Крутильный маятник для определения механических свойств материалов

Крутильный маятник для определения механических свойств материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

КРУТИЛЬНЫЙ МАЯТНИК,ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАTEPHAJJOB , содержащий подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испытуемого материала,соединенную с подвижным захватом инерционную деталь, подвешенную на нити , электродинамическую систему для скручивания образца, включающую магнитопровод, расположенную между его полюсами подвижную катушку в виде рамки, жестко связанной с инерционной деталью, и источник питания подвижной катушки, устройство для уравновеиг-вания подвижной системы маятника и систему регистрации, отл и. чающийся тем, что, с целью повышения точности за счет исключения механического влияния токоподводящих проводов, он снабжен сосудом из диэлектрического материала с электропроводящей жидкостью , неподвижно установленнь внутри рамки по оси ее поворота, прикрепленным к рамке электропроводящим стержнем, который установлен по оси поворота рамки, электрически соединен с одним концом обмотки рамки и погружен в электропроводящую жидкость, и погруженным в эту жидкость электродом, соединенны с источником питания подвижной катушки , а нить подвеса выполнена электропроводящей и электрически соединяет другой конец обмотки рамки с источником питания.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU 46 А

3(5p G 01 N 3/38, G 01 N 3/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3501618/25-28 (22) 20.10.82 (46) 15.01.84. Бюл. Р 2 (72) С.А. Головин, Д.М. Левин, A.H. Чуканов и И.Н. Юркин (71) Тульский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 620.178.311.62 (088.8) (56 ) 1. Головин С.A., Архангельсский С.И. Релаксатор для измерения температурных, амплитудных и час= тотных зависимостей внутреннего трения. — "Проблемы прочности"„

1971, 9 5, с. 120.

2. Крутильный маятник для исследования динамических свойств полимеров. Испытательные приборы и стенды. ЭИ, M., ВИНИТИ, 1977, М 47, с. 1-7 (прототип). (54) (57) КРУТИЛЬНЬ. Й МАЯТНИК,ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, содержащий подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испытуемого материала,соединенную с подвижным захватом инерционную деталь, подвешенную на нити, электродинамическую систему для скручивания образца, включающую магнитопровод, расположенную между его полюсами подвижную катушку в виде рамки, жестко связанной с инерционной деталью, и источник питания подвижной катушки, устройство для уравновеш.вания подвижной системы маятника и систему регистрации, о т л и.ч а ю шийся тем, что,с целью повышения точности за счет исключения механического влияния токоподводящих проводов, он снабжен сосудом из диэлектрического материала с электропроводящей жидкостью, неподвижно установленным внутри рамки по оси ее поворота, прикрепленным к рамке электропроводящим стержнем, который установлен по оси поворота рамки, электрически соединен с одним концом обмотки рамки и погружен в электропроводящую жидкость, и погруженным в эту жидKGcTb электродом, соединенным с источником питания подвижной катушки, а нить подвеса выполнена электропроводящей и электрически соединяет другой конец обмотки рамки с источником питания.

1067406

Изобретение относится к исследованию механических свойств материалЖВ, а именно к крутильным маятникам, и может быть использован при динамических и статических испытаниях материалов на кручение.

Известен. обратный крутильный маятник для определения динамических вязкоупругих свойств материалов, содержащий подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испытуемого материала, соединенную с подвижным захватом инерционную деталь в виде коромысла, подвешенного на нити, электромагнитную систему для скручивания образца, включающую два электромагнита, расположенные по разные стороны от концов инерционной детали в плоскостн ее кручения, и источник питания электромагнитов, устройство для уравновешивания подвижной системы маятника, гидравлический демпфер некрутильных колебаний и систему регистрации (13.

Однако указанное устройство работает только в динамическом режиме и не позволяет производить статические механические испь>тания материалов при кручении с достаточной точностью из-за нелинейности электромагнитной системы нагружения.

Наиболее близким к изобретению является крутильный маятник для определения механических свойств материалов, содер>кащий подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испытуемого материала, соединенную с подвижным захватом инерционную деталь, подвешенную на нити, электродинамическую систему для скручивания, образца, включающу1о магнитопровод, расположенную между его полюсами подвижную катушку в виде рамки, жестко связанной с инерционной деталью, и источник питания подвижной катушки, устройство для уравновешивания подвижной системы маятника и систему регистрации P2 g.

Данное устройство не позволяет с достаточной точностью -определить динамические вязкоупругие свойства высокодобротных материалов из-за механического демпфирующего Влияния токоподводящих проводов на параметры колебаний образца.

Цель изобретения — повышение точности за счет исключения механического влияния токоподводящих проводов.

Поставленная цель достигается тем, что крутильный маятник для от1ределения механических свойств материалов, содержащий подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испытуемого материала, соединенную с подвижньпл захватом инерционную деталь, подвешенную на нити,. электродинамическую систему для скручиВания образца, включающую магнитопровод, расположенную между его полюсами подвижную катушку в аиде рамки, жестко связанной с инерционной деталью, и источник питания подвижной катушки, устройство для уравновешивания подвижной систекы маятника и систему регистрации, снабжен сосудом из диэлектрического материала с электропроводящей жидкостью, неподвижно уСтановленным внутри рамки по оси ее поворота, прикрепленным к рамке электропрсвод щим стержнем, который установлен по Оси поворота рамки, электрически соединен с одним концом обмотки рам ки и погружен в электропроводящую жидкость, и погруженным B эту жидкость электродом, соединенным с источником питания подвижной ка3ушки, а нить подаеса выполнена зле<— тропроводящей и элеl<трически соеди— няет ДруГОЙ кОнец ОбмОтки рамки с

13сточником питания.

В результате того, что токоподвод к катушке подвижной рам.<:-:.

Осуществляется через нить подвеса и жидкостной электрический контакт, состоящий из стержня, установленного пО Оси поворота рамк и прикре<1лен— ного к ней, и электрода, погруженНЫХ В Э>. ЕКТРОПРОВОДЯЩy IO ЖИДКОСТЬ исклк>чается механическое демпфиру>ощее влияние токоподводящих про— водов, ч †.О приводит к повышенH!o точности определения меха<1ичсски>< свойстВ материалОВ при кручении, На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого крутильного маятника. крутильный маятник содер,<<ит подан>кный 1 и неподвижный 2 захваты для крепления образца 3 исследче— мого материала, соединенную с пo.Чвижнь1м захватом 1 инсрционну.о деталь 4, выпОлненную В Виде коро!<ыс— ла 5 с инерционными грузиками 6 и подвешенную на злектропроводящей нити 7 к устройству 8 для уравновешивания подвижной системы, Выполненному в виде системы блоков 9 < противовесом 10, электродинамическу.о систему для скручивания образца 3, Включающую магнитопровод 11, который может быть выполнен В виде электромагнита с обмоткой 12, ги ание которой Осуществляется от иc.точника 13, расположенной между полюсами 14 магнитопровода 11, выполненными в виде сегментов цилиндра, подвижную катушку а виде рамки 15, жестко связанной с инерционной деталью 4, и блок 16 угр Вления, в состав которого Входят и<точник 17 питания подвижной катушки и коммутатор 18, и источник

13 питания электромагнита. Крути;ь

1067406 где

10 ный маятник содержит также систему регистрации, состоящую из оптически связанных осветителя 19, сферического зеркала 20, прикрепленного к оси инерционной детали 4, и полупрозрачной шкалы 21. Внутри рамки

15 по оси ее поворота размещен сердечник 22 из магнитомягкого материала, выполненный в виде полого цилиндра, в полость которого установлен сосуд 23 из диэлектрического материала, например стекла, заполненный электропроводящей жидкостью 24, сердечник 22 установлен на неподвижной подставке 25.Рамка

15 снабжена электропроводящим стержнем 26, установленным по оси поворота рамки и погруженным в жидкость 24. Сосуд 23 с жидкостью 24 и стержень 26 образуют гидравлический демпфер.

Один конец обмотки рамки 15 соединен с источником 17 питания соединительным приводом 27 через нить 7 подвеса, а другой проводом 28, соединяющим этот источник 17 с электр,одом 29, погруженным в жидкость 24, при этом электропроводящий стержень 26 соединен .с данным концом обмотки рамки 15. Крутильный маятник может быть помещен в вакуумную камеру 30, а образец 3 — в термокриокамеру 31.

Крутильный маятник для определения механических свойств материалов работает следующим образом.

После закрепления образца 3 в захватах 1 и 2 включают осветитель

19 и регистрируют на полупрозрачной шкале 21 положение светового "луча", которое совмещают с нулем шкаль| 21.

Камеру 30 вакуумируют. С помощью источника 13 питания на обмотку 12 электромагнита подают постоянный ток фиксированного значения, зави— сяший от величины усилия, необходимого для закручивания образца. Между полюсными наконечниками 14 магнитопровода 11 наводится магнитное поле, силовые линии которого проходят через рамку 15 с обмоткой и сердечник 22. При плавной подаче постоянного тока от источника 17 питания на обмотку рамки 15 имеет место взаимоиндукция магнитных полей электромагнита в пространстве между его полюсными наконечниками

14 и рамки 15. Взаимоиндукция магнитных полей приводит к плавному повороту .рамки 15, чем вызывается закручивание образца 3. Величина относительной сдвиговой деформации, переданной образцу 3 при закручивании, вычисняется с помощью регистрируемой величины отклонения светового "луча" на полупрозрачной шкале 21 после поворота рамки 15 от ее

3S

60 исходного положения по соотношению А

max т-—

2L(т — относительная сдвиговая деформация. г и 1 — радиус и рабочая длина образца соответственно; расстояние от сферического зеркальца 20 до полупрозрачной шкалы 21, А „- регистрируемое максимальное отклонение светового луча.

Направление закручивания образца (знак деформации) зависит от направления тока в обмотке рамки 15. Это достигается с помощью коммутатора

18. Таким образом, образец может быть как нагружен, так и разгружен (или нагружен с обратным знаком) в статическом режиме.

Для работы устройства в колебательном режиме все подготовительные операции, включая подачу тока на обмотку рамки 15 и закручивание образца 3, осушествляются аналогично описанному статическому режиму. После того, как образец закручен,система деформации кручения обесточивается, и обратный крутильный маятник с образцом 3 начинают совершать свободнозатухающие крутильные колебания. Подсчитывая, например, количество колебаний в заданном интервале амплитуд, определяют внутреннее трение образца 3. Возбуждая колебания образца в резонансном режиме, по значению резонансной частоты определяют модуль сдвига. Устройство позволяет проводить динамические испытания образцов в некотором интервале частот, для чего изменяют положение инерционных грузиков б на коромысле 5, меняя таким образом момент инерции инерционной детали 4.

Устройство позволяет совмещать динамический и статический режимы и осуществлять статико †динамическ режим. Для этого возбуждают свобод нозатухаюцие крутильные колебания образца 3 и при достижении заданной амплитуды колебаний производят включение системы деформирования.

Возникающие в процессе испытания некрутильные колебания гасятся с помощью гидравлического демпфера,который вместе с электродом 29 o6paзует одновременно жидкостной электрический контакт.

Применение описанной системы токоподводов в предлагаемом крутильном маятнике устраняет потери энергии при колебаниях соединительных проводов, что повышает точность измерения механических свойств материалов.

1067406

11201/47 Тираж 828 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений.и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Закаэ

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

Составитель В. Пастушин

Редактор М. Келемеш Техред С. Мигунова рр а Ко ектор Г, Решетник