Способ исследования деформации материала

Изобретение относится к оптическим способам измерения деформаций в области исследования механических свойств материалов, в частности инструментальных сталей и твердых сплавов, путем приложения сжимающих статических нагрузок. В способе исследования деформаций материала полируют одну из боковых граней исследуемого образца и поверхность подвижной плиты пресса, обращенную к неподвижной плите. С наружных сторон плит пресса располагают электроды. Между одной из плит и соответствующим электродом вводят слой полупроводника. Устанавливают образец между плитами пресса. Освещают пучками когерентного монохроматического излучения лазера зеркально-полированные поверхности образца и подвижной плиты, располагаемые в рабочих плечах двуплечих интерферометров, с помощью которых формируют интерференционные картины. Причем для регистрации изменения длины образца путем измерения расстояния между плитами пресса луч рабочего плеча продольного интерферометра направляют на зеркально-полированную поверхность подвижной плиты через зеркальную полированную поверхность, предварительно изготовленную на неподвижной плите под углом 45 градусов. Задают предварительную нагрузку на образец. Пропускают постоянный электрический ток между электродами, при прохождении которого через слой полупроводника выделяется тепло, благодаря которому происходит нагрев образца. В процессе испытания деформируют образец, непрерывно измеряют температуру образца, силу нагружения P и ведут счет чисел интерференционных линий с помощью фотоприемников, а результаты измерений записывают и обрабатывают на ПЭВМ. По изменению интерференционных картин определяют деформации материала, а по ним модуль упругости E и коэффициент Пуассона. Технический результат - повышение точности измерений упругих постоянных материала при высоких температурах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к оптическим способам измерения деформаций в области исследования механических свойств материалов, в частности инструментальных сталей и твердых сплавов, путем приложения сжимающих статических нагрузок.

Известен способ исследования механических свойств материалов сжатием (ГОСТ 25.503-97. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие. Минск, 1998), в котором образец предварительно нагружают между плитами пресса, устанавливают на образец тензометры, нагружают ступенчато-возрастающей нагрузкой, измеряют силы нагружения, а также контактным методом продольные и поперечные деформации образца.

Недостатком известного способа является его низкая точность из-за использования контактного метода измерения с помощью тензометров, а также сложность обработки результатов измерений для определения упругих постоянных.

Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования деформации материала (пат. РФ №2023252, МПК 5 G01N 3/00, G01B 11/16, опубл. 15.11.1994, Бюл. №21), который выбран в качестве прототипа. Известный способ заключается в том, что полируют одну из граней исследуемого образца и поверхность подвижной плиты пресса, обращенную к неподвижной плите. Устанавливают и деформируют образец между подвижной и неподвижной плитами пресса. Освещают зеркально-полированные поверхности образца и подвижной плиты пучками когерентного монохроматического излучения. Формируют интерференционные картины посредством двуплечих интерферометров, в рабочих плечах которых располагают соответственно зеркально-полированную поверхность образца и зеркально-полированную поверхность подвижной плиты. В процессе испытания измеряют силу нагружения. По изменению интерференционных картин определяют деформации материала, а модуль упругости Е и коэффициент Пуассона μ определяют по формулам:

где P - сила нагружения;

n и m - числа считанных интерференционных линий соответственно на продольном и поперечном интерферометрах;

a - толщина образца в направлении, перпендикулярном полированной грани;

l и b - длина и ширина образца соответственно;

λ - длина волны источника когерентного монохроматического излучения.

Недостатками этого способа являются невозможность проведения измерений на нагретом образце из-за быстрой потери тепла, связанной с его стоком в плиты пресса и длительностью установки и настройки, а также недостаточная точность измерений из-за погрешностей, возникающих от просадки неподвижной плиты под воздействием силы нагружения и большой разности температур образца и плит пресса.

Задачей изобретения является повышение точности измерений упругих постоянных материала при высоких температурах.

Поставленная задача решается за счет получения следующих технических результатов. Нагрев образца производится в его рабочем положении непосредственно перед проведением испытания и с поддержанием температуры нагрева в процессе испытания. Изменение длины образца регистрируется путем измерения расстояния между плитами пресса.

Указанные технические результаты достигаются следующим образом. Полируют одну из боковых граней исследуемого образца и поверхность подвижной плиты пресса, обращенную к неподвижной плите. Устанавливают и деформируют образец между плитами пресса. Освещают зеркально-полированные поверхности образца и подвижной плиты пучками когерентного монохроматического излучения. Формируют интерференционные картины посредством двуплечих интерферометров, в рабочих плечах которых располагают соответственно зеркально-полированную поверхность образца и зеркально-полированную поверхность подвижной плиты, причем луч рабочего плеча продольного интерферометра направляют на зеркально-полированную поверхность подвижной плиты через предварительно-изготовленную на неподвижной плите под углом 45 градусов зеркальную полированную поверхность. С наружных сторон плит пресса располагают электроды, между одной из плит и соответствующим электродом вводят слой полупроводника, нагревают образец путем пропускания постоянного электрического тока между электродами через образец, плиты и слой полупроводника. В процессе испытания непрерывно регистрируют температуру образца с помощью термопары, силу нагружения и по изменению интерференционных картин деформации материала, по которым определяют модуль упругости E и коэффициент Пуассона μ. Для получения более стабильного прогрева образца слой полупроводника также вводят между второй плитой и вторым электродом.

На фиг. 1 изображена оптико-механическая схема, поясняющая реализацию описываемого способа, на фиг. 2 - схема компенсации погрешностей, возникающих из-за просадки неподвижной плиты, за счет увеличения хода рабочего луча при использовании зеркально-полированной поверхности подвижной плиты под углом 45 градусов.

Способ осуществляется следующим образом.

Полируют поверхность 1 одной из боковых граней исследуемого образца 2 и поверхность 3 подвижной плиты 4 пресса, обращенную к неподвижной плите 5. С наружных сторон плит 4 и 5 пресса располагают электроды 6 и 7. Между одной из плит 5 и соответствующим электродом 7 вводят слой полупроводника 8. Устанавливают образец 2 между подвижной 4 и неподвижной 5 плитами пресса. Освещают зеркально-полированные поверхности 1 и 3 образца 2 и подвижной плиты 4 пучками когерентного монохроматического излучения лазера 9. Формируют интерференционные картины посредством двуплечих интерферометров 10 и 11, в рабочих плечах которых располагают соответственно зеркально-полированную поверхность 1 образца 2 и зеркально-полированную поверхность 3 подвижной плиты 4. Причем луч рабочего плеча продольного интерферометра 11 направляют на зеркально-полированную поверхность 3 подвижной плиты 4 через предварительно изготовленную на неподвижной плите 5 под углом 45 градусов зеркальную полированную поверхность 12, что позволяет автоматически компенсировать погрешности Δ1, возникающие из-за просадки неподвижной плиты 5, за счет увеличения хода луча рабочего плеча. Далее задают предварительную нагрузку на образец 2. Пропускают постоянный электрический ток между электродами 6 и 7 через образец 2, плиты 4 и 5 и слой полупроводника 8. При прохождении электрического тока через слой полупроводника 8 выделяется тепло, благодаря которому происходит нагрев плиты 5 и соответственно образца 2. В процессе испытания деформируют образец 2, непрерывно регистрируют температуру образца 2 с помощью термопары 13 и силу нагружения Р и ведут счет чисел n и m интерференционных линий с помощью фотоприемников 14 и 15, а результаты измерений записывают и обрабатывают на ПЭВМ 16. По изменению интерференционных картин определяют деформации материала, а модуль упругости E и коэффициент Пуассона μ определяют по формулам:

Для получения более стабильного прогрева образца слой полупроводника также вводят между второй плитой 4 и вторым электродом 6.

Пример осуществления способа. Взят образец из твердого сплава марки Т15К6 с размерами: толщина а и ширина b равны 6⋅10-3 м, длина l=12⋅10-3 м. Длина волны источника когерентного монохроматического излучения (лазер ЛГ-75) λ=0,6328⋅10-6 м. Плиты пресса выполнены из твердого сплава марки ВК8. В качестве полупроводника использован порошок дисульфида молибдена, нанесенный ровным слоем толщиной 0,06⋅10-3 м на медный электрод со стороны неподвижной плиты. При пропускании постоянного электрического тока в 75 А напряжение между электродами составило 1,2 В, а температура образца, измеряемая тарированной хромель-алюмелевой термопарой, составила 511 К. В результате нагружения образца силой P=60 кН при полученной температуре значения считанных интерференционных линий составили в продольном интерферометре n=151, в поперечном интерферометре m=9. После подстановки экспериментальных данных в приведенные формулы получены значения модуля упругости E=418,6 ГПа и коэффициента Пуассона μ=0,238.

Таким образом, описанный способ исследования деформации материала благодаря реализации нагрева образца в его рабочем положении непосредственно перед проведением испытания и поддержания температуры нагрева в процессе испытания, а также непрерывной регистрации изменения длины образца путем измерения расстояния между плитами пресса позволяет реализовать исследование упругих постоянных материала при высоких температурах с высокой точностью.

1. Способ исследования деформации материала, по которому полируют одну из боковых граней исследуемого образца и поверхность подвижной плиты пресса, обращенную к неподвижной плите, деформируют образец между плитами пресса, освещают зеркально-полированные поверхности образца и подвижной плиты пучками когерентного монохроматического излучения, формируют интерференционные картины посредством двуплечих интерферометров, в рабочих плечах которых располагают соответственно зеркально-полированную поверхность образца и зеркально-полированную поверхность подвижной плиты, в процессе испытания регистрируют силу нагружения и по изменению интерференционных картин определяют деформации материала, по которым определяют модуль упругости Е и коэффициент Пуассона μ, отличающийся тем, что с наружных сторон плит пресса располагают электроды, между одной из плит и соответствующим электродом вводят слой полупроводника, нагревают образец путем пропускания постоянного электрического тока между электродами через образец, плиты и слой полупроводника, непрерывно измеряют температуру образца с помощью термопары, а луч рабочего плеча продольного интерферометра направляют на зеркально-полированную поверхность подвижной плиты через предварительно изготовленную на неподвижной плите под углом 45 градусов зеркальную полированную поверхность.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что между второй плитой и вторым электродом также вводят слой полупроводника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов оптическими средствами измерения путем приложения к ним сжимающих статических нагрузок. Устройство содержит основание с неподвижной плитой и подвижную плиту.

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов оптическими средствами измерения путем приложения к ним сжимающих статических нагрузок. Устройство содержит основание с неподвижной плитой и подвижную плиту.

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов оптическими средствами измерения путем приложения к ним сжимающих статических нагрузок. Устройство для определения упругих постоянных малопластичных металлов и сплавов при повышенной температуре содержит основание с неподвижной плитой и подвижную плиту.

Изобретение относится к технике испытаний и измерений. Способ включает подготовку и разметку образцов, закрепление зажимов разрывной машины, нагружение, фиксирование и определение характера деформации пробы и ее измерение.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки работоспособности металлов в конструкции. Сущность: осуществляют нагружение образца с трещиной или с концентратором напряжений, в котором ось приложения нагрузки и ось действия распорного болта разнесены, фиксирование распорным болтом заданной деформации на образце с трещиной или с концентратором напряжений и последующую экспозицию нагруженного образца.

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу изготовления образцов для испытания на внецентренное сжатие. Сущность: осуществляют высверливание на верхней и нижней опорной поверхности четырехугольной призмы симметричных парных сферических лунок для центрирующих элементов, одну пару из которых размещают по ее продольной оси.

Изобретение относится к устройствам для оценки механических и прочностных характеристик снежного покрова непосредственно в месте непосредственного залегания на лавиноопасных склонах горнолыжных комплексов.

Изобретение относится к испытательным устройствам и предназначено для контроля в радиационно-защитной камере на прочность соединений испытательного образца: корпуса источника ионизирующего излучения с концевой деталью (тросиком).

Изобретение относится к области исследования механических свойств материалов, а точнее к способам (нагружения материала образца) определения энергетических характеристик разрушения льда.

Изобретения относятся к области машиностроения, в частности к стендам для испытания стальных канатов на выносливость. Способ заключается в испытании образца каната путем его перегибов на определенном участке при соответствующем расчетном статическом нагружении до полного или частичного разрушения при заданной температуре и влажности.

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам проведения геомеханических испытаний. Способ включает бурение скважины, внедрение в испытываемый грунт лопастей крыльчатки, создание в испытываемом грунте радиальных сжимающих напряжений, постоянных в течение опыта, приложение к лопастям крыльчатки ступенчато-возрастающего крутящего момента, фиксацию максимального крутящего момента, вызывающего предельные сдвиговые касательные окружные напряжения, повторение опыта на аналогичном участке при другом уровне сжимающих радиальных напряжений и определение по парам значений сжимающих и сдвигающих напряжений параметров прочности грунта - угла внутреннего трения и удельного сцепления, причем испытание производится в извлеченном из скважины керне, при этом радиальные сжимающие напряжения создаются путем обжатия боковой поверхности керна, а лопастная крыльчатка внедряется по центру испытываемого керна.

Изобретение относится к области физики материального контактного взаимодействия. Технический результат - установление границ поверхностного и внутреннего трещинообразования структурированной и нарушенной материальной среды под возрастающей нагрузкой в естественных условиях и под водой.

Изобретение относится к области диагностики транспортных средств и отдельных его узлов и предназначено для оценки остаточного и отработанного ресурса узлов. Способ технической диагностики и оценки остаточного и отработанного ресурса узлов транспортных средств заключается в установке на контролируемый узел тензодатчика, акселерометра, датчиков температуры и акустической эмиссии, подаче сигналов с указанных датчиков на вход нейронной сети, определяющей текущий уровень нагрузки на узел, расчете показателя информационной энтропии и определении остаточного ресурса узла на основании известного показателя информационной энтропии, а также полученных данных об уровне нагрузки на узел.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для прогнозирования остаточного ресурса деталей и элементов конструкций с помощью рентгенографического контроля на этапе их изготовления и эксплуатации в различных областях промышленности и техники, например машиностроении.

Группа изобретений относится к области строительства, в частности к испытаниям бетона монолитных вертикальных строительных конструкций методом отрыва со скалыванием.

Изобретение относится к области судостроения, а более конкретно - к ледовым опытовым бассейнам для проведения испытаний моделей судов и инженерных сооружений, касается вопроса определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне.

Изобретение относится к методам испытания металлов, в частности к методам определения толщины наклепанного слоя металлических деталей, и может быть применено в дробеструйной обработке рабочих поверхностей.

Изобретение относится к способам установления возможности термического совмещения различных конструкционных сталей в плакированных изделиях и может найти применение на предприятиях энергетической отрасли, в проектных и научно-исследовательских организациях при проектировании и изготовлении энергетического оборудования.

Изобретение относится к области прогнозирования остаточного ресурса резервуаров и магистральных газопроводов, эксплуатирующихся в условиях Крайнего Севера с применением способов неразрушающего контроля.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения характеристик буровой скважины для проведения операции бурения. Заявлены способы и системы для сбора, получения и отображения индекса азимутальной хрупкости буровой скважины.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к устройствам для прочностных испытаний конструкций. В способе осуществляется непрерывный анализ процесса изменения параметров первичных датчиков от уровня прилагаемой нагрузки и при выходе расчетного параметра любого датчика за область доверительного интервала, что может произойти в случае возникновения пластических деформаций, образования макротрещин или потери устойчивости элемента конструкции, происходит прекращение нагружения и фиксация положения конструкции на начальном этапе разрушения с сохранением целостности конструкции для экспресс-анализа или доработки. Устройство содержит объект испытаний, сервопривод с датчиком силы, насосную установку, систему автоматизированного управления нагружением, систему динамической защиты и способно прекратить нагружение путем фиксации («замораживания») штока сервопривода, останавливая процесс катастрофического разрушения конструкции в самом его начале и сохраняя целостность конструкции, и далее, опираясь лишь на номера спровоцировавших экстренный останов датчиков, локализовать место начала разрушения на конструкции для визуальной оценки характера начинающегося разрушения. Технический результат заключается в локализации наиболее слабого места в испытываемой конструкции с сохранением ее целостности при начинающемся критическом разрушении, обеспечении необходимой точности и надежности распознавания мест начала критического разрушения конструкции при статических испытаниях и, как следствие, возможности доработки «слабого звена» конструкции с целью увеличения эксплуатационных нагрузок и увеличения живучести объекта в реальных условиях эксплуатации. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к оптическим способам измерения деформаций в области исследования механических свойств материалов, в частности инструментальных сталей и твердых сплавов, путем приложения сжимающих статических нагрузок. В способе исследования деформаций материала полируют одну из боковых граней исследуемого образца и поверхность подвижной плиты пресса, обращенную к неподвижной плите. С наружных сторон плит пресса располагают электроды. Между одной из плит и соответствующим электродом вводят слой полупроводника. Устанавливают образец между плитами пресса. Освещают пучками когерентного монохроматического излучения лазера зеркально-полированные поверхности образца и подвижной плиты, располагаемые в рабочих плечах двуплечих интерферометров, с помощью которых формируют интерференционные картины. Причем для регистрации изменения длины образца путем измерения расстояния между плитами пресса луч рабочего плеча продольного интерферометра направляют на зеркально-полированную поверхность подвижной плиты через зеркальную полированную поверхность, предварительно изготовленную на неподвижной плите под углом 45 градусов. Задают предварительную нагрузку на образец. Пропускают постоянный электрический ток между электродами, при прохождении которого через слой полупроводника выделяется тепло, благодаря которому происходит нагрев образца. В процессе испытания деформируют образец, непрерывно измеряют температуру образца, силу нагружения P и ведут счет чисел интерференционных линий с помощью фотоприемников, а результаты измерений записывают и обрабатывают на ПЭВМ. По изменению интерференционных картин определяют деформации материала, а по ним модуль упругости E и коэффициент Пуассона. Технический результат - повышение точности измерений упругих постоянных материала при высоких температурах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх