталости возникают микротрещины, которые затем развиваются в магистральные макротрещины. В отличие от типичной схемы создания в боковом сечении образца 4 усталостных трещин, когда они вглубь образца распространяются перпендикулярно, данная схема позволяет получать в сечении образца 4 наклонные или косые усталостные трещины, направление распространения которых вглубь материала будет отличаться от направления усталостных трещин при использовании стандартной схемы создания напряжений. Такая схема устройства с равными углами наклона плоскостей позволяет получить с обеих сторон сечения образца 4 наклонные усталостные трещины. Таким образом, с помощью использования в полезной модели двух наклонных плоскостей с равными углами наклона решается важная техническая задача - значительно расширяются функциональные возможности устройств подобного типа. Появляется возможность получения в сечении образца наклонных усталостных трещин, повышаются точность и достоверность исследования усталостных процессов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3