устройство для испытания образцов материалов одноосной нагрузкой в труднодоступном месте

Формула изобретения

Устройство для испытания образцов материалов одноосной нагрузкой в труднодоступном месте, содержащее корпус с установленным на нем силовозбудителем осевого нагружения, размещенную в корпусе активную тягу, связанную с силовозбудителем, кассету с размещенными внутри нее опорами для образца, выполненного со ступенчатыми головками на концах, отличающееся тем, что оно снабжено пальцами, каждый из которых предназначен для установки в соответствующей головке образца и опорной направляющей трубой, установленной в корпусе, кассета закреплена на активной тяге и выполнена в виде размещенного в опорной направляющей трубе стакана со сквозным осевым отверстием в дне, двумя сквозными Г-образными отверстиями в стенке, расположенными диаметрально противоположно друг другу, и двумя стержнями на ее наружной поверхности, в стенке опорной направляющей трубы выполнены расположенные диаметрально противоположно друг другу пара U-образных пазов с концами разной длины, расположенными вдоль образующей стенки и размещенными на уровне опоры для образца со стороны активной тяги, пара прямоугольных пазов, расположенных со стороны другой опоры для образца, и пара пазов, длиной не менее полного хода кассеты, расположенных вдоль образующей стенки напротив стержней, которые и пальцы предназначены для перемещения в соответствующих пазах и отверстиях, внутренняя поверхность дна стакана предназначена для периодического взаимодействия со ступенью соответствующей головки образца, а каждый из U-образных пазов выполнен с отклоняющей пластиной на дне.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается изучения прочностных свойств материалов при одноосной постоянной или знакопеременной нагрузке в труднодоступном месте при воздействии различных внешних факторов и может быть использовано преимущественно в радиационном материаловедении при испытании в канале ядерного реактора.

Известно устройство для испытания образцов на механическую прочность в канале атомного реактора (1), в корпусе которого размещены друг над другом кольцевые кассеты с гнездами крепления консольных образцов и испытания одних образцов на растяжение, других на сжатие с помощью одного консольного захвата, переставляемого поочередно на соответствующий образец.

Недостатками известного устройства являются невозможность проведения прочностных испытаний материалов при знакопеременной нагрузке на одном образце на малоцикловую усталость при одноосном нагружении; низкая точность испытания, обусловленная сложностью конструкции консольного захвата, снабженного шарнирными узлами; наличие дополнительных изгибных деформаций с появлением неконтролируемых усилий от трения в узлах и деталях подвижного консольного захвата.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является известное устройство для испытания образцов на механическую прочность [2] содержащее выполненные под соответствующий вид испытаний индивидуальные захваты со стопорами, расположенными на подвижном штоке. Образцы закреплены неподвижно по окружности в гнездах кольцевых кассет, размещенных друг над другом в корпусе по оси устройства. Образцы для испытания отдельно на растяжение и сжатие расположены вертикально с жестким закреплением одного конца и нагружаются последовательно наведением захвата на каждый образец круговым и осевым перемещением штока и вращением захвата на пальце.

Недостатками известного устройства по являются невозможность осуществления прочностных испытаний образцов материалов при знакопеременной нагрузке на одном образце, например, на малоцикловую усталость при одноосном нагружении; низкая точность испытания, обусловленная сложностью конструкций индивидуальных захватов с рычажно-консольными узлами, приводящей к дополнительным изгибным деформациям и к появлению неконтролируемых усилий от трения в узлах и деталях многоподвижного штока-захвата.

Цель изобретения повышение точности механического испытания на прочность образцов материалов при знакопеременном (малоцикловом) одноосном нагружении в труднодоступном месте.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для испытания образцов материалов одноосной нагрузкой в труднодоступном месте, содержащее корпус с установленным на нем силовозбудителем осевого нагружения, размещенную в корпусе активную тягу, связанную с силовозбудителем кассету с размещенными внутри нее опорами для образца, выполненного со ступенчатыми головками на концах, снабжено пальцами, каждый из которых предназначен для установки в соответствующей головке образца и опорной трубе, установленной в корпусе, кассета закреплена на активной тяге и выполнена в виде размещенного в опорной трубе стакана со сквозным осевым отверстием в дне, двумя сквозными Г-образными отверстиями в стенке, расположенными диаметрально противоположно друг другу, и двумя стержнями на ее наружной поверхности, в стенке направляющей трубы выполнены расположенные диаметрально противоположно друг другу пара J

образных пазов с концами разной длины, расположенными вдоль образующей стенки и размещенными на уровне опоры образца со стороны активной тяги, пара прямоугольных пазов, расположенных со стороны другой опоры для образца, и пара шпоночных пазов длиной не менее полного хода кассеты, расположенных вдоль образующей стенки напротив стержней, стержни и пальцы предназначены для перемещения в соответствующих пазах, внутренняя поверхность дна стакана предназначена для периодического взаимодействия со ступенью соответствующей головки образца, а каждый из U-образных пазов выполнен с отклоняющей пластиной на дне.

На фиг. 1 приведен продольный разрез устройства для испытания образцов материалов одноосной нагрузкой в труднодоступных местах;

на фиг. 2 показан продольный разрез в месте расположении кассеты;

на фиг. 3 представлено расположение пазов на опорной трубе; на фиг. 4 и 5 показано соответственно расположение элементов кассеты при сжатии и растяжении образца.

Устройство для испытания образцов материалов одноосным нагружением в труднодоступных местах содержит силовозбудитель осевого нагружения 1, корпус 2, опорную трубу 3, внутри которой вдоль оси установлены силопередающая активная тяга 4 и соединенная с ней кассета 5, состоящая из стакана 6, в стенке которого выполнены два Г-образных сквозных отверстия 7 и два внешних стержня 8, а дно 9 выполнено со сквозным осевым отверстием 10, и цилиндрических пальцев II и 12. В опорной трубе 3 выполнены три пары пазов. Направляющие пазы 13 первой пары представляют собой J-образную замкнутую фигуру с двумя концами 14 и 15 разной длины, на дне которых жестко закреплены по одной отклоняющей пластине 16 и которые расположены на уровне пальца II. Пазы 17 второй пары выполнены в виде прямоугольника и расположены ниже уровня дна 9 стакана 6. Пазы 18 третьей пары выполнены в виде шпоночного паза, расположены вдоль образующей опорной трубы 3 напротив стержней 8, периодически с ними взаимодействуют, и имеет длину не менее полного хода кассеты. Внутри стакана 6 размещен образец 19, в ступенчатые головки 20 и 21 которого вставлены соответственно цилиндрические пальцы II и 12, взаимодействующие соответственно со стенками отверстия 7 и пазов 13 и 18, при этом ступенчатая головка 21 образца 19 через кольцевую площадку 22 периодически взаимодействует с дном 9 стакана 6. Донья пазов 13, 17 и 18 образованы приваренным к наружной поверхности опорной трубы 3 охранным кожухом 23, к которому в пазах 13 жестко крепят отклоняющие пластины 16.

Устройство работает следующим образом.

Собранное устройство для испытания образцов материалов одноосной нагрузкой, оснащенное соответствующими измерительными преобразователями, помещают в труднодоступное место, например загружают в облучательный канал ядерного реактора. При этом первоначально элементы устройства размещены и взаимодействуют для воспроизведения одного из двух видов одноосного нагружения (сжатия или растяжения), например сжатия.

Палец II стакана 6 заведен в короткую пару концов 14 направляющих J-образных пазов 13 в опорной трубе 3 до упора. При этом палец II располагают в Г-образных отверстиях 7 с технологическими зазорами по оси опорной трубы 3, а палец 12 стакана 6 размещают с технологическими зазорами относительно стенок прямоугольного паза 17. С помощью силовозбудителя 1 (например электромеханического типа) перемещением активной тяги 4 вдоль оси корпуса 2 осуществляют нагружение (сжатие) образца 19. Активная тяга 4 и стенки стакана 6 нагружаются растягивающим усилием, а образец 19, расположенный в стакане 6, нагружают сжимающим усилием через воздействие дна 9 стакана 6 на кольцевую площадку 22 ступенчатой головки 21 образца 19.

Рассмотренное в данном случае расположение пальцев II и 12 в соответствующих местах отверстия 7 и пазов 13 и 17 обеспечивает условия для осуществления одноосного сжатия образца 19 в стакане 6 по следующей силовой цепи: активная тяга 4 стакан 6 кольцевая площадка 22 дна 9 ступенчатая головка 21 образец 19 головка 20 палец II стенка короткого конца 14 паза 13.

После завершения испытания на сжатие производят снятие нагрузки с образца 19. Силовозбудителем 1 перемещают тягу 4 и связанную с ней кассету 5 до тех пор, пока палец II не достигнет наклонной части стенки 24 паза 13 и далее до упора в стенку 25. При этом стержни 8, размещенные в шпоночных пазах 18, препятствуют проворачиванию стакана 6. Одновременно палец II перемещается по наклонной части 26 отверстия 7 стакана 6, поворачивая образец 19 и образуя технологический зазор 27 между дном 9 стакана 6 и кольцевой площадкой 22 образца 19. Палец 12 проходит ту же траекторию, что и палец II, не взаимодействуя со стенками паза 17. При достижении пальцем II положения, при котором сопрягаются наклонные стенки 24 и 25, производят переключение силовозбудителя 1 на изменение направления перемещения тяги 4 и стакана 6. В этом случае с перемещением пальца II вдоль стенок 25 и 28 (отклоняющая пластина 16 препятствует отходу пальца II от заданного направления) до положения 29 палец 12 одновременно проходит путь от начального положения до упора в стенку паза 17 (положение 30). При этом между концом 15 паза 13 и пальцем II устанавливается технологический зазор, а палец II располагается в гнезде 31 отверстия 7 стакана 6. С этого момента начинается процесс нагружения образца 19 растягивающим усилием по следующей силовой цепи: активная тяга 4 - гнездо 31 паза 7 стакана 6 палец II образец 19 палец 12 стенка паза 17.

По завершении испытания образца 19 на растяжение с помощью силовозбудителя 1 производят разгружение образца 19, т.е. изменяют направление перемещения активной тяги 4, при этом палец II из положения 29 в пазу 13 перемещают до соприкосновения с наклонной плоскостью 32 отклоняющей пластины 16 и далее до стенки 24 паза 13. При этом образец 19 перемещают до соприкосновения кольцевой площадки 22 с дном 9. Снова производят изменение направления перемещения тяги 4, т.е. перемещают и палец II до упора в край вертикального паза 14. Таким образом устройство подготовлено для проведения очередного цикла: сжатие растяжение.

Перемещением кассеты 5 вдоль оси устройства благодаря взаимодействия пальца II со стенками пазов 13 и 7 достигается знакопеременное одноосное нагружение (растяжение сжатие), причем только при растягивающей нагрузке на активную тягу 4 и ее силопередающие элементы. Это обстоятельство во внутриреакторных устройствах имеет решающее значение, т.к. активная тяга и сопрягаемые в некоторых случаях шарнирно с ней конструктивные элементы составляют в сумме длину, превышающую критическую для предачи сжимающей нагрузки.

Положение кассеты 5 с образцом 19 дистанционно контролируют соответствующими датчиками перемещения и усилия, установленными на активной тяге 4.

Наличие и взаимодействие предлагаемых признаков позволяет проводить испытания материалов при одноосном знакопеременном нагружении (растяжение - сжатие), а также снизить погрешности испытаний за счет повышения жесткости конструкции и отсутствия причин для появления паразитных усилий в узлах захвата, в местах, недоступных для обслуживания. Процесс изменения направления действия нагрузки на образец упрощен за счет предложенной кинематической схемы устройства.