Способ исследования демпфирующих свойств материалов
Владельцы патента RU 2327135:
ФГОУ ВПО Российский государственный университет имени Иммануила Канта (РГУ им. И. Канта) (RU)
Изобретение относится к технике испытания материалов и конструкций, в частности к способам исследования демпфирующих свойств конструкционных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что образец выполнен в виде тонкостенного цилиндра, а масса инерционных грузов симметрично распределена относительно оси образца. В плоскости, проходящей через ось образца, к инерционным грузам прикладывают пары равных сил противоположного направления и равномерно вращают их до получения установившегося движения, после чего измеряют величину приложенных сил и перемещение грузов и по ним судят о величине демпфирующей способности материала. Техническим результатом является повышение точности исследования за счет обеспечения одинаковых амплитудных значений деформации по всему объему образца. 2 ил.
Изобретение относится к технике испытания материалов и конструкций, а именно - к способам исследования демпфирующих свойств конструкционных материалов.
Известен способ исследования демпфирующих свойств материалов, заключающийся в том, что образец в виде призматического стержня консольно закрепляют в подвешенной на тонких струнах массивной плите, к свободному концу образца прикрепляют инерционный груз, возбуждают в образце поперечные резонансные колебания, регистрируют параметры этих колебаний и по этом параметрам судят о демпфирующих свойствах материала образца [1].
Недостатком известного способа является низкая точность, обусловленная неоднородным напряженным состоянием по длине и толщине образца, вследствие чего показатели, характеризующие рассеяние энергии при колебаниях, представляют интегральную характеристику образца.
Наиболее близким техническим решением является способ исследования демпфирующих свойств материалов, заключающийся в том, что к торцам образца, выполненного в виде призматической балки, прикрепляют инерционные грузы и подвешивают их на тонких струнах, прикладывая силы в виде периодически изменяющихся изгибных моментов, и возбуждают периодические движения грузов, регистрируют силы и перемещения грузов, по которым судят о демпфирующих свойствах материала образца [2].
Недостатком известного способа является низкая точность, обусловленная неоднородным напряженным состоянием по толщине образца, вследствие чего в различных по толщине точках образца рассеивается неодинаковое количество энергии за период колебаний и результаты испытаний представляют интегральную характеристику образца.
Цель изобретения - повышение точности за счет обеспечения одинаковых амплитудных значений деформации по объему образца.
Указанная цель достигается тем, что в отличие от известного способа исследования демпфирующих свойств материалов, заключающегося в том, что к торцам образца прикрепляют инерционные грузы, подвешивая их на тонких струнах, прикладывают к ним силы и сообщают грузам движение, после чего регистрируют силы и перемещения грузов, в заявляемом способе образец выполнен в виде тонкостенного цилиндра, а масса инерционных грузов симметрично распределена относительно оси образца массой. В плоскости, проходящей через ось образца, к инерционным грузам прикладывают пары равных сил противоположного направления и равномерно вращают их до получения установившегося движения, после чего измеряют величину приложенных сил и перемещение грузов и по ним судят о величине демпфирующей способности материала.
В прототипе, аналогах, а также в других известных решениях поставленной задачи (см. обзоры, приведенные в книгах Г.С.Писаренко, А.П.Яковлев, В.В.Матвеев. Вибропоглощающие свойств конструкционных материалов. - Киев: Наук. думка. 1971. - 376 с. и В.В.Матвеев. Демпфирование колебаний демпфируемых тел. Киев: Наук. думка. 1985. - 264 с.) указанные признаки не обнаружены, это соответственно позволяет предполагать, что решение обладает новизной и существенными отличиями.
Способ осуществляют следующим образом.
К торцам образца, выполненного в виде тонкостенного цилиндра, прикрепляют инерционные грузы с симметрично распределенной относительно оси образца массой путем подвешивания их на тонких струнах. К инерционным грузам прикладывают пары равных сил противоположного направления и равномерно вращают грузы вокруг оси образца в одном направлении до получения установившегося движения. Затем измеряют величину приложенных сил и перемещения грузов и по ним судят о величине демпфирующей способности материала.
Пример осуществления способа:
К торцам образца 1 (фиг.1) в виде тонкостенного цилиндра прикрепляют инерционные грузы 2 и подвешивают их на тонких струнах 3. К инерционным грузам прикладывают пары равных сил, образующих изгибные моменты противоположного направления, например, с помощью следующей системы магнитов 4, установленных на кронштейнах 5, вращающихся на цилиндрических шарнирах 6 (фиг.2). Приложенные пары сил равномерно вращают вокруг оси образца в одном направлении до получения установившегося движения инерционных грузов. Декремент колебаний определяют по известным зависимостям как отношение энергии, рассеянной за период движения инерционных грузов, к потенциальной энергии деформации образца (см., например, Писаренко Г.С, Яковлев А.П., Матвеев В.В. Вибропоглащающие свойства конструкционных материалов. - Киев: Наук. думка. 1971. с.12). При этом рассеянную энергию определяют как работу изгибных моментов на угловых перемещениях инерционных грузов, а потенциальную энергию деформации образца определяют по известной зависимости (см. например, Писаренко Г.С.и др. Сопротивление материалов. - Киев: Вища школа, 1986. - с.676) с использованием величины деформации образца.
В процессе движения инерционных грузов материал во всех точках образца последовательно испытывает циклические деформации растяжения и сжатия с одинаковой амплитудой деформации, что обеспечивает одинаковое во всех точках рассеяние энергии в материале образца за период движения инерционных грузов.
Применение предлагаемого способа позволит повысить точность результатов испытаний материалов при исследовании их демпфирующих свойств.
Предлагаемый способ может быть реализован в любой лаборатории, занимающейся вопросами исследования механический свойств материалов.
Источники информации
1. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Вибропоглощающие свойства конструкционных материалов. - Киев: Наукова думка, 1971, с.104-105.
2. Яковлев А.П., Матвеев В.В. К методике экспериментального изучения демпфирующих свойств материалов при изгибных колебаниях. Рассеяние энергии при колебаниях механических систем. - Киев: Наукова думка, 1974. с.135-139 (прототип).
Способ исследования демпфирующих свойств материала, заключающийся в том, что к торцам образца прикрепляют инерционные грузы, подвешивая на тонких струнах, прикладывают к ним силы и сообщают грузам движение, после чего регистрируют силы и перемещения грузов, и по ним судят о демпфирующих свойствах материала, отличающийся тем, что образец, к торцам которого прикрепляют инерционные грузы, выполнен в виде тонкостенного цилиндра, масса инерционных грузов симметрично распределена относительно оси образца, силы к инерционным грузам прикладывают в плоскости, проходящей через ось образца, причем к грузам прикладывают равные силы противоположного направления и равномерно вращают их до получения установившегося движения, после чего измеряют величину приложенных сил и перемещение грузов, и по ним судят о величине демпфирущей способности материала.
