Устройство для определения вязкоупругих свойств материалов

 

Сущность изобретения: устройство содержит основание, на котором укреплена колебательная система с зажимами для исследуемого образца. Один образец выполнен фиксированным, а другой - подвижным. Колебательная система выполнена в виде двух жесткосвязанных рамок, одна из которых расположена в плоскости крепления образца, а другая - в перпендикулярной плоскости. Во внутренней полости второй рамки на упругих торсионах установлена ножевая опора, касающаяся опоры, выполненной в виде полого вогнутого полуцилиндра, жестко закрепленного на подшипнике скольжения. На наружной поверхности противоположных сторон второй рамки установлены коромысла колебательной системы, снабженные инерционными грузами и взаимодействующие с электромагнитным возбуждающим преобразователем. Регистрирующий преобразователь состоит из источника света, фотоприемника, блока обработки информации и оптической шторки, связанной с общим участком двух рамок. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для определения вязкоупругих характеристик различных материалов и может быть использовано в химической, авиационной и других отраслях промышленности, а также в научных исследованиях.

Известен крутильный маятник [1] , содержащий упругий и инерционный элементы, демпфирующий узел, возбуждающий и регистрирующий преобразователи. Демпфирующий узел маятника выполнен в виде системы, состоящей из неподвижного стержня, трех площадок в виде плоских камневых опор, плоскости которых расположены по отношению друг к другу под углом 120^о и цилиндрического каркаса. На боковой поверхности цилиндрического каркаса расположены керновые опоры с возможностью регулирования их длины и расположения по высоте, оси их перпендикулярны плоскостям площадок и пересекаются с геометрической осью стержня в пределах этих плоскостей.

Недостатки известного маятника состоят в низкой точности измерения и неудобстве эксплуатации, обусловленные сложностью проверки угла между плоскостями и связанной с этим подстройкой центрирующего узла, а также сложностью конструкции, связанной с трудностью изготовления стержня с заданными допусками.

Наиболее близким к изобретению является крутильный маятник [2] , содержащий упругий элемент, соединенный с инерционным элементом, демпфирующий узел, состоящий из соосного упругому элементу каркаса с керновыми опорами и расположенными перпендикулярно им плоскими, неподвижно закрепленными опорами, возбуждающий и регистрирующий преобразователи.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений вследствие невозможности точного выставления в одной плоскости острия кернов, что приводит к несинхронному качанию кернов по опорной подушке.

Недостатком данного устройства является также изменяющаяся точность измерения вязкоупругих характеристик материалов, выраженная зависимостью площади контакта остриев кернов с опорной подушкой как с течением времени, так и после смены используемого образца, инерционных грузов и любой настройке колебательной системы устройства, вызывающей изменение местоположения точек соприкосновения с подушкой, что ведет к изменению собственных частотных параметров и соответственно к увеличению погрешности определения абсолютных значений измеряемых характеристик.

Целью изобретения является повышение точности измерения вязкоупругих свойств материала.

Это достигается тем, что колебательная система устройства содержит две жесткосвязанные рамки, одна из которых расположена в плоскости крепления образца, а другая - в перпендикулярной плоскости, причем во внутренней полости второй рамки на упругих торсионах установлена ножевая опора, а на наружной поверхности противоположных сторон закреплены коромысла колебательной системы, снабженные инерционными грузами и взаимодействующие с электромагнитными возбудителями крутильных колебаний, причем ножевая опора опирается на опорную подушку, выполненную в виде полого полуцилиндра, жестко закрепленную на подшипнике скольжения, при этом линия ножа совпадает с горизонтальной осевой линией, а осевая линия коромысла колебательной системы смещена вниз относительно горизонтальной осевой линии исследуемого образца.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - вид на колебательную систему с ножевой опорой и опорной подушкой в плоскости, перпендикулярной горизонтальной осевой линии исследуемого образца.

Устройство содержит основание 1, опорную подушку, закрепленную на линейном подшипнике 2 и имеющую рабочую поверхность в виде пологого полуцилиндра, четырехплечную рамку 3 колебательной системы, к которой прикреплена ножевая опора 4 с помощью упругих плоских торсионов 5,5' , торцовая плоскость которых перпендикулярна горизонтальной осевой линии в вертикальном направлении и позволяющих осуществлять выбор рабочего положения ножевой опоры в плоскости, совпадающей с осевой линией, при наличии жесткости в плоскости, проходящей через торцы торсионов, совпадающей с направлением колебаний, шток 6 с расположенным на нем подвижным зажимом 7 исследуемого образца, образец 8 исследуемого материала, неподвижный зажим 9, шток 10 с грузом-балансиром 11 и зажимом 12 для упругого торсиона 13, неподвижный зажим 14, груз-противовес 15, связанный с помощью неупругой нити с подшипником скольжения, коромысла 16, 16' колебательной системы с инерционными грузами 17, 17 ', возбуждающие электромагниты 18, 18', фотоэлектрический преобразователь, включающий оптическую шторку 19, источник 20 света, фотоприемник 21, блок 22 обработки информации. Исследуемый образец материала помещается в термокамеру 23, где регулируется и поддерживается температура в широких пределах.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально проводят балансировку колебательной системы без исследуемого образца с помощью груза-балансира 11 с целью установки штоков 6, 10 на одной прямой с горизонтальной осью образца, при этом смещения коромысла 16, 16' вниз относительно горизонтальной осевой линии повышает устойчивость системы, что исключает несинхронность колебаний.

При закреплении исследуемого образца 8 в зажимах 7, 9 колебательная система устройства устанавливается таким образом, чтобы ножевая опора 4 опиралась на опорную подушку 2 в виде полого полуцилиндра по центру, что не дает возможности смещения ножевой опоры в горизонтальной плоскости, перпендикулярной осевой линии образца. Крепление ножевой опоры к рамке с помощью упругих торсионов 5, 5' позволяет осуществлять оптимальный контакт опоры с подушкой, а использование ножевой опоры вместо керновой снижает удельное давление на опорную подушку, что особенно важно при исследованиях на частотах < 1 Гц, когда масса инерционных грузов возрастает. После возбуждения в образце крутильных колебаний с помощью электромагнитов 18, 18' колебательная система совершает свободные затухающие колебания вокруг оси штока 6. Параметры колебаний колебательной системы с образцом регистрируются с помощью фотоэлектрического преобразователя, включающего оптическую шторку 19, источник 20 света, фотоприемник 21 и блок 22 обработки информации.

Исследуемый образец помещен в термокриокамеру 23, обеспечивающую необходимый температурный интервал исследования вязкоупругих свойств материалов. Компенсация термического расширения образца при температурных испытаниях осуществляется с помощью линейного подшипника с опорной подушкой 2, связанного с грузом-противовесом 15.

Таким образом, использование колебательной системы с ножевой опорой, закрепленной с помощью упругих плоских торсионов, торцовая плоскость которых перпендикулярна горизонтальной осевой линии в вертикальном направлении, на рамке колебательной системы и опирающейся на опорную подушку в виде полого полуцилиндра по линии, совпадающей с осевой линией и смещенного вниз коромысла колебательной системы относительно горизонтальной осевой линии, позволяет снизить опорное давление ножевой опоры на опорную подушку, осуществлять постоянный оптимальный выбор рабочего положения ножевой опоры, устранить горизонтальное смещение ножевой опоры в плоскости, перпендикулярной осевой линии, повысить устойчивость колебательной системы, что в целом повышает точность проводимых измерений вязкоупругих свойств материалов.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, содержащее основание, на котором укреплена колебательная система с зажимами для исследуемого образца, один из которых выполнен фиксированным, а другой подвижным, возбуждающий и регистрирующий преобразователи, отличающееся тем, что колебательная система выполнена в виде двух жестко связанных рамок, одна из которых расположена в плоскости крепления образца, другая в перпендикулярной плоскости, причем во внутренней полости второй рамки на упругих торсионах установлена ножевая опора, касающаяся опоры, выполненной в виде полого вогнутого полуцилиндра, жестко закрепленного на подшипнике скольжения, при этом линия ножа совпадает с горизонтальной осевой линией, на наружной поверхности противоположных сторон второй рамки установлены коромысла колебательной системы, снабженные инерционными грузами и взаимодействующие с электромагнитным возбуждающим преобразователем.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что осевая линия коромысел колебательной системы смещена вниз относительно горизонтальной осевой линии исследуемого образца.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регистрирующий преобразователь состоит из источника света, фотоприемника, блока обработки информации и оптической шторки, связанной с общим участком двух рамок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2