Способ одноосного циклического испытания материала


 


Владельцы патента RU 2549841:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Имбиоком" (RU)

Изобретение относится к способам испытания материалов. Сущность: образец сначала растягивают до максимальной заданной деформации, выдерживают при этой деформации заданное время, сжимают до исходного ненагруженного состояния, выдерживают заданное время, затем циклически деформируют с выдержкой по времени на каждой ступени деформации при растяжении и сжатии, при этом деформация на каждом цикле растяжения задается меньшей, чем на предыдущем цикле, а деформация на каждом цикле разгрузки задается большей, чем на предыдущем цикле. Технический результат: получение большей информации о свойствах материала при испытании одного образца, а также получение новой информации - построение равновесной кривой растяжения, диссипативных потерь, размягчения материала после каждого цикла растяжения-сжатия и кривых релаксации и кривых восстановления структуры материала при разных деформациях. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способам испытания материалов.

Известен способ, по которому рассматривается циклическое растяжение с нарастающей деформацией образцов сначала по одной оси, потом по второй оси (см. Dargazany R., Itskov M. A network evolution model for the anisotropic Mullins effect in carbon black filled rubbers // International Journal of Solids and Structures. Elsevier, 2009. V.46. P.2967-2977. - http://www.elsever.com/locate/ijsolstr)

Известен способ, в котором рассматривается циклическое одноосное растяжение с нарастающей деформацией, причем при каждом уровне деформации образец циклируется многократно (см. Diani J., Brieu M., Gilormini P. Observation and modeling of the anisotropic visco-hyperelastick behavior of a rubberlike material // International Journal of Solids and Structures. Elsevier, 2006. V.43. P.3044-3056. - http://www.elsever.com/locate/ijsolstr)

Известен способ, где образец циклируется по сложному циклу: с уменьшающейся амплитудой деформации по сравнению с предыдущим нагружением и с увеличивающейся амплитудой разгрузки (см. Netzker С. Husnu D., Kaliske M. An andochronic plasticity formulation for filled rubber // International Journal of Solids and Structures. Elsevier, 2010. V.47. P.2371-2379. - http://www.elsever.com/locate/ijsolstr)

Вышеописанные способы имеют общий недостаток, а именно недостаточность информации при испытаниях одного образца.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому решению является способ циклического испытания, описанный в [Rickaby S.R., Scott N.H. A cyclic stress softening model for the Mullins effect // International Journal of Solids and Structures. Elsevier, 2013. V.50. P.111-120. - www.elsever.com/locate/ijsolstr], когда образец многократно растягивается до заданной деформации, а потом сжимается до начального положения с постоянной скоростью.

На Рис.3 прототипа представлен циклически нагруженный и разгруженный резиновый образец, который предварительно растягивался от P0 до P1 в точку P1, где деформация λ=λmax, которая достигается за время t. Релаксация напряжений происходит за время t1, потом следует разгрузка от P1 до P0 до начальной нагрузки P0, когда напряжение становится равным нулю и момент времени t2. Потом еще раз растягиваем до деформации λ=λmax. После этого опять снимаем нагрузку для второго цикла деформирования до начальной нагрузки P0, которое наступает в момент времени t2*. Этот процесс снижения предыдущего напряжения при одной и той же деформации продолжается и при разгрузке во время второго цикла (Продолжается процесс размягчения материала при последующих циклах при одинаковых деформациях). Уменьшение напряжения возможно и при дальнейших циклах нагружения-разгрузки, т.е. t1*-t1 и t2-t1* могут быть неравным.

Недостатком способа-прототипа является небольшое количество получаемой информации о свойствах материала - определяются максимальные усилия при каждом цикле растяжения, время растяжения до заданной деформации на каждом цикле и время сжатия до достижения нулевой нагрузки. Определяется степень размягчения материала при каждом цикле растяжения и остаточные деформации при разгрузке на каждом цикле растяжения-сжатия.

Задачей создания изобретения является получение большей информации о свойствах материала при испытании одного образца, получения новых данных. Таким образом, исключается разброс получаемых данных из-за погрешности изготовления и захвата разных образцов и экономится материал и время испытания.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ одноосного циклического испытания материала, включающий одноосное циклическое растяжение-сжатие с постоянной заданной скоростью, до заданной деформации, и отличительных существенных признаков, таких как образец сначала растягивают до максимальной заданной деформации, выдерживают при этой деформации заданное время, сжимают до исходного состояния, выдерживают заданное время, затем циклически деформируют с выдержкой по времени на каждой ступени деформации при растяжении и сжатии, при этом деформация на каждом цикле растяжения задается меньшей, чем на предыдущем цикле, а деформация на каждом цикле разгрузки задается большей, чем на предыдущем цикле. Согласно п.2 формулы изобретения образец на каждом цикле растягивают с разной скоростью деформирования. Отличительные особенности предлагаемого способа - остановка и выдержка по времени на каждом этапе деформации (это позволяет снять временную характеристику материала) и построение равновесной кривой; также растяжение на каждом цикле с разной скоростью.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - получение большей информации о свойствах материала при испытании одного образца, а также получение новой информации - построение равновесной кривой растяжения, диссипативных потерь, размягчения материала после каждого цикла растяжения-сжатия и кривых релаксации, и кривых восстановления структуры материала при разных деформациях.

Изобретение иллюстрируется примером и рисунком. Способ осуществляется в следующей последовательности, а именно путем первоначального деформирования образца до заданной максимальной деформации испытания образца, выдержки по времени при этой деформации для осуществления процесса релаксации напряжений, разгрузки образца с той же скоростью до исходного состояния, выдержки по времени для восстановления внутренней структуры материала, вторичного растяжения образца до той же максимальной деформации и выдержки по времени для релаксации напряжений, сжатия образца до деформации, соответствующей не нулевому напряжению и выдержки по времени при этой деформации, в третьем цикле растяжения-сжатия деформация растяжения задается меньше максимальной деформации на 2-м цикле, выдержка по времени и разгрузка до деформации, большей, чем была на втором цикле, и снова выдержка по времени для восстановления структуры материала.

Дальнейшее циклирование происходит до деформации, каждый раз меньшей, чем на предыдущем цикле, разгрузкой до деформации, большей чем на предыдущем цикле. При каждом заданном уровне деформации образец подвергается выдержке по времени. Количество циклов не устанавливается - чем их больше, чем больше точек для построения равновесной кривой получаем.

На чертеже приведен график циклического испытания и указаны точки равновесной кривой. Под равновесной кривой понимается кривая очень медленного растяжения образца, когда в нем реализованы все вязкоупругие процессы и связанная с ними релаксация напряжений отсутствует. Так, при деформировании эластомерного композита длинные полимерные молекулы скользят по поверхности углеродного наполнителя при растяжении материала. При снятии нагрузки молекулы возвращаются в исходное состояние, но процесс этот идет значительно медленнее, чем при растяжении, зависит от адгезии полимерных волокон с поверхностью углерода и от подвижности молекул, т.е. от температуры образца. Этим объясняется наличие вязкоупругости в резинах, наполненных сажей.

Величина вязкоупругости зависит от полимера и степени наполнения его углеродом. У ненаполненного эластомера вязкоупругость отсутствует, чем выше наполнение, тем вязкоупругость выше.

Для построения точек равновесной кривой нужно взять точки восстановленной структуры материала после его выдержки по времени при разгрузке на каждом цикле и точки окончания релаксации напряжений после выдержки по времени при растяжении образца. Первая точка равновесной кривой на оси абсцисс берется в месте ее пересечения с графиком разгрузки на первом цикле испытаний.

На этом графике также виден гистерезис материала (диссипативные потери) при растяжении-сжатии на каждом цикле деформирования-сжатия.

На чертеже построены графики циклического нагружения, где видно размягчение материала при каждом цикле деформирования - кривая нагружения при каждом последующем цикле располагается ниже предыдущего нагружения.

Все графики строятся на компьютере, используют файл данных проведенного испытания, в котором присутствуют колонки: текущее время, приложенная сила, перемещение.

С целью исследовать свойства материала при разных скоростях на каждом цикле нагружения прикладывается разная скорость деформирования.

Пример для циклического испытания материала по предложенной программе:

1. Удлинение до 100%, и ждать 20 мин. Скорость 100%/мин.

2. Возврат на стартовое положение и ждать 20 мин. Скорость 100%/мин.

3. Удлинение до 100% и ждать 10 мин. Скорость 100%/мин.

4. Разгрузка до 15% и ждать 10 мин. Скорость 50%/мин.

5. Удлинение до 90% и ждать 10 мин. Скорость 50%/мин.

6. Разгрузка до 22% и ждать 10 мин. Скорость 20%/мин.

7. Удлинение до 80% и ждать 10 мин. Скорость 20%/мин.

8. Разгрузка до 35% и ждать 10 мин. Скорость 5%/мин.

9. Удлинение до 70% и ждать 10 мин. Скорость 5%/мин.

10. Возврат на стартовое положение. Скорость 5%/мин.

Таким образом, согласно изобретению получают равновесную кривую растяжения, диссипативных потерь, размягчения материала после каждого цикла растяжения-сжатия и кривых релаксации и кривых восстановления структуры материала при разных деформациях, а также определяют зависимость механического поведения материала от скорости деформации.

1. Способ одноосного циклического испытания материала, включающий одноосное циклическое растяжение-сжатие с заданной скоростью до заданной деформации, отличающийся тем, что образец сначала растягивают до максимальной заданной деформации, выдерживают при этой деформации заданное время, сжимают до исходного ненагруженного состояния, выдерживают заданное время, затем циклически деформируют с выдержкой по времени на каждой ступени деформации при растяжении и сжатии, при этом деформация на каждом цикле растяжения задается меньшей, чем на предыдущем цикле, а деформация на каждом цикле разгрузки задается большей, чем на предыдущем цикле.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что образец на каждом цикле растягивают с разной скоростью деформирования.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения профиля поверхностей низкомодульных вязкоупругих листовых материалов легкой промышленности, а именно искусственных и натуральных кож и прочего.

Изобретение относится к области инновационных технологий и может быть использовано для повышения эффективности определения функциональных параметров полимерных композиционных материалов, определяющих эффективность перспективных технических систем.
Изобретение относится к медицине, в частности к онкологии, и может быть применено для установления наличия первично-множественного синхронного рака толстой кишки.

Изобретение относится к области производства углерод-углеродных композиционных материалов различного назначения, предназначено для сравнительной оценки пропитки жгутов углеродного волокна (УВ) расплавами пеков и может быть использовано при отработке технологий производства углерод-углеродных композиционных материалов, имеющих различные свойства, посредством модификации или замены пекового связующего и/или углеродного волокна, например, в научных лабораториях, в частности, при проведении лабораторных работ.

Изобретение относится к определению марки вулканизированной резины и может быть использовано в машиностроении. .

Изобретение относится к способу оценки концентрации смолоподобных веществ в водной суспензии титрованием и может быть использовано в области экспериментальной и промышленной биотехнологии.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля физико-механических характеристик кожи и подобных ей мягких композитов.

Изобретение относится к способу оценки влияния нанокомпонентов на санитарно-химические свойства полимерных материалов заключается в газохроматографическом анализе летучих органических соединений из газовых проб, отобранных из камеры при тестировании образцов полимерных материалов с модифицирующими минеральными добавками.
Изобретение относится к легкой промышленности. .
Изобретение относится к способу создания хрупкого покрытия на поверхности изделий из светостабилизированного полиэтилена для экспериментального исследования напряженного состояния изделий методом хрупких покрытий.

Изобретение относится к строительству, в частности к определению параметров деформирования бетона в условиях циклических нагружений до уровня, не превышающего предела прочности бетона на сжатие Rb и на растяжение Rbt.

Изобретение относится к области вибрационной техники и предназначено для исследования образцов горных пород и моделей из эквивалентных материалов на воздействие механических колебаний, а именно, волн Рэлея.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для контроля жесткости балок, изготовленных из материала, обладающего физически нелинейными свойствами (в частности, железобетонных балок), и нагруженных равномерно распределенной нагрузкой.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к установкам для испытания образцов материалов на изгиб. Установка содержит основание, установленную на нем поворотную платформу, установленный на ней захват образца, центробежный груз для закрепления на конце образца, привод вращения платформы, включающий вал с приводом вращения и пару катков, установленных с эксцентриситетом относительно оси вала по разные стороны от оси вращения платформы и предназначенных для фрикционного взаимодействия с ней.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Установка содержит основание, установленные на нем соосно торцевые и центральный захваты с общей осью вращения и отверстиями для образца, привод вращения торцевых захватов, толкатель, одним концом связанный с центральным захватом, и нагружатель, соединенный с другим концом толкателя.

Изобретение относится к испытательной технике, к исследованию образцов и изделий на прочность при циклическом нагружении. Установка содержит корпус, установленную на нем платформу с приводом вращения, расположенные на ней дополнительные платформы, захват для образца, размещенный на одной из дополнительных платформ.

Изобретение относится к области строительства, а именно к механическим испытаниям материалов, в частности к способам испытания строительных конструкций, и может быть использовано для испытания балочных конструкций на изгиб.

Изобретение относится к испытательной технике, к установкам для испытания образцов материалов на изгиб. Установка содержит основание, установленную на нем поворотную платформу, захват образца, закрепленный на платформе, два центробежных груза, предназначенные для закрепления на концах образца, привод вращения платформы, включающий вал с приводом вращения, пару катков, установленных с эксцентриситетом по разные стороны от оси вращения платформы и предназначенных для фрикционного взаимодействия с ней, один из которых установлен на валу.

Изобретение относится к испытательной технике, к центробежным установкам для испытания образцов на прочность при исследовании энергообмена. Центробежная установка содержит основание, установленную на нем платформу вращения, радиально размещенные на платформе захваты для образца, один из которых соединен с платформой, центробежный груз, соединенный со вторым захватом, и два соосно установленных привода вращения, кинематически связанных с платформой.

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к оборудованию для испытаний материалов, в частности асфальтобетона, на усталость при циклических динамических воздействиях, и может быть использовано в автодорожном хозяйстве, строительстве аэродромов, строительной индустрии.

Изобретение относится к испытаниям материалов, а именно к способам определения динамических характеристик эластичных материалов. Сущность: испытываемые образцы материала устанавливают на столик вибратора между верхней и нижней металлическими пластинами приспособления, обеспечивающего возможность изменения и фиксации угла наклона испытываемых образцов материала к поверхности столика вибратора в интервале от 0° до 90°. Испытываемые образцы материала вулканизацией или склеиванием жестко прикрепляют к верхней и нижней пластинам приспособления и над испытываемыми образцами материала устанавливают груз. Приводят столик вибратора с нагруженными образцами материала в вертикальное колебательное движение, плавно изменяют частоту колебаний и определяют частоту резонанса, при которой амплитуда ускорения груза на испытываемых образцах становится максимальной. По частоте резонанса по формуле вычисляют динамический модуль упругости. Изменяя массу груза, определяют в перечисленной последовательности значения динамического модуля упругости. Испытания в той же последовательности проводят для других отобранных образцов рассматриваемой партии эластичных материалов. Для каждой партии материала и конкретной массы груза вычисляют среднее арифметическое значение величин динамического модуля упругости. Технический результат: возможность получения зависимости динамического модуля упругости EД эластомера от угла наклона испытываемых образцов к поверхности столика вибратора и массы груза. 2 ил.
Наверх