Комплекс научного исследовательского оборудования для определения характеристик материалов

Комплекс научного исследовательского оборудования для определения характеристик материалов

 

Современное производство металлических изделий всегда включает предварительные испытания материалов. Они необходимы для изучения поведения металлов в процессе эксплуатации. Эта процедура помогает заранее предотвратить возможные неисправности и сохранить ресурсы производства. Исследователи из Пермского Политеха создали устройство для испытания твердых материалов на растяжение. В отличие от аналогов, разработка позволит увеличить перечень необходимых характеристик и повысить точность диагностики. Ученые уже получили патент на изобретение. Исследование было реализовано при поддержке гранта РНФ.

Устройство будет востребовано в производстве металлических изделий для деталей, которые подвергаются большим пластическим деформациям, в авиационной промышленности, автомобилестроении и строительстве. В частности, такие материалы используют для изготовления фюзеляжей и авиадвигателей, элементов корпуса машин и кровли зданий.

Существующие устройства для исследования прочности металлов не позволяют проводить измерения при различной жесткости нагружающей системы. Это не обеспечивает полноту исследования характеристик материала, что впоследствии может привести к сильной деформации или разрушению конструкции. Для решения этой проблемы пермские ученые предложили использовать специальное устройство. 

– Отличием нашей разработки является возможность передачи нагрузки в виде растяжения на образец металла с регулируемой жесткостью в диапазоне от 5 до 120 кН/мм. Чтобы получить точные характеристики материала, мы использовали видеофиксацию с помощью двух видеокамер. Мы проводили съемку образца с частотой от 0,1 до 100 Гц под углом от 60 до 90 градусов. Управление процессом происходило с помощью компьютера и контроллера, на который поступали данные с датчиков нагрузки и перемещения образца. В это время видеоизображение обрабатывал второй компьютер, оснащенный программной системой анализа с помощью метода корреляции цифровых изображений, – рассказывает одна из разработчиков, старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики Пермского Политеха, кандидат физико-математических наук Татьяна Третьякова

Чтобы подтвердить эффективность работы нового устройства, ученые провели серию экспериментов с цилиндрическим образцом из алюминий-магниевого сплава в Центре экспериментальной механики Пермского Политеха. Предварительно они нанесли на материал контрастное покрытие, а также провели настройку и калибровку камер видеосистемы. Затем исследователи приложили к образцу минимальную нагрузку и с постоянной скоростью увеличивали ее до высоких значений. Система регистрировала изменения на поверхности образца. В результате ученые получили диаграммы, анализ которых подтвердил наличие прерывистого пластического деформирования. Данные эксперимента полностью совпали с теоретическими знаниями об этом сплаве.

Татьяна Третьякова с коллегами

Татьяна Третьякова с коллегами

 

В процессе испытаний ученые использовали оборудование Центра экспериментальной механики: универсальную двухосевую сервогидравлическую испытательную систему и бесконтактную видеосистему.

– Недостатком существующих аналогов является то, что они не могут определять свойства материалов при изменениях жесткости нагружающей системы. В отличие от них, наша разработка позволяет исследовать характеристики сплавов и прогнозировать их работоспособность с учетом жесткости нагружения, – поясняет исследовательница.

 

Информация и фото предоставлены пресс-службой Пермского Политеха