Способ определения коэффициента пуассона материала

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению механических свойств материалов. Цель способа - повышение точности Производят нагружение индентора, используя плоский индентор, вдавливают его в материал, измеряют глубину вдавливания, силу вдавливания и перемещения поверхности материала на границе ее контакта с поверхностью индентора в Направлении , противоположном направлению вдавливания индентора, по которым с учетом формы и размеров индентора судят о коэффициенте Пуассона, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. Ы, 1753335 А1

s 6 01 М 3 /00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-2

1 (21) 4486566/28: .::.:. . (57) Изобретение относится к измеритель(22) 08.07,88 . . : .: .: " ной технике, а именно.к определению меха(46) 07,08,92. Бюл. М 29: .:::.:..:, ническйх "свойств"матерйалов. Цель с особа (71) Самарское научно-производственное — повышение точйости, Производят нагружеобьединение автоматйческих систем ";; ние индентора, используя плоский индентор, (12) В.Й,Анисимов и В,В.Колокольчиков : - вдавливают его в матерйал, измеряют глуби(56) Авторское свидетельство СССР . ну вдавливания. силу вдавливания и перемеN 957054, кл. G 01 N 3/42, 1982 :.: .,:: щения поверхности материала на грайице ее

Авторское свидетельство СССР -:. контакта с поверхностью ийдентора в наМ 1176209, кл. G 01 N 3/00, 1985; - правлении, противоположном направлению вдавливания индентора; по которым с учетом (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИ- ...- формыиразмеровинденторасудятокьэффиЦИЕНТА ПУАССОНА МАТЕРИАЛА ::: . циенте Пуассона, 1 ил, Изобретение относится к измеритель- ский индентор без сцепления, и при его ной технике, а именно к определению меха- сцеплении с испытуемйм материалом при нических свойств материалов.: :: одной и той же нагрузке измеряют глубину

Известен способ определения козффи-" внедрения в том и в другом случае, опредециента Пуассона путем испытания образца ляют. их отношение, по которому. судят о из исследуемого материала на растяжение .— " коэффициенте Пуассона и модуле упругоСпособ осуществляется следующим обра- сти, зом, Образец, представляющий широкую - Недостатком сйособа. является низкая пластину и имеющий продольную ось сим- производительность из-эа проведения двух метрии, закрепляют в зажимах разрывной внедрений и вйполнения сцепления инден- машины, растягивают путем приложенйя -. тора с материалом и невысокая точность.

: усилий к его торцам и фиксируют относи-: Известен способ определения коэффительное удлинение образца в продольном . циента Пуассона материала, заключающийнаправлениииотносительноесужениевпо- ся в том, что материал нагружают перечном направлении. Коэффициент Пуас- .: - вдавливанием сферического индентора, сона определяется как отношение - при этом регистрируютдиаметр d пятна каотносительного сужения к относительному:. сания индентора или его перемещения д, удлинению образца. замеряют деформацию е материала в радиДанный способ невозможно примеййть .. альном или окружном направлении относи- для использования покрытий, композитных -. тельно направления — вдавливания и и хрупких материалов и, кроме того, он не рассчитывают коэффициент Пуассона 1 по обеспечивает высокой точности.. ::., формуле

Известен способ определения коэффи- .: — 1 З у д» р, дэ циента Пуассона, заключающийся в том, что в материал дважды внедряют цилиндриче; lOOW3I !

1753335 если регистрируют диаметр d пятна касания, или по формуле

1 — 3т Р/я/2 ч К д

2 — 3 л(У!е//2 V/ н д если регистрируют перемещение д инде нтора, гдето — расстояние от места замера деформации до центра касания;

R — радиус индентора.

Недостатком этого способа является невысокая точность определения коэффициента Пуассона, особенно для материалов, близких к несжимаемым, и пористых материалов, у которых значение коэффициента

Пуассона близко или равно нулю, Цель изобретения — повышение точности определения коэффициента Пуассона.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения коэффициента Пуассона материала, заключающемся в том, что нагружают индентор, вдавливают его в материал, измеряют глубину вдавливания индентора, регистрируют перемещение исходной поверхности материала и с учетом формы и размеров индентора определяют коэффициент Пуассона материала, используют плоский индентор, регистрируют перемещение исходной поверхности материала в направлении, противоположном вдавливанию индентора, и с его учетом определяют коэффициент Пуассона материала.

На чертеже приведена схема реализации способа, Способ реализуется следующим образом.

Испытуемый материал 1 устанавливают перпендикулярно оптической оси интерферометра 2 на жестком массивном основании 3, В силовой схеме установки, например, между основанием 3 и испытуемым материалом 1 устанавливают силоизмеритель 4, соединенный с регистрирующим прибором 5. В испытуемый материал 1 вдавливают индентор 6 при помощи тяги 7, соединенной с устройст вом 8, задающим и регулирующим усилие тяги 7. Индентор 6 выполнен в виде цилинд рического штампа из твердого высокомолекулярного латериала, например стали LlJX-15, а при его вдавливании измерение глубины осуществляют измерительной головкой 9 типа

ГИП, опирающейся на тыльную поверхность индентора 6.

Для проведения измерений деформации испытуемого материала 1 за границей поверхности индентора 6 описанное устройство устанавливают на виброизолированном оптическом столе 10, что позволяет фиксировать интерферограмму 11 поверх45 объем V> .испытуемого материала, вытесненный индентором в направлении вдавливания

50 г -11

Vi =v (2) д = 6 28 10 м

d обьем Чг материала, вытесненного индентором в направлении, противоположном вдавливанию„в предположении, что. поверхность его близка к тороидальной с радиусом R=3,5 10 м

Чг=4/3 л Ь h R=1,85 10 м относительную деформацию 8< материaria в направлении вдавливания ности испытуемого материала 1 на соединенном с интерферометром 2 видеоконтрольном устройстве 12, По интерферограмме 11 определяют размеры и форму деформированной

5 поверхности испытуемого материала 1. По полученным измерениям и известным данным и константам определяют коэффициент

Пуассона v по формуле

10 2 (1 o)

1 ЛЧ е V, где Л V — изменение обьема материала после вдавливания индентора; е1 — относительная деформация мате15 риала в направлении вдавливания, Vi — обьем испытуемого материала до деформирования..

П р и"м е р. В плоскую поверхность испытуемого образца из органического

20 стекла толщиной Н=З мм вдавливают индейтор с плоской поверхностью диаметром d--5 мм. Измеряют при. помощи тензометрического датчика малых усилий величину силы вдавливания индентора Р, приводящей к де25 формации йоверхности материала. Деформацию поверхности и ее перемещения за границей контакта с поверхностью индентора определяли лазерным интерферометром.

Глубину вдавливания индентора д измеряли

30 головкой измерительной пружинной типа . ИГП. По полученным данным: усилие вдавливания Р=-98Н, глубина вдавливания д =3,2 10 м, максимальная величина перемещения поверхности испытуемого материала в на35 правлении, противоположном направлению вдавливания h=0,63 10 м. ширина деформи-6 рованной поверхности в радиальном направлении b=2 10 м и, зная толщину Н=8 10 м испытуемого. материала и модуль упругости

40 Е=2900 МПа, диаметр индентора d=5 мм, Определяют: объем Vi испытуемого материала до деформирования г

Ф =z (— ) П=15,7 10 м

1753335

Предложенный способ определения коэффициента Пуассона достаточно прост и точен за счет устранения ряда погрешностей и применения высокоточных средств

5 измерений.

Формула изобретения . Способ определения коэффициента Пуассона материала, заключающийся в том, что нагружают индентор, вдавливают его в мате10 риал, измеряют глубину вдавливания индентора. регистрируют перемещейие исходной поверхности материала и.с учетОм формы и

- .размеров индентора определяют коэффициент Пуассона материала, отличающийся

15 тем, что, с целью повьгшения точности, используют плоский индентор, региСтрируют перемещение исходной поверхности материала в направлении, противоположном вдавливанию индентора, и с его учетом определяют коэффи20 циент Пуассона материала. — P

2 л (— ) Е=1,72 10

Затем определяют изменение объемадЧ материала от вдавливания индентора

Ь Ч=Чо-Ч1=-4,43 10 M и по формуле, выведенной из известной зависимости, определяют значение коэффициента Пуассона м.

v= (1 — ) =042.

1 hV

Е1 Ч1

Полученное значейие близко к известным значениям для органического стекла.

Для веществ с коэффициентом Пуассона, близким к О, например, пористых и близких к 0,5, для несжимаемых резиноподобных материалов предлагаемый метод расчета дает точные результаты, f2

Составитель В,И.Анисимов

Техред M,Moðãåíòàë Корректор А.Воровин

Редактор В.Данко

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

Заказ 2762 Тираж .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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