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.
Комплекс научного исследовательского оборудования для определения характеристик материалов. Двухосевая сервогидравлическая испытательная машина и оптическая система анализа полей деформаций / ©Пресс-служба ПНИПУ
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 пяти 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. 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.
