следовательно при помощи рукоятки 4, штока 3 и толкателя 2 подаются в зону растяжения и фиксируются в неподвижном 9 и подвижном 6 захватах. Нагрузка к испытуемому образцу прикладывается от привода машины через тягу 5, при этом силовой стакан 7 остается неподвижным. Для подачи образцов в зону растяжения и удаления их обломков после разрушения в силовом стакане вьшолнен сквозной паз 8. Расход гелия в таком криостате на весь цикл испытаний до 12 л и на порядок меньше требуемого для испьггания такого же количества образцов на однообразцовом устройстве.

В устройствах с вертикальным расположением кассет смена образцов проводится автоматически при повороте кассеты под дей-сгвием момента сил тяжести после разрушения образца или благодаря использованию специальных храповых механизмов.

При постановке усталостных испытаний на кручение, на удар, по определению модулей упругости динамическим методом и других используют оригинальные системы нагружения, выполненные вместе с системой охлаждения и низкотемпературной камерой как единое целое.

При испытаниях на ударную вязкость до температуры жидкого азота используют обычные копры, снабженные дополнительными отдельно расположенными холодильными камерами, образец из которых подается на опоры копра непосредственно перед моментом удара. При более низкой температуре используют специальные копры, у которых все элементы системы нагружения находятся в криостате (рис. 11.10.5). Испытания на ударный изгиб образцов 3 в таких копрах проводят следующим образом. В исходном положении молот 5 поднят и зафиксирован при помощи шарикового замка 8, при этом тяги И тоже приподняты и удерживают в висячем положении наковальню 2 с образцом 3\ наковальня отсоединена от динамометра 13. Криостат 12 с азотным и вакуумным экранами размещен внутри корпуса копра, который жестко, через герметизирующие прокладки соединен с основанием 1.

Перед испытаниями в кассетное устройство копра закладывается 12 образцов, которые разрушаются за одну заливку гелия. При подготовке криостата к работе из рабочего объема и теплоизоляционных полостей откачивают воздух. После образования форвакуума заливают азот и гелий до образования в зоне наковальни и образца жидкой ванны. Затем включают шариковый замок 8 и подают в верхнюю полость 7 пневмоцилиндра 6 сжатый воздух. Молот 5 перемещается вниз и освобождает тяги 11. Под действием разности давлений в рабочем объеме, и в вакуумном экране криостата сильфон 4 после освобождения тяг деформируется, и наковальня 2 с образцом 3

Рнс. 11.10.5. Пневматической копер дпя испытаний на ударный изгиб в интервале температур 293...4,2 К

перемещается до соприкосновения с динамометром 13. В то же время молот 5 наносит удар по образцу.

Диаграмма деформирования при ударе записывается по сигналам от фотоэлектрического дат шка 10 перемещения, перекрываемого шторкой Р, и датчика нагрузки.

В связи с тем, что гелий имеет высокую стоимость, гелиевые криостаты подключают к магистрали сбора газообразного гелия, который подается к компрессору и закачивается в баллоны.

11.10.3. СТЕНДЫ для ИСПЫТАНИЯ НЕСУПЩЙ СПОСОБНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

На специализированном стенде можно исследовать деформирование и разрушение натурных сосудов давления, трубопроводов и их моделей при воздействии статического (до 100 МПа) и циклического (до 30 МПа) внутреннего давления в интервале температур 293...77 К диаметром до 600 мм, длиной до 1000 мм и толщиной стенки до 10 мм. В качестве хладагента используется жидкий азот, а в качестве рабочих веществ - газообразные азот, гелий и жидкий азот. Стенд представляет собой сложное сооружение, размещенное в соответствии с требованиями техники безопасности в отдельном помещении с двумя железобетонными шахтами. Система охлаждения стенда включает сосуд емкостью 1000 л для жидкого азота, два сосуда для жидкого гелия емкостью по 100 л, устройства для подачи хладагентов в рабочую камеру, распылители, контрольно-измерительную аппаратуру.

Испытуемый сосуд 1 (рис. 11.10.6) устанавливается в размещенной в шахте рабочей камере J, которая представляет собой толстостенную цилиндрическую емкость с теплоизоляционной вакуумной рубашкой. Рабочая камера сохраняет жидкую ванну хладагента при проведении испытаний и выполняет защитную функцию, предотвращая в нештатных ситуациях разлетание осколков от разрушающегося сосуда.

В области температур, близких к 77 К, и высоком давлении азот переходит в жидкую (после 15 МПа) и твердую (после 90 МПа) фазу; в подобных случаях при более высоком давлении вплоть до температуры 4,2 К рабочей средой может быть только газообразный гелий, который не переходит в твердую фазу при 4,2 К при давлении ниже 100 МПа. При использовании газа необходимо предотвратить

Рис. 11.10.6. Схема комплекса оборудования для испытания сосудов под давлением при низких температурах (до 77 К)

возможность накопления большого запаса упругой энергии в сосуде 1 при его нагружений внутренним давлением. Это достигается заполнением сосуда балластом, в качестве которого весьма эффективно применяют крошку из полиуретана, газонасьпценне которой при понижении температуры уменьшается.

Системы нагружения внутренним давлением при низкой температуре отличаются от систем, используемых при испытаниях в нормальных условиях, тем, что рабочую среду, подаваемую внутрь объекта исследования при низкой температуре, необходимо отделить от рабочей среды, подаваемой от насосной станции. Для этого предусмотрены распределительные камеры. Используемая в пневмогид-равлическом стенде система нагружения сосуда 1 (рис. 11.10.6) состоит из компрессора 4, газгольдера 5, разделительной камеры d, блока высокого давления 7, гидроусилителя 9, масляного насоса 10, баллонов со сжатым газом 12.

Эти агрегаты соединены магистралями высокого давления с сосудом 1. Заливку жидкого азота или подачу его паров в рабочую камеру 3 проводят из емкости 8 по трубопроводу с тепловой изоляцией; после достижения в рабочей камере заданной температуры проводят нагружение сосуда с помощью компрессора 2. В зависимости от режима испытаний нагружение внутренним давлением при температуре до 77 К можно осуществлять несколькими способами: подачей газообразного азота или гелия из баллона 12 с рабочим давлением до 40 МПа; подачей этих же сред из газгольдера 5 при более высоком давлении при помощи компрессора 4 типа ЛК 10/1000; подачей жидкого азота из блока 7 высокого давления; нагнетанием изопентана или другой рабочей среды из разделительной камеры 6 в сосуд с помощью насоса 10 и гидроусилителя 9. Давление в системе нагружения контролируется датчиком И типа МЭД с индикацией на самописце, датчиками давления 13 типа ДТ-1000 и манометрами 14. Для измерения температуры в интервале 293...77 К наибольшее применение находят медьконстантовые термопары и медные термопреобразователи сопротивления, а при более низкой температуре - германиевые термисторы.

Деформации в различных зонах исследуемых сосудов измеряют при помощи фольговых тензорезисторов (одноэлементных и розеток) на винифлексовой основе. Тензорезисторы наклеивают непосредственно на сосуд или тензорезисторные преобразователи перемещений, используемые для регистрации изменения линейных размеров сосуда.

На базе системы создания внутреннего давления пневмогидравлического стенда эксплуатируются установки УНС-10 и УНС-20, предназначенные для испьггания при темпера-

СТЕНДЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ 341

туре 77 и 4,2 К полусферических элементов сосудов диаметром до 320 мм и толщиной стенки 1...3 мм, а также цилиндрических обечаек такого же диаметра с полусферическим днищем. В установке УНС-10 в качестве рабочей среды используется газообразный или жидкий азот, а максимальное рабочее давление может достигать 40 МПа. Теплоизоляция рабочей камеры установки выполнена из пенопласта, так как захолаживание объекта исследования осуществляется жидким азотом (рис. 11.10.7).

Сферический образец 1 с вкладышем 2, помещенный в корпус камеры 5, для обеспечения герметичности рабочего объема прижат к коническому кольцу 6. Рабочая среда подается по трубопроводу высокого давления 7 в пространство между вкладышем и полусферой; охлаждающая жидкость подается по трубопроводу с тепловой изоляцией через отверстие в пенопластовой крышке 3 в резервуар 4, расположенный над полусферой, охлаждение которой происходит, таким образом, с внешней стороны. Следует отметить, чго на одно испытание в установке УНС-10 потребляется до 60 л азота.

Изменение кривизны поверхности исследуемой оболочки регистрируется при помощи тензорезисторных преобразователей (показаны на рисунке стрелками).

Установка УНС-20, предназначенная для испытаний таких же полусферических сегментов в среде жидкого гелия (рис. 11.10.8), состоит из криостата 1 с вакуумньа1 2 и азотньп 7 экранами и рабочей камеры 4, внутри которой монтируется образец 3 с вкладышем 6.

Вкладыш с полусферой вначале охлаждается жидким азотом, а затем в полость 5, расположенную с внешней стороны полусферы, подается жидкий гелий. В качестве рабочей среды в установке также используется жидкий гелий, нагнетаемый под давлением в полость И. Для удобства монтажа образца и подсоединения коммуникаций к криостату съемную крышку 10, к которой присоединена труба Р, связанная с рабочей камерой 4, устанавливают на специальную подставку. В верхней части трубы смонтирован охлаждающий резервуар 8 с жидким азотом, являющийся экраном для тепловых потоков, поступающих в зону криостата по трубопроводам системы охлаждения и нагружения, размещенных в трубе. Рабочая камера 4 изготовлена толстостенной для предотвращения стенок криостата от повреждений при разрушении полусферы. Установка укомплектована автоматизированной системой измерения деформаций, температуры и давления.

вакуум.

Рис. 11.10.7. Холодильная камера установки УНС-10 для испытания полусфер внутренним давлением при температуре 293...77 К

Рис. 11.10.8. Криостат установки УНС-20 для испытания полусфер внутренним давлением при температуре 4,2 К