Устройство для исследования деформационных свойств плоских волокно-содержащих материалов

 

Сущность изобретения: устройство содержит шпиндель нагружения 16, механизм подъема и опускания шпинделя нагружения 16 двуплечий рычаг 5, качающийся на оси сельсин-датчика 9, стержень 13, шарнирно соединенный с двуплечим рычагом 5. Шпиндель нагружения 16 снабжен тонкостенным кольцом 3 с тензометрическими датчиками сопротивления 4, позволяющими измерять общее напряжение и его релаксацию, возникающую при различных циклах деформации материала, и крестообразно расположенными подвижными зажимами 22, 23, 24, 25, удерживающими образец 15 в плоскости, перпендикулярной действию шпинделя нагружения 16, имеющими тензометрические датчики сопротивления 26, 27, которые позволяют регистрировать напряжения, возникающие во взаимно перпендикулярных направлениях при деформации образца 15. 3 ил.

Изобретение относится к технике испытаний материалов, в частности для испытаний материалов при двухосном растяжении.

Известно устройство для определения составных частей деформации трикотажа при двухосном сложном растяжении способом продавливания, содержащее шток, контактирующий через подшипники качения с силовой втулкой, заключенной в цилиндрический корпус. На шток навинчивается рабочий орган, имеющий форму полусферы. Исследуемый материал закрепляют в зажимы с замкнутым контуром и воздействуют рабочим органом. Искомые параметры регистрируют пером, совмещенным с силовой втулкой на бумаге перемещаемой лентопробежкой или указателем по линейке [1] Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для исследования деформационных свойств плоских волокносодержащих материалов, содержащее шпиндель нагружения с орудием в виде полусферы и зажимное устройство с замкнутым контуром. Образец закрепляют в замкнутый контур зажимного устройства и растягивают на заданную постоянную величину стрелы прогиба путем перемещения шпинделя нагружения. Искомые параметры фиксируются осциллографом или самописцем. На приборе могут быть определены одноцикловые характеристики: падение напряжения (усилия) и составные части деформации (обратимая и остаточная часть стрелы прогиба) [2] Недостатком этих устройств является отсутствие возможности измерения напряжений (усилий) по взаимно перпендикулярным осям, возникающих при растяжении материала нагружением по нормали к его плоскости.

Цель изобретения расширение возможности проведения испытаний, повышение точности результатов исследуемых параметров.

Указанная цель достигается тем, что шпиндель нагружения снабжен тонкостенным кольцом с тензометрическими датчиками сопротивления, позволяющими измерять общее напряжение (усилие) и его релаксацию, при различных циклах деформации материала. Четыре крестообразно расположенных подвижных зажима, удерживающих образец в плоскости перпендикулярной действию шпинделя нагружения, имеют тензометрические датчики сопротивления позволяющие регистрировать напряжения (усилия), возникающие во взаимно перпендикулярных направлениях при деформировании образца, шпинделем. Качающийся на оси сельсин-датчика двухплечий рычаг с шарнирно соединенным с ним стержнем позволяют определять величину полной деформации образца и ее составные части.

На фиг. 1 показана схема предложенного устройства.

Устройство содержит полый шпиндель нагружения 16, установленный в верхние и нижние направляющщие 7, 8, с подшипниками качения 12. К верхней части шпинделя 16 жестко прикреплено тонкостенное кольцо 3 с тензометрическими датчиками сопротивления 4, которые регистрируют общие напряжения (усилия), возникающие при нагружении исследуемого образца 15. К верхней части кольца 3 жестко прикреплена площадка 2 для сменных грузов 1, которыми задается величина давления шпинделя 16 на исследуемый образец 15. Площадка 2 служит также для ограничения вертикального перемещения шпинделя 16, которое регулируется микрометрической головкой 6, тем самым задается величина деформации образца 15 шпинделем 16. Нижняя часть шпинделя 16 выполнена резьбовым окончанием, к которому присоединяются сменные орудия 14 разной формы и размеров. Для подъема и опускания шпинделя 16, что соответствует разгружению и нагружению образца 15, служит механизм, который состоит из вильчатого рычага 18, шарнирно соединенного с основанием 11 и фасонного кулачка 17, жестко связанного с ручкой 20. Рычаг 18 правым концом посредством пальцев с подшипниками 21 входит в зацепление с шпинделем 16, левый конец с грузом 19 служит его противовесом. Образец 15 закрепляется горизонтально в плоскости М-М, зажимами 22, 23, 24, 25, которые установлены на четырех подвижных, крестообразно расположенных каретках, имеющих возможность перемещаться друг против друга во взаимно перпендикулярных направлениях. Это позволяет проводить исследования как без предварительной деформации образца 15 в плоскости М-М, так и с предварительной деформацией любой степени двухосности. Зажимы 22, 24, расположенные на взаимно перпендикулярных осях, имеют тензометрические датчики сопротивления 26, 27, которые регистрируют напряжения (усилия) (каждый по своей оси), возникающие при растяжении образца 15 в плоскости М-М зажимами 22, 23, 24, 25 и нагружении его по нормали к плоскости М-М шпинделем 16. Для измерения полной деформации и ее составных частей служит тонкий легкий стержень 13, помещенный в полости шпинделя 16 и через отверстие в сменном орудии 14 контактирующий с образцом 15, и жестко установленный на оси сельсин-датчика 9 двухплечий рычаг 5, который одним концом шарнирно соединен со стержнем 13, а на другом имеет противовес 10. Имеющийся в шпинделе 16 паз позволяет перемещаться стержню 13 независимо от шпинделя 16.

Устройство работает следующим образом.

А. Определение деформационных свойств при заданном удлинении образца.

При данном условии испытания устройство позволяет определить величины падения напряжений (усилий) общего и во взаимно перпендикулярных направлениях, составные части деформации. Для этого в повернутом по часовой стрелке положении ручки 20 уравновешивают шпиндель 16 через вильчатый рычаг 18 противовесом 19. Орудие 14 за счет резьбового соединения со шпинделем 16 устанавливают так, чтобы оно касалось плоскости М-М, в которой находится исследуемый образец 15. Поворотом ручки 20 против часовой стрелки поднимают шпиндель 16 в крайнее верхнее положение. В зажимы 22, 23, 24, 15 закрепляют образец 15. Противовесом 10 устанавливают минимальное давление стержня 13, обеспечивающее лишь его контакт с деформируемым образцом 15. Винтом микрометрической головки 6 устанавливают перемещение шпинделя 16 на требуемую величину прогиба образца 15 и нагружают площадку 2 соответствующим грузом 1. Поворотом ручки 20 по часовой стрелке опускают шпиндель 16 и прогибают образец 15. Возникающие при этом величины напряжений (усилий) общее и по взаимно перпендикулярным осям образца 16, а также их падение в течение заданного времени деформирования регистрируются тензодатчиками 4, 26 27, записываются светолучевым осциллографом (фиг. 2) и определяются по известной формуле.

где r величина падение напряжения; σ_o начальное напряжение, Па; σ_t конечное напряжение, Па, через некоторый промежуток времени t, принимаемый постоянным.

При опускании шпинделя 16 стержень 13, находящийся в контакте с образцом 15 переместится вместе с ним на заданную величину прогиба. Отклонение двухплечего рычага 5 происходит при опускании стержня 13. По окончании периода нагружения поворотом ручки 20 против часовой стрелки шпиндель 16 с грузом 1 поднимают и удерживают в крайнем верхнем положении. Релаксирующий образец 15 по мере исчезания упругой и эластической деформаций поднимает вверх стержень 13 и через двухплечий рычаг 5 поворачивает ось сельсин-датчика 9, сигнал с которого записывается светолучевым осциллографом. Величины составных частей деформации определяют по записанной осциллограмме (фиг. 3) и по известным формулам; (t)ε полная деформация, мм; L_o начальная длина образца, мм; L₁ длина образца после нагружения в течение выбранного при опыте времени, мм,

где (t)ε₁(t₁) быстрообратимая деформация, мм;
L₂ длина образца после времени t₁ от нагрузки, мм,

где (t)ε₂(t₂) медленно обратимая деформации, мм;
L₃ длина образца после отдыха за время t₂ от разгрузки до снятия последнего отсчета, мм,

где (t)ε₃(t₂) остаточная деформация, мм.

Б. Определение деформационных свойств при действии постоянной нагрузки.

При данном условии испытания устройство позволяет определить величины напряжений (усилия) возникающие по взаимно перпендикулярным осям образца 15 при нагружении его по нормали и величину полной деформации и ее составные части. Для этого в повернутом по часовой стрелке положении ручки 20 уравновешивают шпиндель 16 через вильчатый рычаг 18 противовесом 19. Орудие 14 за счет резьбового соединения со шпинделем 16 устанавливают так, чтобы оно касалось плоскости М-М, в которой находится исследуемый образец 15. Поворотом ручки 20 против часовой стрелки поднимают шпиндель 16 в крайнее верхнее положение. Закрепляют в зажимы 22 образец 15. Противовесом 10 устанавливают минимальное давление стержня 13, обеспечивающее лишь его контакт с деформируемым образцом 15. На площадку 2 устанавливают груз 1 заданной величины. Микрометрический винт головки 6 заворачивают в крайнее нижнее положение, чем снимают ограничение хода шпинделя 16. Поворотом ручки 20 по часовой стрелке нагружают исследуемый образец 15. Стержень 13, находящийся в контакте с образцом 15, будет перемещаться вместе с ним на величину его прогиба, которая зависит от величины приложенной нагрузки и времени ее действия. При опускании стержня 13 двухплечий рычаг 5 повернет ось сельсин-датчика 9, сигнал с которого запишется светолучевым осциллографом. По окончании периода нагружения поворотом ручки 20 против часовой стрелки шпиндель 16 с грузом 1 поднимают и удерживают в крайнем верхнем положении. По мере исчезновения упругой и эластической деформации, легкий стержень 13 поднимается вверх релаксирующим образцом 15 и поворачивает двухплечий рычаг 5. Последний поворачивает ось сельсин-датчика 9, сигнал с которого усиливается и записывается светолучевым осциллографом. Величину полной деформации и ее компоненты определяют по записанной осциллографом диаграмме (фиг. 3) и по формулам (2), (3), (4), (5).

Величины напряжений (усилий), возникающие во взаимно перпендикулярных направлениях исследуемого образца 15, регистрируются тензометрическими датчиками 26, 27, расположенными на зажимах 22, 24, записываются светолучевым осциллографом, (см фиг. 2) и определяются по формуле (1).

Формула изобретения

1 Устройство для исследования деформационных свойств плоских волокносодержащих материалов, содержащее шпиндель нагружения, механизм подъема и опускания шпинделя нагружения, двуплечий рычаг, качающийся на оси сельсин-датчика, стержень, шарнирно соединенный с двуплечим рычагом, отличающееся тем, что оно снабжено тонкостенным кольцом с тензометрическими датчиками сопротивления, позволяющими измерять общее напряжение (усилие) и его релаксацию, возникающую при различных циклах деформации материала, и крестообразно расположенными подвижными зажимами, удерживающими образец в плоскости, перпендикулярной действию шпинделя нагружения, имеющими тензометрические датчики сопротивления, позволяющие регистрировать напряжения (усилия), возникающие во взаимно перпендикулярных направлениях при деформации образца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3