Способ измерения внутреннего трения материалов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (!9) (1!) 4(51) С 01 М 3/56

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2795886/25-28 (22) 12.07.79 (46) 30.04.85. Бвл. У 16 (72) Б.Н.Коншин, А.П.Тарасенко, В.У.Новиков, Е.С.Ермина и Б.Б.Алякринский (71) Всесоюзный заочный политехнический институт (53) 533. 16(088.8) (56) 1. Пластмассы. Резонансный метод определения динамических модулей упругости н коэффициентов механических потерь при колебаниях консольно закрепленного образца.

ГОСТ 19873-74.

2. Крнштал N,А., Головин С.А.

Внутреннее трение и структура металлов. М., "Металлургия" 1976, с. 98 (прототип). . (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ, основанный иа создании свободных затухающих колебаний образца, измерении амплитуд, о т л и ч а вшийся тем, что, r. целью повышения точности измерения внутреннего трения в материалах, обладающих большим затуханием и.нелинейной зависимостью рассеяния колеба" тельной энергии от амплитуды колебания, измеряют временной интервал от положения максимума отклонения образца -до момента прохождения им положения равновесия, а также значение угловой скорости в момент прохождения образцом положения равновесия, при этом внутреннее трение

Q определяют по формуле где Ф вЂ” максимальная начальная) амплитуда колебаний;

То/4 — временной интервал от пбложения максимума отклонения образца до момента прохождения им положения ! равновесия; значение угловой скорости

s момент прохождения образцом положения равновесия.

2. Способ по. и. I, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью определения зависимости внутреннего трения материала от амплитуды колебаний образца, измерения произ. водят на каждом цикле колебаний.

< < 53267 2

Изобретение относится к измерительной технике, использующей неразрушающие методы контроля для измерения внутреннего трения на образцах материала. 3 . Известен способ измерения ннутреннего трения, основанный на создании вынужденных колебаний образца и измерении параметров амплитудно-частотной характеристики. резо- <и нансной частоты и ширины области резонанса на определенных уровнях амплитуд колебания пои постоянной величине внешней возбуждающей силы (1) .

Наиболее близким по технической сушности к пнедлагаемому является способ измерения внутреннего трения< основанный на создании свободных затухающих колебаний образца и измерении амплитуд )2J .

Ю

Недостатками известных способов я .шляются низкая точность измерения внутреннего трения в материалах, обладающих большим затуханием или нелинейной функцией рассеяния колебательной энергии, а также ограниченные функциональные возможности при выявлении зависимости внутреннего трения от амплитуды колебания— все это возникает из-эа наличия суЩ щественной величины методической погрешности, присущей известным способам измерения: погрешности нследствие нелинейной зависимости внутреннего трения от амплитуды, погрешности усреднения, возникающей при измерении н усреднении результатов, соответствующих различным амплитудам, а также погрешности, обусловленной неизохронностью колебаний.

Цель изобретения -повышение точности измерения внутреннего трения в материалах, обладающих большим затуханием и нелинейной зависимостью рассеяния. колебательной энергии от амплитуды, а также определение зависимости внутреннего трения от амплитуды колебаний образца.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения внутреннего трения материалов„ основанному на создании свободных затухающих колебаний образца, измерении амплитуд, измеряют временной интервал от положения максимума отклонения образца до момента прохожде- 55 ния им положения равновесия, а также значение угловой скорости в момент прохождения образцом положения ранновесия, при этом внутреннее трение

О определяют по формуле

2» <о о =„-e.

»

Т

1 д а-т /+

rye 9 — максимальная (начальная) амплитуда колебаний;

То/4 — временной интервал от положения максимума отклонения образца до момента про- хождения йм положения равно! весия; дч1 — значение угловой скорости д .

4 т»/Ф в момент прохождения образцом положения равновесия.

Кроме того, измерения производят на каждом цикле колебаний.

На фиг. I изображен пример уст;--ойства, реализующего предлагаемый способ измерения; на фиг. 2 — вре.;-; †.иные диаграммы работы устройства.

Способ основан на косвенных методах измерения, использующих известную зависимость амплитуды Ср свободно затухающих колебаний образца (фиг. 2б) от времени t!

4= е cogu t, -зе где < и с)» — соответственно начальная амплитуда и угловая частота.

После дифференцирования (1) по времени и подстановки t T

=»/2) получаем значение угловой скорости образца в момент прохождения им положения равновесия (, ) где Т /4 — четверть периода свободных колебаний, т.е. временной интервал от положения максимума отклонения образца до момента прохождения им положения равновесия.

Решая (2) относительно 1 и используя известное соотношение между ннутренним трением g и декрементом затухания еС, получаем:

1153267

В частном случае реализацию предлагаемого способа можно осущестнить на примере крутильного маятника, обладающего значительным затуханием. При этом значение угловой скорости 1 — 1 =Т /4 может быть оценк-! е!

1дс1 0 но по конечным приращениям d(f /д .

В этом случае н качестве обобщенной координаты принимают угол закручи- IÎ нания образца Я, характер изменения которого при снсбодных колебаниях (фиг. 26) описывается выражением (I), Устройство для измерения внутреннего трения (фиг. 1) содержит крутильный маятник (не показан) и измерительный блок, н состан которого входят датчики 1 и 2 углов, фиксирующие прохождение координатой Определенного значения угла dt) =(f — Cf установленные по обе стороны на достаточно малом расстоянии от положения равновесия маятника. Положение равновесия маятника (угол

ЦО ) фиксируется датчиком 3. Указанные датчики I и 2 служат для из- мерения угловой скорости маятника и вырабатывают импульсы при пересечении маятником положительного угла С, и отрицательного угла q> (фиг.2в,г) .Выхо1 ды датчиков 1 и 2 соединены с раздельными входами триггера 4> ны— ход которого соединен с первым входом элемента И 5. Второй вход элемента И 5 соединен с эталонным им35 пульсным генератором 6 а выход элемента И 5 соединен с входом счет— чика 7> к разрядам которого подсоединен индикатор 8. Выход датчика 3 соединен с первым входом второго триггера 9 1 второй вход которого соединен с входом "Пуск" устройства.

Выход триггера 9 соединен с первым входом элемента И 10> выход которого подключен к счетчику 11 и индикатору 12. Второй вход элемента И IO 45 соединен с выходом генератора 6 эталонных импульсов.

В качестве датчиков )-3 в простейшем случае могут быть использованы фотодиоды>. расположенные в одну линию, которые пересекает световой луч отражаемый от зеркальца, закрепленного на маятнике.

Устройство работает следующим бб- SS разом.

Импульсом на входе "Пуск (фиг.2а) снимается усилие, удерживающее маятник на начальном угле закручивания и он начинает сонершать свободо ные колебания (фиг. 26}, которые вследствие большой величины внутреннего трения быстро затухают(н течение одного-двух периодов).

В моменты времени tI и t>, соответствующие заранее известным фиксированным углам (, и (lw, датчики

1 и 2 вырабатывают положительные импульсы (фиг. 2н, г), которые по раздельным входам вначале опрокидывают триггер 4, а затем устанавливают н нем исходное состояние. Импульс с выхода триггера 4 (фиг. 2д) длительностьюд (открывает на это время элемент И 5, и эталонные импульсы генератора б просчитываются счетчиком 7 (фиг. 2е) и фиксируются индикатором 8.

Если обозначить d с =!(1, — g I, .то из треугольника ABC (фиг. 26) следу-! du< &9 ет, что (— (С=Т /4 — . Таким обдЕ разом, угловая скорость образца при =0 может быть вычислена делением известного угла на временной интервал,код которого записан в счетчике 7.

Одновременно с началом свободных колебаний маятника импупьсом,на входе Пуск" устройства опрокидывается триггер 9 (фиг. 2ж). Возвращение триггера 9 в исходное состояние осуществляется импульсом с датчика

3, фиксирующего прохождение маятником положения равновесия. Следовательно, число импульсов от генератора 6, записанное в счетчик 11 (фиг.2з) через элемент И 10> пропорциональ— но четверти периода свободных колебаний Т0/4.

По показаниям индикаторов 8 и 12 при известной начальной амплитуде

Ф, рассчитывается по формуле (3) внутреннее трение.

Предлагаемый способ позволяет исследовать зависимость внутреннего трения от амплитуды колебаний.

С этой целью производят аналогичные измерения, но при различных значениях начальной амплитуды колебаний У .

Отличительная особенность предлагаемого способа заключается в уменьшении погрешности измерения внутреннего трения с увеличением затухания образцов (вследствие увеличення временного интервала ht).

1153267

/7уг

ВНИИПИ вякая 2499/37 Типаж 897 Подписное

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

Предлагаемый способ может эф" фективно использоваться при больших потерях в исследуемом образце, т.е. в диапазоне значений внут0

Ю о реннего трения, где измерения другими способами практически неосуществимы из-за очень большой погрешности