книги / Механика материалов. Методы и средства экспериментальных исследований

преобразует нагрузку в электрический сигнал, который измеряет

иотображает система управления. Динамометрические элементы являются взаимозаменяемыми с другими элементами иной грузоподъемности, обеспечивая диапазон возможностей измерения нагрузки, который ограничивается только максимальной мощностью нагружающей рамы. Данная рама рассчитана на максимальную нагрузку 100 кН.

Передача усилия на образец осуществляется через захваты. В комплекте испытательной системы 5882 в качестве основных используются механические клиновые захваты (рис. 2.19, а). Схема механических клиновых захватов приведена на рис. 2.19, б. Для данного клинового захвата, рассчитанного на максимальную нагрузку 100 кН, имеются ограничения на размеры образцов: для плоских по толщине до 15,75 мм, по ширине до 50 мм; для круглых образцов – по диаметру – от 6 до 16 мм.

Вкачестве дополнительного оборудования, расширяющего возможности испытательной системы, могут быть использованы другие захваты и приспособления. Так, например, в комплект испытательной системы Instron 5882 для обеспечения большого спектра стандартных испытаний могут входить дополнительные захваты и приспособления, изображенные на рис. 2.20.

Полный контроль и управление машиной производятся при помощи контроллера FastTrack 5800. Контроллер позволяет осуществлять калибровку датчиков, установку пределов измерений, контроль за параметрами испытания по дисплеям, сбор

исохранение данных, построение графиков и диаграмм в реальном масштабе времени процесса.

Управление испытательной системой осуществляется с помощью вспомогательной программы для испытаний материалов Console. Настройка параметров испытания, эксплуатация системы, сбор и анализ данных испытаний осуществляются программным обеспечением Bluehill 2.

62

К основным функциональным характеристикам электромеханической испытательной машины Instron 5882 относятся габариты зоны испытаний (высота 1235 мм и ширина 575 мм), скорость испытания (варьируется от 0,001 до 500 мм/мин), допустимая максимальная нагрузка ±100 кН. Точность измерения нагрузки составляет 0,4 % от измеряемой величины в диапазоне 1–100 % номинальной мощности датчика нагрузки и 0,5 % от измеряемой величины в диапазоне 0,2−1 % номинальной мощности датчика нагрузки. Для увеличения точности измерений в данную испытательную систему также включены сменные динамометрические элементы номиналом ±10 и ±1 кН.

Для проведения температурных испытаний рассматриваемая система оборудована климатической камерой Instron серии SFL 3119, позволяющей проводить испытания в диапазоне температур от –100 до +350 °С. Более подробно климатическая камера описана в параграфе 2.6. Для бесконтактного измерения деформаций образцов, в том числе внутри климатической камеры, используется видеоэкстензометр (AVE) производства Instron. Настройка иработасвидеоэкстензометром описанывпараграфе3.3.

2.3. СЕРВОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Универсальная испытательная система Instron 8801 относится к типу сервогидравлических машин, в которых источником нагружения служит давление масла внутри системы. Отличительной особенностью таких испытательных систем является возможность проведения статических экспериментов на усталость в широком диапазоне нагрузок. Испытательная система Instron 8801 предназначена дляпроведениябольшогоспектраэкспериментов, втомчисле:

–статические испытания на растяжение, сжатие и изгиб;

–динамические испытания с частотой до 30 Гц на малоцикловую усталость, многоцикловую усталость и циклическую трещиностойкость;

65

–испытания с различной формой волны (синус, треугольник, прямоугольник и трапеция) при циклическом нагружении или с произвольно заданным законом кинематического или силового нагружения (возможность реализации реальных режимов нагружения);

–испытания при нормальных и повышенных температурах от 20 до 1000 °С с использованием печи.

К основным рабочим элементам установки Instron 8801 относятся двухколонная высокопрецизионная рама, электронный датчик нагрузки Dynacell, захваты для удержания образцов во время испытания, контроллер сбора и обработки экспериментальных данных FastTrack 8800 и персональный компьютер для визуализации результатов экспериментов. На рис. 2.21 показан пример компоновки испытательной системы Instron 8801.

Датчик нагрузки Dynacell позволяет измерять нагрузку во время испытания в диапазоне от 100 кН при сжатии до 100 кН при растяжении. При этом точность измерения составляет 0,5 % от измеряемой величины в диапазоне нагрузок 0,2–1 % (0,2 кН – 1 кН) от номинальной мощности датчика и 0,4 % для диапазона

1−100 % (1–100 кН). Для компенсации инерционных сил от движущихся масс в датчик встроен акселерометр.

Управление испытательной системой Instron 8801 осуществляется при помощи контроллера FastTrack 8800. Основными функциями контроллера являются:

–управление машиной по перемещению, силе и деформации (при наличии подключённого датчика осевых перемещений);

–автоматическая электронная система защиты образца;

–сбор и обработка данных с частотами 40 и 5 кГц соответственно;

–постоянная автоматическая подстройка PID-параметров

счастотой 1 кГц, позволяющая автоматически компенсировать потерю жесткости образца в процессе испытания.

66

типов испытаний, включая статические, циклические, случайные и программируемые режимы.

Для проведения экспериментов на малоцикловую усталость используется компьютерная система сбора и анализа данных Low-Cycle Fatigue 3 (LCF 3). Программа позволяет в автоматическом режиме вычислять значения модуля Юнга на участках нагрузки и разгрузки, отслеживать петли гистерезиса зависимости осевого напряжения от полной осевой деформации и записывать их в соответствии с логарифмическим приростом (т.е. с множителями 1, 2, 3…9, 10, 20, 30…90,

100, 200 и т.д.).

Для более сложных экспериментов при циклических нагружениях (например, на малоцикловую усталость и циклическую трещиностойкость с переменными параметрами цикла) используется программа WaveMatrix. Программа позволяет проводить широкий ряд динамических и квазистатических испытаний, задавая при этом разные формы волны в виде синуса, треугольника, трапеции и прямоугольника, а также имеется возможность задания более сложной формы волны нагружения по совокупности точек.

Более подробно о данном наборе программ будет рассказано в главе 4 данного учебного пособия.

2.4. ДВУХОСЕВАЯ СЕРВОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Основное преимущество двухосевых испытательных систем связано с их конструктивной особенностью, позволяющей одновременно прикладывать к образцу осевую нагрузку и крутящий момент. В этом случае при использовании тонкостенных трубчатых образцов в рабочей части реализуется контролируемое плоское напряженное состояние.

69

В качестве примера рассмотрим универсальную двухосевую сервогидравлическую испытательную систему Instron 8850. Рассматриваемая система позволяет реализовать методики проведения экспериментов на одноосное растяжение, сжатие, чистое кручение, пропорциональное и сложное растяжение с кручением, а также циклические испытания. Основные элементы и общий вид испытательной системы представлены на рис. 2.23 и 2.24.

Рис. 2.23. Схема испытательной системы Instron 8850

70