Способ определения механических свойств листовых материалов

 

Использование при определении модуля упругости высокоэластичных листовых материалов . Сущность изобретения: центральную часть образца 1 в виде мембраны толщиной h и радиусом п закрепляют между двумя дисками 2 и 3 радиусом Г2, Затем растягивают образец радиальными усилиями и закрепляют его по контуру. Далее прикладывают к центру дисков 2 и 3 осевое нормальное усилие. Фиксируют прогиб в центре мембраны. По достижении заданного прогиба фиксируют осевое усилие Р. Модуль упругости рассчитывают по приведенной формуле. 1 табл., 2 ил.

БЫ„,1753340 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (505 G 01 N 3 /08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ...::: .-;::.:. ::. . ..., . ::: 2 (21) 4727638/28 .. ", - :: -" :: -, :;-,,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАЙЙЧЕ(22) 07.08,89 " : ...::,:: ":. .;.::.:::::::: ::;.: СКИХ СВОЙСТВ .ЛИСТОВЫХ МАТЕРИА(46) 07.08.92; Бюл. Й. 29:::.::::..:,;- : ";,::-: ЛОВ (71) Электростальское научно-производСт- ;.: (57) Использование: при определении модуля венное обьединение "Неорганика" .::::: . -:-. упругости высокозластичных листовых мате(72) Е.Н.Рыбин, И.M,Èâàíîâ и Е.В.Толстоно- -:: риалов. Сущность изобретения: цейтральйую

° . женко :. .. :.. ::."- . ..-:,::., .." : - "частьобразца1 в виде мембраны толщиной h (56) 1.Резниковский М,М,. Лукомская А.И. . и радйусом r1 закрепляют между Двумя дйскаМеханические испытайия каучука и резины. -.:. ми 2 и 3 радиусом г2. Затем растягивают,обраМ.-Л.: Химия, 1964. ". ": . :. ::. .: : зец радиальными усилиями и "закрепляЮт его

2. Авторское свидетельство СССР:: -. :, rio контуру. Далее прикладывают к центру ди-

М 1649371. кл. G 01 N 3/30, 1988..:,,:;:.,;.;.:. . ::.:- : сков 2 и 3 осевое. нормальное усилие. Фикси..руют прогиб в центре мембраны, По достижении заданного прогиба фиксируют осевое усилйе P. Модуль упругости рассчитывают по приведенной формуле. 1 табл., 2 ил. а

° О ъ Г

1753340

Изобретение относится к исследованиям механических свойств материалов, в ча- стности к способам определения модуля упругости высокоэластичных листовых материалов.

Известен способ определения механических свойств листовых материалов, заключающийся в том, что образец материала в виде полоски закрепляют в захватах испытательной машины," прикладывают к нему растягивающее усилие, измеряют деформацию образца и по значениям этих величин рассчитывают модуль упругости материала

И

Недостатком способа является невысокая точность определения модуля упругости, так как из-зэ сложности картины напряженно-деформированного состояния образца ограничиваются учетом лишь продольной деформации. которую находят по удлинению образца, и пренебрегают поперечной деформацией.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения механических свойств листовых материалов, по которому образец в виде круглой мембраны закреп ляют "по контуру, прикладывают K центру мембраны нормальное усилие и фиксируют прогиб в центре мембраны, по которому судят о свойствах материала (2), Недостатком способа является его огра- ниченная информативность, В частности, данный способ не пригоден для оп(«ределе-: ния механйческих свойств высокоэластичных материалов, например листов резины, полимерных пленок и т,п.

Цель изобретения — расширение информативности способа определения механических свойств листовых материалов, обеспечивающее определение модуля упру гости высокоэластичных материалов.

На фиг,1 приведена схема радиального растяжения образца; на фиг.2 — схема воздействия усилий.

30 йу =U/ão (5) Способ осуществляется следу)ощим образом.

Из материала толщиной h вырезают образец 1 в виде круглой мембраны радиусом рабочей части r<. Закрепляют центральную часть образца 1 между двумя дисками 2 и 3 радиусом г, Растягивают образец 1 радиальными усилиями на величину U<, по каждому радиусу rt и закрепляют образец 1 по растянутому контуру между кольцевыми опорами 4 и 5. Затем к центру дисков 2 и 3 прикладывают нормальное осевое усилие . до достижения заданного прогиба 94, который фиксируется во время нагружения.

Фиксируют величину P осевого усилия в момент достижения прогиба М4. Далее судят о модуле упругости Е по формуле е «Р(— 2 —. (il где v — коэффициент Пуассона;

К вЂ” безразмерный коэффициент, зависящий от геометрйческих размеров образца и деформаций мембраны, Упругая сила мембраны F, уравновешивающая нагрузку Р.

F=2 zt го h юг.s i и Р, (2) где r — радиальное расстояние от оси симметрии мембраны, h — толщина мембраны;

%,— рэдйальное напряжение;

Р- угол наклона касательной к кривой прогиба мембраны в точке го.

Согласно закону Гука"

20 О(г = (fr2+1 а«), (3)

Е

1 — где ег, F4y — главные компоненты тензора деформаций.

Если W u U — осевое и радиальное пере25 мещение точек мембраны, то г г

62 =(-) +(1+ ) — 1; (4) д r(;

dW

"2 (g < ) (,, ° ) (()

Для ro=r2 с учетом того, что 0(гг)=0, формулы (2)-(6) дают — 2 П r2 hEk . Р) где K= wz(1-(па +(1 -ыг j fо ): (8)

1 \ dU dA/

U2 и W2 — ЗНачЕния d u d npu

r0 го

) о=Г2

45 Так как (Fl = P то из выражения (7) следует выражение (1).

Коэффициент К не зависит от модуля упругости Е и всецело определяется параметРами г1, гг, 0о и.величиной осЕвсго пеРЕ50 мещения его центра 04. Данный коэффициент находят либо численно, пользуясь выражением (8), либо опытным путем.

Для опытного определения величины К не,обходимо иметь в наличии листовой матери55 эл с l438ectHblM модулем ynpyrocT

Изготовив из данного материала мембрану с фиксированными значениями параметров

r>, гг, Оо и нагрузив ее усилием P до прогиба

Ч/к, рассчитывают К по формуле

1753340

Р

Значения коэффициента К для различного набора параметров мембраны и, г, О и И4 Х1 — ) (9)

2л гг h Е

Для определения К численным методом решают на ЭВМ краевую задачу о напряженно-деформированном состоянии мембраны (данное состояние описывается системой двух нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка) при краевых условиях

0(г2)=0; Ю/(г2)=Як, О(г))=0о, ЧЧ(г1)=0 (10)

Меняя условия (10) можно получать коэффициенты К для любых сочетаний параметров г1, rz, U<, Юl, Некоторые из найденных численйо значений коэффициента К для высокоэластич ных материалов (1i =0,5) представлены в таблице.

Пример 1, Определяется модуль упругости листовой резины толщиной h=0;3 мм. Из данной резины изготовлена мембрана с параметрами; ri=80 мм, гг=7,5 мм.

0< =20 мм. Мембрана принимает прогиб в центре Ю4=20 мм при осевой нагрузке на центр Р=0,38 кг. В данном случае К=0,376.

Подставляя в формулу(1) значения Р, г, h, К

:и v=0,5, находят модуль упругости исследуемой резины Е=5,4 кгlсм .

Пример 2, Определяется модуль упругости листовой резины толщиной h=0,9 мм, Из резины изготовлена мембрана с параметрами; г1=-80 мм. г =7,5 мм, 0,=20 мм.

Мембрана принимает прогиб в центре

Ю4=10 мм при осевой нормальной нагрузке

Р=1,15 кг. Значение коэффициента К=0,211.

Рассчитанный по формуле (1) модуль упругости для исследуемой резины Е=9,6 кг/см .

Формула изобретения

Способ определения механических свойств листовых материалов, по которому образец из испытуемого материала в виде круглой мембраны толщиной h закрепляют по контуру. прикладывают к центру мембраны нормальное усилие и фиксируют прогиб в центре мембраны, по которому судят о свойствах материала, отличающийся тем. что, с целью расширения его информативности, предварительно до закрепления образца закрепляют центральную часть мембраны между двумя дисками радиусом

r и растягивают образец радиальными усилиями, закрепляют по контуру растянутый образец, при прикладйвании нормального усилия фиксируют его значение P в момент достижения заданного прогиба, а о модуле упругости судят по формуле:

Е =

2Л г2 hk где V — коэффициент Пуассона;

К вЂ” коэффициент, зависящий от геометрических размеров образца и деформаций мембраны.