Устройство для измерения времени запаздывания текучести материалов при динамических испытаниях

 

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени за счет автоматизации процесса измерения и обработки. Сигнал с выхода фильтра 6 нижних частот через дифференциаторы 7 и 20 и компаратор 21 поступает на второй RS- триггер, на выходе которого формируется импульс, поступающий через второй преобразователь 23 время - код на вход вычитателя 19, на второй вход которого поступает сигнал с выхода первого преобразователя 18 время - код. Разность с выхода вычитателя 19, характеризующая время запаздывания текучести, поступает в виде цифрового кода на индикатор 16, куда также подается сигнал с аналого-цифрового преобразователя 15, пропорциональный начальной скорости бойка 2. 2 ил. (/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 N 3/30

1 с

1ak (l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ИслытуЕныи иотериоя Ди.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3976415/25-28 (22) 18.11.85 (46) 07.01.88. Бюл. Ф 1 (72) С.В.Артемьев, Ю.Г.Артемьев, А.В.Кирякин, Е.В.Журавлев и В.Ф.Скороходов (53) 620.178.35(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 888004, кл. G О1 К 3/48, 1979.

Волошенко-Климовицкий Ю.Я. Динамический предел текучести. — М.:

Наука, 1965, с.99-120. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ

ЗАПАЗДЫВАНИЯ ТЕКУЧЕСТИ МАТЕРИАЛОВ

ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ (57) Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств материалов. Цель изобретения — повышение точности и сокраще„„SU„„1364954 А 1 ние времени за счет автоматизации процесса измерения и обработки. Сигнал с выхода фильтра 6 нижних частот через дифференциаторы 7 и 20 и компаратор 21 поступает на второй RSтриггер, на выходе которого формируется импульс, поступающий через второй преобразователь 23 время код на вход вычитателя 19, на второй вход которого поступает сигнал с выхода первого преобразователя

18 время — код. Разность с выхода вычитателя 19, характеризующая время запаздывания текучести, поступает в виде цифрового кода на индикатор

16, куда также подается сигнал с аналого-цифрового преобразователя 15, пропорциональный начальной скорости бойка 2. 2 ил.

С:

1364954 2

Изобретение относится к исследованиям физико-механических свойств металлов и сплавов и может быть использовано для измерения времени запаздывания текучести «ри динамических испытаниях.

Цель изобретения — повышение точности и сокращение времени испытаний за счет автоматизации «роцесса и исключения операций «о дополнител ьной обработке информации.

На фиг.l показана блок-схема устройства; на фиг,2 — эпюры напряжений на выходах электронных блоков (номера выходных на«ряжений соотае гс твуют номерам блоков) .

Устроиство со;гержит корпус 1, .ста«овленный в нем боек 2 со сфер«ческим инде«тором 3, последовательНо соединенные «ьезоакселерометр 4, устаггов:ген|«1й «а бойке 2, согласующий усилитель 5 и фильтр 6 нижних

-1астот, соединен«ые с его выхо;ом ,«фференггиатор 7, пиковый детектор Я, «ерьый и второй комггараторы 9 и 10 и интегратор 11, генератор 12 тактовых импульсов, последовательно соединенные третий ком«аратор 13, вход которого соединен с выходолг дифференцггатора 7, соединенйый управляющим входом второй пиковый детектор 14, сигнальный вход которого соединен с интегр тором 11, аналого-цифровой преобразователь 15 (ЛЦП), тактовый вход которого соединен с третьим выходом генератора 12 тактовых импульсов,и индикатор 16, последовательно соединенные RS-триггер 17, S- u R-входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго компараторов 9 и 10, а выход — с управляющим входом АЦП 15, преобразователь 18 время — код, второй вход которого соединен с первым выходом генератора 12 тактовых импульсов, и вычитатель 19, выход которого соединен с вторым входом индикатора 16, последовательно соединенные второйдифференциатор 20,вход которого соединен с выходом первого дифференциатора 7, четвертый компаратор 21, соединенный

R-входом с вторым RS-триггером 22, второй преобразователь 23 время -код, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора 12 тактовых импульсов, а выход — с вторым входом вычитателя, и пятый компаратор 24, 10

2,э

55 вход которого соединен с выходом согласующего усилителя 5, а выход — с

S-входом второго RS-триггера 22, выход которого соединен с управляющим входом первого пикового детектора 8, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора 9.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 устанавливают на поверхность испытуемого материала. Блок 2 под действием силы тяжести или с помощью пружины (не показана) разгоняется до рпределенной начальной скорости V, и ударяет индентором 3 по поверхности испытуемого материала °

Пр« динамических (ударньгх или высокоскоростных) испытаниях различ-! гьгх материалов параметры соударения бойка 2 с материалом служат надежными критер глми контроля физико-механических свойств последних. Зависимость ударного ускорения бойка 2 при соударении его с поверхностью испытуемого материала получают с помощью ударного пьезоакселерометра, установленного на бойке 2 и преобразующего ударное ускорение в эквивалентное ему изменение выходного напряжения C a(t) = Ц г (t) J . Зависимость царного ускорения a(t) в процессе внедрения индектора 3 в материал позволяет выявить характерные точки (длительности, амплитуды), характеризующие переходы материала из стадий упругого деформирования в стадию пластического течения на этом нагружении соударяющихся тел (время фиг.2a) и в стадию упругого восстановления или разгрузки соударяющихся тел (время t на фиг,2а). При этом точка перегиба на кривой Ua(t) на этапе нагружения надежно характеризует начало пластического течения материа:;a: длительность t, — время его начала, а мгновенное значение . апряжения U ax p — величину динамического предела текучести (1 <).

На этапе разгрузки длительности восстановления упругих деформаций определяются, в основном, упругими свойствами бойка и испытуемого материала и не зависят от вида нагружения.

Поэтому можно считать, что длительность t. (фиг,2а) при изменении ударного ускорения на этапе разгрузки от значения, пропорционального динамическому пределу текучести до окон13649 чания соударения, соответствует времени восстановления упругих деформаций испытуемого материала точно также, как если бы он был сжат соответствующей этому ударному ускорению статической контактной силой (Р > — а „, имея ввиду, что P „ = а, x m, а прочность бойка ) прочбой км ности материала ° 10

На фиг.2а показано, что длительность t, соответствующая упругому

1 деформированию на этапе нагрузки, больше длительности разгрузки t на этапе восстановления. Эта разница оп- 15 ределяется именно динамичностью нагружения и характеризуется временем запаздывания текучести при высокоскоростных (ударных) нагружениях (испытаниях) материалов, т.е. t

t (фиг.2a). Величина зага1 здывания текучести служит важнейшей характеристикой при оценке влияния динамичности нагружения и определения момента зарождения пластической 2Ь деформации при испытаниях различных материалов.

Электрический сигнал с пьезоакселерометра 4, преобразующего ускорение движения бойка 2 в процессе соударения с испытуемым материалом в пропорциональное ему напряжение, поступает на вход согласующего усилителя

5, предназначенного для согласования электронных обрабатывающих блоков с выходным импедансом пьезоакселерометра 4, и далее на входы фильтра 6 нижних частот, отфильтровывающего импульс напряжения от высокочастотных составляющих, и пятого компара- 40 тора 24. Передним фронтом сигнала с пятого компаратора 24 (фиг.2з) второй RS-триггер 22 переводится в состояние логической "1" (фиг.2д).Одновременно сигнал с выхода фильтра 46

6 нижних частот (фиг.2а), дважды продифференцированный с помощью дифференциаторов 7 и 20, поступает на вход четвертого компаратора 21, котоpbM формирует положительный перепад напряжения на своем выходе в момент перехода второй производной сигнала (фиг.2в) через нуль (фиг.2к). Второй RS-триггер 22 этим перепадом устанавливается в состояние логического "0" (фиг.2д), Таким образом, на выходе второго RS-триггера 22 формируется прямоугольный положительный импульс, длительность которого

54 4 равна интервалу времени от начала ударного импульса до наступления динамического предела текучести испытуемого материала. Длительность этого импульса с помощью второго преобразователя 23 время — код преобразуется в эквивалентный цифровой код, например двоичный, который поступает на один из входов вычптателя 19.Во время действия импульса на выходе второго RS-триггера 22 открыт первый пиковый детектор 8 и, таким образом, в течение времени на- обоих входах первого компара1 тора 9 находятся равные между собой по амплитуде сигналы (фиг,2а и г).

В момент времени t, от начала ударного импульса первый пиковый детектор 8 закрывается и на его выходе остается напряжение, пропорциональное ударному ускорению в момент времени t от начала ударного импульса, т е. U p (фиг 2г). До тех пор, пока сигналы на входах первого компаратора 9 равны или сигнал на выходе фильтра 6 нижних частот больше, чем сигнал на выходе пикового детектора В, на выходе первого компаратора 8 сохраняется состояние логического "0". Как только напряжение на выходе фильтра 6 нижних частот станет меньше напряжения на выходе первого пикового детектора 8 на величину дБ, которая определяется чувствительностью первого компаратора 9 и, следовательно, может быть пренебрежительно мала, на выходе первогокомпаратора 9 устанавливается логическая "1" (фиг.2е).

Этим переходом первый RS-1риггер

17 устанавливается в состсояние логической "1" (фиг.2и). В момент окончания ударного импульса срабатывает второй компаратор 10, который поло1 жительным перепадом на своем выходе сбрасывает первый RS-триггер 17 в

"0". Таким образом, на выходе первого RS-триггера 17 формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна интервалу времени от момента достижения напряжения величины, пропорциональной ускорению на динамическом пределе текучести испытуемого материала в фазе отскока бойка до окончания ударного им-. пульса. Этот интервал времени с помощью первого преобразователя 18 вре мя — код преобразуется в эквивалент5 136 ный цифровой код, например двоичный, который поступает на второй вход вычитателя 19, на выходе которого формируется цифровой код, например двоичный, эквивалентный разности времени t, — t1, т.е. времени запаздыва-. ния t „ текучести материала при динамическом нагружении, Величина времени запаздывания индицируется индикатором 16 в удобной для оператора форме, например в цифровой, Очень важным моментом при динамических испытаниях является знание величины начальной скорости соударения индентора 3 с материалом, которая служит основным критерием оценки постоянства начальных условий проведения испытаний и, кроме того, является величиной, позволяющей проводить сравнение результатов различных испытаний. Для оценки величины скорости соударения импульс напряжения с выхода фильтра 6 нижних частот интегрируется интегратором 11, напряжение с выхода которого (фиг.2м) поступает на вход второго пикового детектора 14. Третий компаратор 13 вырабатывает на своем выходе прямоугольный импульс (фиг.2л), длительность которого равна времени упругопластического нагружения материала t, т.е. времени от начала ударм ного импульса до его максимума . Этот импульс открывает второй пиковый детектор 14 на это время. Известно, что площадь под кривой ударного ускорения от начала ударного импульса до его максимума равна начальной ско-рости Ч бойка .2. Следовательно, мгновенная величина напряжения (фиг. 2м) на выходе интегратора 11 в момент времени t будет пропорциональна начальной скорости V . В момент времени t второй пиковый детектор

14 закрывается и на его выходе остается напряжение, которое преобразуется АЦП 15, запускаемым по переднему фронту импульса с выхода первого RS-триггера 17, в эквивалентный цифровой код, например двоичный. Be1 личина, пропорциональная начальной скорости V,, индицируется индикатором 16 и служит для оценки постоянства начальных условий соударения.

Таким образом, устройство позволяет значительно повысить точность контроля времени запаздывания текучести материалов при динамических

4954 испытаниях за счет исключения этапов осциллографирования, фотографирования и последующих геометрических построений. Вместе с тем, предлагаемое устройство значительно сокращает время проведения испытаний за счет полной автоматизации процесса контроля и обработки результатов,а также за счет исключения изготовления специальных контрольных образцов, что приводит к значительной экономии материалов и изделий. Кроме того, устройство позволяет производить измерения начальной скорости бойка, что является весьма важным для сопоставления результатов измерений времени запаздывания текучести, проводимых в различньгх условиях.

Формула

20 :êîòîðîãî соединены соответственно

5

40 изобретения

Устройство для измерения времени запаздывания текучести материалов при динамических испытаниях, содержащее корпус, установленный в нем боек со сферическим индентором,установленный на бойке пьезоакселерометр, соединенный с его выходом согласующий усилитель, генератор тактовых импульсов и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с ,елью повышения точности и сокраще ия времени измерения, оно снабжено соединенным с выходом согласующего усилителя фильтром нижних частот, соединенными с его выходом дифференциатором, пиковым детектором, интегратором и первым и вторым компараторами, последовательно соединенными RS-триггером S- u R-входы с выходами первого и второго компараторов, и преобразователем время код, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, последовательно соединенными третьим компаратором,вход которого соединен с выходом дифференциатора, соединенным управляющим входом с вторым пиковым детектором, сигнальный вход которого соединен с выходом интегратора, и аналого-цифровым преобразователем, управляющий вход которого соединен с выходом RS-триггера, тактовый вход— с третьим выходом генератора тактовых импульсов, а выход — с индикатором, последовательно соединенными вторым дифференциатором, вход кото7 1364954 8 рого соединен с выходом первого диф- код, а выход — с вторым входом индиференциатора, четвертым компаратором, катора, и пятым компаратором, вход соединенным R-входом с вторым RS- которого соединен с выходом согласутриггером, вторым преобразователем . ющего усилителя, а выход — с S-вховремя — код, второй вход которого дом второго RS-триггера, выход косоединен с вторым выходом генератора торого соединен с управляющим входом тактовых импульсов, и вычитателем,. первого пикового детектора, выход ковторой входкоторого соединен с выхо- торого соединен с вторым входом пердом первого преобразователя время вого компаратора.

VF

VzZ ж Ф к

Vz

Составитель 10. Круглов

Редактор Н. Гунько Техред Л. Олийнык Корректор С.Шекмар

Заказ 6544/36 Тираж 717 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4