Способ ударно-прочностных испытаний материала и устройство для его осуществления

 

Использование: при оценке физико-механических свойств упруго-эластичных материалов , в частности упругих деформаций кожи, картона и т.п. при ударных воздействиях . Сущность изобретения: образец исследуемого материала размещают на торце стержня-наковальни, сбрасывают на него с заданной высоты стержень-волновод тех же размеров, что и наковальня, и регистрируют ускорение стержня-волновода, возникающее после приложения нагрузки через интервал времени, не меньший времени взаимодействия стержня-волновода с образцом и равный времени пробега одной упругой волны, отраженной от рабочего торца стержня-волновода. По ускорению определяют упругую деформацию образца. В устройстве для реализации способа датчик ускорения стержня волновода установлен на его нерабочем, торце и электрически соединен с блоком преобразования сигналов и определения величины деформации образца . Изобретение позволяет регистрировать сигнал ударного импульса малой амплитуды и большой длительности при применении небольших ударных нагрузок, не вызывающих разрушения образца. 2 с.п. ф-лы. 1 ил., 1 табл. on С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:-

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4692900/12 (22) 17.05.89 (46) 30.04.92, Бюл. ¹ 16 (71) Центральный научно-исследовательский институт промышленности лубяных волокон (72) В.Ю.Созоненко, В,А.Иванов и И.В.Буслаева (53) 675 01 (088 8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1134906, кл. G 01 и 3/30, 1982.

Кокошвили С.М. Методы динамических испытаний жестких полимерных материалов, Рига: Знание, 1978, с. 52. (54) СПОСОБ УДАРНО-ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: при оценке физико-механических свойств упруго-эластичных материалов, в частности упругих деформаций кожи, картона и т,п. при ударных воздействиях. Сущность изобретения: образец иссИзобретение относится к легкой промышленности и может быть использовано дя оценки физико-механических свойств упруго-эластичных материалов, в частности для оценки упруго-деформирующих свойств кожи, картона и др.

Известен способ ударно-прочностных испытаний материала, при котором к образцу прикладывают нагрузку и регистрируют частоту колебаний образца с последующей оценкой его физико-механических свойств, B таком способе к образцу материала. например кожи, прикладывают синусоидальную нагрузку и регистрируют резонан„„5Ц „„1730560 А1 (я)5 G 01 N 3/30//G 01 N 33/44 ледуемого материала размещают на торце стержня-наковальни, сбрасывают на него с заданной высоты стержень-волновод тех же размеров, что и наковальня, и регистрируют ускорение стержня-волновода, возникающее после приложения нагрузки через интервал времени, не меньший времени взаимодействия стержня-волновода с образцом и равный времени пробега одной упругой волны, отраженной от рабочего торца стержня-волновода. По ускорению определяют упругую деформацию образца. В устройстве для реализации способа датчик ускорения стержня волновода установлен на его нерабочем. торце и электрически соединен с блоком преобразования сигналов и определения величины деформации образца. Изобретение позволяет регистрировать сигнал ударного импульса малой амплитуды и большой длительности при применении небольших ударных нагрузок, не вызывающих разрушения образца. 2 с.п. ф;лы, 1 ил., 1 табл. сную частоту колебаний образца и полуширину резонансной кривой амплитудно-частотной характеристики с последующей оценкой механических свойств.

Испытания образца в таком способе осуществляют или в статическом или в квазистатическом режимах, не дающих возможности получить достоверные данные о физико-механических свойствах кожи при ее ударном нагружении в широком диапазоне скоростей, тогда как на практике такой вид нагружения имеет место в ряде технологических процессов.

1730560

Известен способ ударно-прочностных испытаний материала, заключающийся в том, что к поверхности образца испытываемого материала прикладывают ударно-импульсную нагрузку посредством стержня-волновода. регистрируют один из параметров взаимодействия его с образцом и по его величине судят о прочнностных свойствах материала.

Известное устройство для ударно-прочностных испытаний материала содержит установленные вертикально и расположенные соосно металлические стержень-наковальню и стержень-волновод, имеющие одинаковые размеры, и датчик параметров взаимодействия стержня-волновода с образцом, установленный на поверхности стержня-волновода и электрически соединенный с блоком преобразования сигналов и определения величины деформации образца, Недостаток известных способа и устройства заключается в том, что в них не обеспечивается возможность получения достоверных результатов испытаний низкоплотных материалов на разных стадиях их деформации.

Это обусловлено тем, что известные решения применяются в основном для оценки механических свойств материалов с высокой акустической жесткостью (металлов, жестких полимеров и т и ), так как предполагают применение ударных наг1зузок большой амплитуды, но малой длительности, что в случае испытания низкоплотных материалов (кожи, картона и т,д.) приведет к их неизбежному разрушению, что не позволит осуществлять оценку прочностных свойств материала на разных стадиях его деформации.

Уменьшение в известном способе ударных нагрузок в соответствии с прочностными характеристиками низкоплотных испытуемых материалов снижает достоверность информации о происходящей в материале деформации; так как амплитуда его сигнала будет недостаточна для ее регистрации, а длительность сигнала будет мала для точной оценки величины деформации.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов испытаний низкоплотных материалов на разных стадиях их деформации.

Цель достигается тем, что в способе, заключающемся в том, что к поверхности образца испытываемого материала прикладывают ударно-импульсную нагрузку посредством стержня-волновода, регистрируют один из параметров взаимодействия его с образцом и no его величине судят о прочностных свойствах материала, согласс

Способ осуществляют следующим образом.

Образец материала 6, например, кожи располагают на торце стержня-наковальни

2 и воздействуют на него свободно падающим с заданной высоты Н стержнем-волноводом 3 в течение заданного времени воздействия (tg) за один ударный импульс.

Датчиком 4 регистрируют сигналы, соответствующие возникающему после приложения нагрузки ускорению e(t) нерабочего торца стержня-волновода. но предполагаемому изобретению, ударноимпульсную нагрузку к поверхности образца прикладывают путем свободного падения стержня-волновода с заданной высоты, в качестве параметра взаимодейст-, вия его с образцом регистрируют ускорение стержня-волновода, возникающее после приложения нагрузки через интервал времени, не меньший времени взаимодействия

10 стержня-волновода с образцом и равный времени пробега одной упругой волны отраженной от рабочего торца стержня-волновода.

Поставленная цель достигается также

15 тем, что в устройстве, содержащем установленные вертикально и расположенные соосно металлические стержень-наковальню и стержень-волновод, имеющие одинаковые размеры, и датчик параметров взаимодей20 ствия стержня-волновода с образцом, установленный на поверхности стержня-волновода и электрически соединенный с блоком преобразования сигналов и определения величины деформации об25 разца, согласно изобретению, датчик параметра взаимодействия стержня-волновода с образцом установлен на нерабочем торце стержня-волновода, при этом, в качестве датчика параметра использован датчик ус30 корения стержня-волновода, На чертеже изображено устройство, общий вид.

Устройство содержит установленные в вертикальной направляющей 1 и располо35 женные соосно металлические стержень— наковальню 2 и стержень-волновод 3, имеющие одинаковую длину и поперечные размеры.

На поверхности стержня-волновода 3

40 на его рабочем торце установлен датчик 4, например пьезоакселерометр ускорения стержня-волновода при его взаимодействии с образцом. Датчик 4 электрически соединен с блоком 5 преобразования сигнала, 45 и определения величины деформации образца например электронным осциллографом, 1730560

Эти сигналы, зарегистрированные в каждый из текущих моментов времени 1 в выбранном временном интервале At, преобразуют в блоке 5 и записывают в виде осциллограммы.

По величинам этих сигналов судят о деформационных процессах материала и о его прочностных свойствах, Регистрацию сигналов ускорения осуществляют через интервал времени Ь|;

Величину интервала Л t выбирают не меньшем времени (tg) его взаимодействия с образцом и равным времени пробега одной упругой волны, отраженной от рабочего торца стержня-волновода.

Математически это условие выражается следующим соотношением: а> (1) где Со — скорость распространения упругой волны в стержне-волноводе; по — начальная толщина образца; е — заданная относительная деформация образца;

Чо — скорость свободного падения рабочего торца стержня-волновода в момент начала взаимодействия с поверхностью образца.

Выражение (!) получают путем решения уравнений:

S пробега = Со !ор, (2)

S ПРабЕГа > — гг—

Со о (3) о где S пробега — путь пробега одной упругой волны, отраженной от рабочего торца стер; жня-волновода до его нерабочего торца;

top — время пробега одной упругой волны, отраженной от рабочего торца стержняволновода до его нерабочего торца.

При этом выбор величины пути S пробега одной упругой волны осуществляют путем экспериментального подбора длины L стержня-волновода. Задачей такого подбора является выбор такой длины L, которая соответствует пути S пробега одной упругой волны за время, не меньшее времени tg воздействия стержня-волновода на образец.

Время tg воздействия на образец задают заранее исходя из условий эксперимента, вида материала и т.д.

При оценке прочностных. свойств материала по величине ускорения а() нерабочего торца стержня-волновода исходят из того, что ускорение a(t) и относительная деформация образца связаны между собой следующим соотношением:

8(t) =Vot — /, dt s, a(t) dt (4) где V4 — скорость свободного падения стержня-волновода в момент удара о поверхность образца; м/с

t — текущее время деформации;

5 а(т) — ускорение нерабочего торца стержня-волновода в текущий момент времени

t, зарегистрированное датчиком;

h0 — начальная толщина образца.

Значения a(t) м/с в текущий момент

10 времени вычисляют по величинам ординат

У отклонения луча осцилограмм с помощью составленных заранее татировочных таблиц.

Пример осуществления способа.

15 Исследуемый материал — кожа хромовая с начальной толщиной йо = 1,6 MM.

Для проведения эксперимента были выбраны стержень-волновод и стержень-наковальня со следующими габаритами:

20 диаметр Д = 200 мм; длина 1. = 1,5 м.

Материал стержней — сталь ЗОХГСА, для которого Со = 5000 мlс — скорость распросткг с ранения упругой волны; ро =800 4

25 плотность материала стержня.

Эксперименты производились при параметрах, аналогичных экспериментам, результаты которых отражены в таблице.

При этом регистрировали сигналы в текущие моменты времени t c временны 4 шагом т = 0.5 10 с в заданном интервале времени Ь с = 3,0 10 4с.

Предлагаемый способ и устройство обеспечивают возможность регистрации . сигнала ударного импульса малой амплитуды и большой длительности при применении небольших ударных нагрузок.

Этим достигается достоверность ре40 зультатов и испытаний низкоплотных материалов на разных стадиях их деформаций.Ф о р м у л а и з о б р е.т е. н и и

1. Способ. ударно-прочностных испытаний материалов, заключающийся в том, что к поверхности образца испытываемого материала прикладывают ударно-импульсную нагрузку посредством стержня-волновода, регистрируют один из параметров взаимодействия его с образцом и по его величине

50 определяют прочностные свойства материала, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов испытаний низкоплотных материалов на разных стадиях их деформации, 55 ударно-импульсную нагрузку к поверхности образца прикладывают путем свободного падения стержйя-волновода с заданной высоты, параметр взаимодействия его с образцом регистрируют после взаимодействия с образцом через интервал времени, не мень1730560 ковые.размеры, и датчик параметра взаимодействия стержня-волновода с образцом, установленный на поверхности стержняволновода и электрически соединенный с блоком преобразования сигналов и определения величины деформации образца, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что датчик параметра взаимодействия стержня-волновода с образцом установлен на нерабочем торце стержня-волновода, при этом в качестве датчика параметра использован датчик ускорения; а м/с

Се ияли

Умм

t,с

681,25

953,8

817,5

545,0

Н=0,05

Н=0,1

Н=0,15

Н вЂ” высота свободного падения стержня-волновода, м

У вЂ” ордината отклонения луча осциллограммы, м. ший времени взаимодействия стержня-волновода с образцом и равный времени пробега одной упругой волны, отраженной от рабочего торца стержня-волновода, при этом в качестве параметра 5 взаимодействия стержня-волновода с образцом используют ускорение нерабочего торца стержня-волновода.

2. Устройство для ударно-прочностных испытаний материала, содержащее уста- 10 новленные вертикально и расположенные соосно металлические стержень-наковальню и стержень-волновод, имеющие одина05 10

1,0 10

1,5 10

2,0 10

2,5 10

3,0 10

0,5 104

1,0 10

1,5 10

2,0 10

2,5 10

3,0 10

0.5 10

1,0 10

1,5 10

2.0 10

2,5 103,0 10

7

4

0

16

11

18

23

17

7 0

1226,2

2043,8

2180,0

1362,5

545,0

1498,8

2452,5

3133,8

2316,3

953,8

4,42 10.

7,94 10

10,12 10

11,09 10

11,3 10

11,02 10э

20,3 10

26,6 10

29,93 10

31,10 10 з

31,32 10

15,6 10

29,08 10

38,82 10

44,26 10

46,29 10

46,67 10

17305á0

Составитель B.Ñoçîíåíêî

Техред M.Mîðãeíòàë Корректор О.Кравцова

Редактор Н. Горват

ПрОизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101.

Заказ 1509 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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