Испытания трубчатых модельных образцов на кручение
Сущность методики состоит в испытании при кручении трубчатых образцов и определении при этом: крутящего момента Мкрс последующим вычислением сдвиговых напряжений τ; сдвиговых деформаций γ; модуля сдвига G по измеренным τ и γ в упругой области на диаграмме нагру-жения.
Для испытаний используют образцы, аналогичные показанному на рис. 5.12. Необходимо только выдержать соотношение определяющих размеров l/d ≤ 3, где / — длина рабочей части; d — внутренний диаметр.
Для измерения сдвиговых деформаций на образец наклеивают тензорезисторы в соответствии со схемой, приведенной на рис. 5.17. Испытания на кручение рекомендуется проводить с помощью специальных захватов, схема которых представлена на рис. 5.18. Захват содержит вставку 2 с цилиндрической законцовкой и хвостовиком с лысками, бандаж 4 с разрезами и стягивающими болтами 6, винты 3, цилиндрический штифт и фланец 1. Бандаж устанавливают на упрочняющую часть образца 5 с предварительной затяжкой, затем в полость образца
372
373
|
|
5.5. Определение механических свойств композитов
5.5. Определение механических свойств композитов
Рис. 5.17.Схема наклейки и подсоединения тензорезисторов
5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИЙ
вводят вставку с цилиндрической частью. Вставки и бандаж соединяют винтами и осуществляют его окончательную затяжку. В аналогичной последовательности проводят сборку и установку второго захвата. Посредством хвостовика вставки и фланца захваты с образцом крепят на испытательной
|
|
|
машине.
Для проведения испытаний применяют машины, позволяющие создать необходимый крутящий момент и скорость захвата. Погрешность измерений не должна превышать 5 %.
После установки образца тензорезисторы подключают к измерительным приборам. Осуществляют тарировку по каналам нагрузки и деформаций и затем плавно нагружают образец до момента разрушения, регистрируя показания приборов. Определяют характер и место разрушения.
Сдвиговые напряжения рассчитывают в соответствии с формулой
Рис. 5.18.Схема устройства для испытания трубчатых образцов на кручение:
1 — фланец; 2 — вставка; 3 — винты, 4 — разрезной бандаж; 5 — образец; 6 — стягивающие болты
где М - крутящий момент; 
полярный момент сопротивления.
Сдвиговые деформации рассчитывают по формуле
γ = |ε1 | + | ε1 |.
где ε1, ε2 — относительные деформации, измеренные под углом
±45° к продольной оси.
Модуль сдвига, согласно закону Гука, определяют по формуле
G = τ/γ
причем значения х и у берут на упругом участке диаграммы
деформирования.
Все экспериментальные данные, полученные в результате различных видов испытаний образцов, могут быть положены в основу расчетов конструкций из КМ.
|
|
|
3
374 375
5.6. Контроль герметичности изделий из композиционных материалов
При изготовлении конструкций из КМ, работающих под давлением, для определения их герметичности в настоящее время разработаны и широко применяют различные методы контроля: гидравлические, пневматические, химические, мас-соспектрометрические, галоидные, радиационные и др. Каждый из этих методов имеет свои разновидности.
Большое разнообразие методов объясняется различной их чувствительностью к обнаружению течей, производительностью, возможностью выявления суммарных и локальных утечек, стоимостью, безопасностью.
Наиболее важная характеристика — чувствительность метода — определяется значением надежно регистрируемого мини-мального потока газа или жидкости. Чувствительность метода должна соответствовать степени герметичности контролируемой конструкции. В технических условиях на изготовление изделий, подлежащих контролю герметичности, метод контроля и его чувствительность указываются совместно с требуемой степенью герметичности. Если такое указание отсутствует, то необходимо выбирать метод контроля, чувствительность которого в 2-3 раза превышает заданную степень герметичности.
|
|
|
В системе СИ чувствительность (течь) измеряют в единицах потока воздуха (мм2 МПа/с). Соотношение между этой величиной и единицей, применяемой ранее, следующее:
1,3310-1мм3 МПа/с = 1 л-мкм/с.
Как правило, перед проведением испытаний на герметичность контролируемые объекты подвергают гидравлическому испытанию на прочность (опрессовке). Обычно давление при испытании в 1,5...2 раза превышает рабочее давление. Большинство из указанных выше методов с успехом применяют и для контроля герметичности сосудов давления из КМ, полученных намоткой. Гидравлический метод контроля герметичности может быть осуществлен тремя способами — гидравлическим давлением, наливом и поливом воды.
Иногда контроль герметичности совмещают с испытаниями изделий на прочность. Степень герметичности и места течи этим способом определяют по падению давления жидкости,
|
|
|
5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИЙ
регистрируемому манометром, и по появлению на наружной поверхности капель и струек жидкости, а также отдельных отпотевших участков.
При таком способе контроля герметичности могут быть выявлены дефекты с эффективным диаметром около 1*10-3 мм. В качестве контрольной жидкости можно применять воду, воду с хромпиком, масла, растворы с радиоактивными добавками и другие жидкости.
В качестве индикатора чаще всего применяют фильтровальную или индикаторную бумагу в зависимости от типа контрольной жидкости.
При испытании поливом изделие размещают в потоке падающих капель жидкости. Признаком герметичности в этом случае является отсутствие видимой влаги на поверхности внутренней полости.
Одним из наиболее распространенных методов контроля герметичности являются пневматические испытания, позволяющие определять как суммарную, так и локальную негерметичность. В зависимости от способа индикации течей пневматические испытания подразделяют на манометрические, пузырьковые и химические. Манометрический метод контроля бывает двух видов: способ спада давления и способ дифференциального манометра.
Первый способ применяют при контроле суммарной степени герметичности. В этом случае в объект под давлением нагнетают воздух или воздушно-гелиевую смесь, затем под этим давлением выдерживают его в течение определенного времени, указанного в технических условиях на испытания.
Степень суммарной негерметичности контролируют манометрами высокого класса точности по падению давления в изделии за время выдержки. Этот способ рекомендуется при испытаниях сосудов небольшого объема. Чувствительность этого метода составляет примерно (1—7)10-3 мм3 МПа/с. При этом температура в процессе испытаний не должна изменяться более чем на ± (1—2) °С.
Способ индикации течей с помощью дифференциального манометра, применяемый чаще всего для обнаружения микротечей в сварных швах, является наиболее сложным, но и наиболее чувствительным. Этим методом с применением специ-
376
377
5.6. Контроль герметичности изделий из КМ
альных магнетронных манометров удается обнаруживать течи
до 10-8 мм3 МПа/с.
Пузырьковый метод контроля герметичности основан на регистрации утечек в испытуемых емкостях по появлению пу зырьков газа. Различают три разновидности пузырькового ме тода: методы обмыливания, "аквариума" и вакуумирования.
При использовании метода обмыливания внутрь изделия подают газ под давлением, составляющим 1 — 1,2 от рабочего. После выдержки в течение 3...5 мин на контролируемую поверхность наносят мыльную эмульсию. Места течи выявляют по появляющимся мыльным пузырькам. Данным методом можно обнаружить течи с эффективным диаметром до 1-10-3 мм.
Для повышения чувствительности метода вместо мыльной эмульсии применяют специальные деформирующиеся составы на основе вязких латексов и дисперсных пенообразующих ве-|ществ. Места течи в этом случае определяют по вздутиям, пенным пятнам или кратерам.
Использование деформирующих и дисперсных масс позволяет повысить чувствительность метода обмыливания до 7-10-4 мм3 МПа/с.
Контроль герметичности методом "аквариума" заключается в подаче на контролируемый объект воздуха или азота под избыточным давлением с последующим погружением его в воду или спирт. Утечки определяют по пузырькам газа в жидкости. Значение избыточного давления в контролируемом объекте составляет 0,2—0,3 от испытательного давления. Затем давление в сосуде повышают до значения испытательного давления, указанного в технической документации и выдерживают в течение определенного времени.
Объект считается герметичным, если в процессе выдержки в жидкости не будут замечены выделяющиеся из него пузырьки воздуха. Чувствительность данного способа при использовании воды составляет 10-3 мм3-МПа/с, а при погружении изделия в спирт, отличающийся меньшим поверхностным натяжением, повышается до 5-10-4 мм3-МПа/с.
Метод "аквариума" рекомендуется применять для сосудов давления вместимостью не более 150 дм3 и не имеющих на своей поверхности видимых впадин.
5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИЙ
Химический метод контроля, называемый также методом остаточных устойчивых следов, основан на изменении окраски в специальном индикаторном веществе, происходящем в результате его химической реакции с аммиаком (NH3). Применяемое в данном случае индикаторное вещество имеет следующий состав:
глицерин — 10%; агар вымороженный — 1 %; спирт этиловый — 1 %; индикатор креозоловый красный водорастворимый — 0,0075 %; спирторастворимый индикатор — 0,0075 %; дистиллированная вода — остальное.
Данный состав приготавливают в специальных смесителях и хранят в термосах при температуре 333...353 К.
Контроль герметичности изделия в соответствии с данным способом осуществляют следующим образом:
1) на контролируемую поверхность изделия распылителем наносят индикаторную массу, либо накладывают пропитанные этой массой светлую ткань или фильтровальную бумагу (поверхность должна быть сухой, химически чистой и нейтральной);
2) внутрь сосуда под избыточным давлением 0,1...0,15 МПа (но не более рабочего) подают смесь воздуха с аммиаком (объемная доля последнего равна 0,5... 1%);
3) выдерживают изделие при этих условиях в тече-
ние10...15 мин;
4) сбрасывают давление и осуществляют визуальный осмотр изделия, фиксируя места течей (объект считается герметичным, если на поверхности, покрытой индикаторной массой, не обнаружено пятен малинового цвета);
5) продувают внутреннюю полость изделия сжатым воздухом;
6) отмывают изделие от индикаторной массы салфеткой,
смоченной в теплой воде.
Чувствительность химического метода контроля составляет примерно 6,6-10-5 мм3 МПа/с. В последнее время для контроля герметичности наиболее широко применяют специальные устройства — течеискатели.
Метод, основанный на использовании этих устройств, называют массоспектрометрическим и галоидным. Сущность того и другого методов заключается в регистрации тем или иным
378
379
5.6. Контроль герметичности изделий из КМ
течеискателем молекул газа, проникающих через неплотности в стенках сосуда давления.
При массоспектрометрическом методе контроля применяют геливые течеискатели типа ПТИ-7А, ПТИ-9, ПТИ-10. И качестве контрольного газа в этом случае используют чаще всего гелий или его смесь с воздухом, так как, во-первых, его атом имеет по сравнению с другими газами наименьший диа- метр (около 1,9-10-10 м), а, во-вторых, его концентрация и окружающей атмосфере чрезвычайно мала (5-10-4 %).
Галоидный метод основан на использовании галогенных течеискателей типа ГТИ-ЗА, ГТИ-6 и испытательного газа (фреона, четыреххлористого углерода и других галоидов).
Различают три способа контроля герметичности течеиска- телями: щупом, накоплением при атмосферном давлении и вакуумированием.
При первом способе внутрь контролируемого объекта пом избыточным давлением подают гелий или воздушно-гелиевую смесь (для галогенных течеискателей используют галоиды), а затем в течение 10...30 мин производят выдержку, после кото рой щуп течеискателя со скоростью не более 5 мм/с перемещают по наружной поверхности объекта, причем начинают о нижних участков, постепенно переходя к верхним (рис. 5.19).
Рис. 5.19.Схема установки для контроля герметичности с помощью щупа: / - течеискатель; 2 - выносной пульт управления; 3 — лампа термопарнан, 4, 11 ~ вентили; 5 - вакуумный насос; б— испытуемый объект; ?— шланг; Л' щуп; 9 — манометр для замера давления смеси газов; 10 — манометр для замерп давления
Для работы с гелиевыми течеискателями в оптимальных режимах (испытательное давление, концентрация гелия в конт-
5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИИ
рольном газе, скорость контроля и т.п.) в соответствии с методом щупа характерна чувствительность 10-5 мм МПа/с.
Галогенные течеискатели при работе этим методом обеспечивают чувствительность порядка 10-2... 10-3мм3 МПа/с.
Контроль герметичности сосудов, согласно способу накопления при атмосферном давлении, осуществляют следующим образом.
Контролируемое изделие помещают в герметичный кожух, снабженный специальными отверстиями диаметром 1... 1,5 мм (для ввода полого тонкого наконечника — иглы Льюера), соединенный со щупом гелиевого течеискателя. Вначале иглой Льюера измеряют фон гелия в пространстве между кожухом и изделием, затем испытуемый объект заполняют контрольным газом до испытательного давления. После определенной выдержки снова измеряют концентрацию гелия в том же пространстве. Степень герметичности изделия, суммарное натека-ние оценивают по изменению значения концентрации гелия.
Кожух, окружающий изделия, может быть выполнен жестким или мягким. Во втором случае в качестве материала используют прорезиненную ткань, клеенку, полихлорвиниловую пленку, а также другие эластичные и герметичные материалы.
Чувствительность этого способа по гелию составляет
10-6мм3 МПа/с.
Для определения суммарной степени герметичности закрытых объектов применяют способ вакуумной или гелиевой камеры. В соответствии с этим способом изделие помещают в вакуумную камеру, из которой затем откачивают воздух, после чего соединяют ее с течеискателем. Внутрь изделия подают под давлением контрольный газ (гелий). Под воздействием разницы давлений внутри и снаружи изделия частицы гелия проникают через дефекты в вакуумную камеру и фиксируются течеискателем.
Чувствительность данного метода в значительной мере зависит от объема пространства между изделием и внутренними стенками вакуумной камеры, в котором происходит накопление, частиц гелия. В том случае, если этот объем менее 1 м3, чувствительность способа равна 10-7 мм3 МПа/с, если объем более 1 м , то она уменьшается до 10-4 мм МПа/с.
380
381
5.6. Контроль герметичности изделий из КМ
Основной недостаток этого способа заключается в том, что для оценки герметичности крупногабаритных изделий необходимо создавать вакуумные камеры больших размеров.
Метод контроля с помощью гелиевой камеры по своей сути аналогичен методу вакуумной камеры, только в этом случае воздух откачивают из изделия, а контрольный газ закачивают в окружающую его камеру. После откачки воздуха с изделием соединяют течеискатель. Контроль герметичности сосудов спо собом вакуумирования для галогенных течеискателей и контрольного газа, состоящего из галоидов, аналогичен описании му выше массоспектрометрическому методу, но чувствитель ность его достигает лишь 10-6 мм3 МПа/с.
Среди других известных методов контроля герметичности, применяемых при изготовлении летательных аппаратов, наи- более интересными являются люминесцентный и радиацион ный методы.
По своей сущности эти методы аналогичны описанному ранее химическому методу. И в том и в другом случае кон-трольный газ или жидкость под испытательным давлением подают внутрь контролируемого изделия. Просочившиеся через течи частицы регистрируют на его наружной поверхности.
В состав контрольного вещества в одном случае входят частицы, люминесцирующие под воздействием ультрафиолетового облучения, а в другом — частицы радиоактивного элемента, испускающие или ионизирующие излучение, фиксируемое специальными приборами. В качестве люминесцентных жид костей наибольшее распространение получили составы ЛЖ-1, ЛЖ-2, ТМС-6. В радиоактивном методе в последнее врем: наиболее широко используют радиоактивный криптон-85, от личающийся большим периодом полураспада (более 10 лет), безопасностью и дешевизной.
Чувствительность люминесцентного метода составляет (1-5)10-4 мм3МПа/с.
Радиоактивный метод контроля является наиболее чувствительным и позволяет обнаружить микротечи с расходом газа, равным примерно 10-14 мм3 МПа/с.
В зависимости от требований, предъявляемых к изделию, применяют различные методы контроля герметичности. В некоторых случаях для одного и того же изделия последовательно
382
5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИИ
используют несколько методов контроля, начиная с менее чувствительных, но более простых и производительных, и кончая нысокочувствительным методом, обеспечивающим проверку требуемой степени герметичности. Применение методов с низкой чувствительностью необходимо для быстрого выявления и устранения крупных утечек.
5.7. Определение теплофизических свойств композиционных материалов
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 506; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!