Портативное устройство для испытания и калибровки средств неразрушающего контроля напряжённо-деформированного состояния

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОРТАТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ И КАЛИБРОВКИ СРЕДСТВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Венгринович Валерий Львович Брянцев Дмитрий Юрьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Портативное устройство для испытания и калибровки средств неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния, содержащее систему тензометрии и механическую систему, состоящую из зажимов плоского образца и механизма приложения усилия для деформации образца на изгиб, отличающееся тем, что консольные зажимы плоского образца и механизм приложения усилия для деформации образца на изгиб установлены соответственно на двух противоположных концах идентичных кронштейнов,расположенных зеркально друг к другу на расстоянии, равном деформируемой длине плоского образца, причем механизм приложения усилия выполнен в виде винтового вала,проходящего через отверстия в противоположных зажимам концах кронштейнов, двух пар сухарей и -образного коромысла, сидящего на валу таким образом, что одна пара сухарей, образующих винтовые пары с валом, установлена в пазах этого -образного коромысла, охватывающего с двух сторон конец одного из кронштейнов, а другая пара сухарей, расположенных с обеих сторон конца второго кронштейна, установлена на валу с возможностью скольжения вдоль вала. 39572007.10.30 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тензодатчик расположен в любой точке деформируемого участка образца на его поверхности. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что один или более калиброванный тензодатчик расположен на одном или двух кронштейнах в области между двумя их концами соответственно. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что один или более калиброванный тензометрический датчик расположен на винтовом валу между кронштейнами.(56) 1. Патент США 6, 134971 от 24 октября 2000. 2. Машиностроение. Энциклопедия в 4-х томах. Том -7. Измерения, контроль, испытания и диагностика. Москва. Машиностроение, 1996. - С. 143-149. Полезная модель относится к испытаниям материалов, в том числе механическим испытаниям с использованием средств неразрушающего контроля, и может использоваться в технической диагностике, машиностроении и других областях. Известны устройства для оценки чувствительности средств неразрушающего контроля(НК) к изменению напряженно-деформированного состояния (НДС) с использованием образцов в виде пленок, которые состоят из двух зажимов, в одном из которых закреплен один из концов пленки, а к другому подвешены переменные грузы 1. Величина напряжений в таких устройствах контролируется по изменению амплитуды низкочастотных шумов электрического напряжения на двух внутренних электродах при четырехсенсорной электропотенциальной схеме. Несмотря на высокую чувствительность данного метода НК к напряжениям, устройство пригодно только для испытания в области растяжения и только пленочных материалов. Известны также устройства, используемые для испытания и калибровки средств НК НДС, в которых для создания деформации растяжения или сжатия образца они содержат механическую систему, состоящую из зажимов для закрепления соответственно плоского или цилиндрического образца и привода для приложения усилий к зажимам. Для независимого измерения деформации (или напряжения) они содержат также систему тензометрии, оснащенную тензодатчиками 2. Эти устройства громоздки и могут использоваться только в стационарных условиях. Наиболее близким к предлагаемому является устройство 2, в котором испытание и калибровка чувствительности средств НК НДС производится на образце, подвергаемом изгибу. Для создания деформации изгиба в плоском образце механическая система содержит две опоры для установки на них концов образца в горизонтальном положении и находящегося между опорами механизма приложения усилий для деформации образца в виде одного или двух пуансонов (соответственно трех- или четырехточечная схема изгиба),действующих от ручного, механического, электрического или гидравлического привода. Для независимого измерения деформации (или напряжения) непосредственно в образце они содержат систему тензометрии, оснащенную тензодатчиками. Эти устройства также являются громоздкими, не позволяющими использовать их в полевых условиях диагностики. Кроме того, в этих устройствах из-за неоднородности напряжений по длине образца трудно добиться идентичности напряжений соответственно в местах установки тензодатчиков и датчиков НК, что вносит дополнительную погрешность в результаты калибровки последних. Предлагаемой полезной моделью решается задача многократного уменьшения габаритов и веса испытательных устройств, а также образцов, используемых для определения чувствительности и калибровки средств НК к изменению НДС. Кроме того, решается задача повышения точности испытаний. Для достижения этого результата устройство со 2 39572007.10.30 держит систему тензометрии с тензодатчиками, два идентичных кронштейна, установленных зеркально друг к другу на расстоянии, равном длине деформируемой части образца, консольно с двух сторон закрепленного в зажимах, размещенных на идентичных концах каждого кронштейна соответственно, и механизм приложения усилий для деформации образца,причем последний выполнен в виде винтового вала, проходящего через отверстия в противоположных зажимам концах кронштейнов, двух пар сухарей и -образного коромысла, сидящего на валу таким образом, что одна пара сухарей, образующих винтовые пары с валом, установлена в пазах этого -образного коромысла, охватывающего с двух сторон конец одного из кронштейнов, а другая пара сухарей, расположенных с обеих сторон конца второго кронштейна, установлена на валу с возможностью скольжения вдоль вала. Отличительными признаками предлагаемой полезной модели являются установка зажимов плоского образца и механизма приложения усилия на одних и тех же двух зеркально расположенных кронштейнах, причем механизм приложения усилия выполнен в виде винтового вала, проходящего через отверстия в противоположных зажимам концах кронштейнов, двух пар находящихся на валу сухарей и -образного коромысла, таким образом, что одна пара сухарей, образующих винтовые пары с валом, установлена в пазах этого -образного коромысла, охватывающего с двух сторон конец одного из кронштейнов, а другая пара сухарей, расположенных с обеих сторон конца второго кронштейна, установлена на валу с возможностью скольжения вдоль вала. Таким образом, при вращении винта в одном из двух направлений оба сухаря, находящиеся между кронштейнами, перемещаются в разные стороны, изгибая испытуемый образец в одну или другую сторону в соответствии с направлением вращения вала. Тензометрические датчики могут устанавливаться либо на образце со стороны установки преобразователя НК, либо с противоположной стороны, а также на кронштейнах между их концами либо на винтовом валу. Благодаря наличию этих признаков полезная модель становится портативной, легко настраиваемой, управляемой вручную или от привода и обеспечивающей двусторонний изгиб испытуемого образца даже с достаточно развитым сечением простым вращением винтового вала по или против часовой стрелки. Предлагаемая полезная модель представлена на фиг. 1. На фиг. 2 показано сечение А-А. Согласно фиг. 1, полезная модель состоит из двух идентичных кронштейнов 1 и 2, установленных зеркально по отношению друг к другу на расстоянии, равном длине деформируемого участка образца 3, который располагается на плоских идентичных концах кронштейнов. Плоский образец 3 крепится к кронштейнам зажимом, например, в виде винтов 4 через накладки 5. В противоположных концах кронштейнов 1 и 2 имеются отверстия и четыре выточки В для упора в них сухарей 6, 7, 8 и 9. Эти сухари установлены на валу 10, который имеет винтовой (справа) и гладкий (слева) участки, причем пара сухарей 6 и 7 установлена на гладком участке вала 10 с обеих сторон левого кронштейна 1 с возможностью скольжения вдоль вала независимо друг от друга, а пара сухарей 8 и 9 установлена на винтовом участке вала 10 с обеих сторон правого кронштейна 2 с возможностью перемещения вдоль вала 10 при его вращении с помощью рукоятки или ключа 11. Сухари 8 и 9 (фиг. 2) имеют с обеих сторон каждый плоские поверхности С, которые находятся в зацеплении с соответствующими пазами в -образном коромысле 12, предотвращающими вращение сухарей 8 и 9 при вращении вала 10. В свою очередь осевое перемещение сухарей 6 и 7 (фиг. 1) ограничено с одной стороны гайкой 13, а с другой стороны упором на валу 10. На образце размещаются испытуемый преобразователь 14 НК и тензометрический датчик 15, причем место его расположения на образце произвольно,так как эпюра напряжений в образце на участке между зажимами неизменна. Работа устройства осуществляется следующим образом. При вращении вала 10 с помощью рукоятки 11 по часовой стрелке (наблюдение по стрелке ) вначале сухарь 8, двигаясь вместе с -образным коромыслом 12 вправо, упирается в левую выточку В на кронштейне 2, а затем при дальнейшем вращении вала 10 последний движется влево, су 3 39572007.10.30 харь 7, толкаемый влево упором на границе между резьбовой и гладкой частями вала 10,входит в контакт с правой выточкой В на конце кронштейна 1 и начинает давить на кронштейн 1 справа. Таким образом, сухари 7 и 8, двигаясь соответственно влево и вправо,действуют на кронштейны 1 и 2, а последние через зажимы изгибают образец 3 вогнутостью вверх. При вращении вала 10 с помощью рукоятки 11 против часовой стрелки вначале сухарь 9, двигаясь вместе с -образным коромыслом 12 влево, упирается в правую выточку В на кронштейне 2, а затем при дальнейшем вращении вала 10 последний движется вправо, сухарь 6, толкаемый вправо гайкой 13, входит в контакт с левой выточкой В на конце кронштейна 1 и начинает давить на кронштейн 1 слева. Таким образом, сухари 6 и 9, двигаясь соответственно вправо и влево, действуют на кронштейны 1 и 2, а последние через зажимы изгибают образец 3 выпуклостью вверх. Нетрудно видеть, что образец 3 на всей длине между зажимами на кронштейнах 1 и 2 находится под действием одинакового напряжения, равного сумме напряжений, создаваемых осевым усилием Р и изгибающим моментом М. Эти напряжения равны соответственно / и /, где- сечение образца, - момент сопротивления сечения образца. Таким образом, на поверхности образа 3 в любой его точке действует напряжение, равное сумме (со своими знаками) напряжений от осевого усилия Р момента М, равное.Напряжение, создаваемое моментом М на нижней поверхности образца, с точностью до знака равно напряжению, создаваемому моментом М на верхней поверхности образца. Тензодатчик, установленный на поверхности в любой точке образца вдоль его оси будет измерять деформацию, которая в упругой области по абсолютной величине пропорциональна напряжению в поверхностном слое образца. Тензодатчик также может устанавливаться на одном или двух кронштейнах, которые передают изгибающее усилие образцу,или на винтовом валу, который создает изгибающее усилие. Датчик неразрушающего контроля 13, который тестируется или подлежит калибровке, также может устанавливаться в любой точке образца в связи с постоянством эпюры напряжений на всей рабочей длине образца. Таким образом, устройство обеспечивает возможность испытания плоских образцов как на сжатие, так и на растяжение. Оно портативное, легко настраиваемое на нужное напряжение, управляемое вручную или от привода и обеспечивает двусторонний изгиб испытуемого образца даже с достаточно развитым сечением простым вращением винтового вала по или против часовой стрелки. За счет постоянства эпюры напряжений в любой точке образца достигается также более высокая точность измерения, которая в известных устройствах, из-за неоднородности напряжений по длине образца, определяется в значительной степени точностью расположения тензодатчика по отношению к датчику НК. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4