Устройство для испытания материалов на ударное сжатие

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик и>922581

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено . 16.09.80 (21) 2982396/25-28 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 230482. Бюллетень ¹ 15 (31)М Кл з

G 0l N 3/30

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 620. 178. 73 (088. 8j

Дата опубликования описания 230482 (72) Автор изобретения

В.Н. Ковальский т инЯВМййй" (71) Заявитель

Научно-исследовательский инстит (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ HA УДАРНОЕ

СЖАТИЕ

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к устройствам для испытания материалов на ударное сжатие.

Известно лазерное устройство для испытания материалов на ударное сжатие, содержащее лазер, кварцевую пластину с полостью, заполненной светопоглощающей жидкостью, пьезоэлектрические датчики, закрепляемые на торцах испытуемого образца (1).

Однако устройство обладает .недостаточной точностью измеренных при испытаниях параметров, обусловленной тем, что пьезоэлектрические датчики, закрепленные на испытуемом образце, изменяют динамические характеристики последнего.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для испытания материалов на ударное сжатие, содержащее лазер, формирователь ударного импульса, первую и вторую цепи измерения перемещения соответственно торца образца, воспринимающего ударный импульс, и противоположного торца, каждая иэ которых включает последовательно соединенные интерферометр, интегратор и пиковый детектор, первый и второй блоки сравнения, входы которых соединены с выходами интерферометра и пикового детектора соответ5 ственно первой и второй цепей измерения, последовательно соединенные одновибратор, вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, измеритель временных интервалов и блок обработки; к второму входу которого подключен выход второго блока сравнения,.ключ и фотоприемник.

В известном устройстве формирователь. ударного импульса выполнен в виде деформируемого элемента,.на. который сбрасывается.образец. Лазер используется в качестве источника излучения для интерферометра (2).

Недостатком известного устройства является существенный разброс результатов измерения характеристик материала, обусловленный нестабильностью параметров ударного импульса иэ-за изменения свойств деформируемого элемента при многократных ударах и разброса силы трения в направляющей образца.

Цель изобретения — повышение воспроизводимости результатов измерения характеристик материалов.

922581

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя каналами для подачи светового потока лазера на торцы образца, первый из которых включает первое, второе и третье полупрозрачные зеркала и под- 5 жимаемый одной гранью к торцу образца светоделительный кубик, расположенный на.пересечении оптических осей лазера и интерферометра первой цепи измерения, а второй — четвер- <) тое полупрозрачное зеркало, расположенное-на оптической оси лазера .эа первым полупрозрачным зеркалом, первое и второе зеркала и пятое полу прозрачное зеркало, расположенное на пересечении оптических осей лазера и интерферометра второй цепи измерения, задатчиком уровня, нульорганом, один вход которого подключен K Выхоцу интерферометра HeysoA 0 цепи измерения, другой вход — к выходу эадатчика уровня, а выход - к управляющему входу ключа, соединенного сигнальным входом с выходом Фотоприемника, расположенного на одной оптической оси с первым и вторым полупрозрачными зеркалами, вторым одновибратором, подключенным к QbI» ходу интерферометра первой цени измерения и второму входу измерителя временных интервалов, формирователем синхроимпульса, включенным между выходом интегратора первой цепи измерения и третьим входом измерителя временных интервалов, и установленным иа оптической оси лазера пос- 35 ле четвертого полупрозрачного зеркала злектрооптическим затвором, управляющий вход которого подключен к выходу ключа, а формирователь ударного импульса выполнен в виде квар- 4Q цевого стержня с полостью, заполненной светочувствительной жидкостью, который поджат к второй граии светочувствительного кубика.

На Фиг. 1 представлена блок-схема 4 устройства; на Фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит лазер 3,установленный на его оптической оси формирователь ударного импульса, выполненный в виде кварцевого стержня

2 с полостью, заполненной светочувствительной,жидкостью 3 (например., раствор хлорида меди в метиловом спирте), первую и вторую цепи измерения перемещения соответственно торца 4 образца 5, воспринимающего ударный импульс, и противоположного торца 6 образца 5.

Первая цепь измерения включает интерферометр 7, интегратор 8,. пи- 60 ковый детектор 9, а вторая - ин- . терферометр 10, интегратор 11 и пиковый детектор 12; Кроме, того, устройство содержит первый и второй блоки 13 и 14 сравнения, входы кото- 65 рых подключены к выходам интерферометров 7 и 10 и пиковых детекторов

9 и 12, одновибратор 15, подключенный к выходу интерферометра 7 и входу измерителя 16 временных интервалов, блок 17 обработки, последовательно соединенные задатчик 18 уровня, нуль-орган 19, ко второму входу которого подключен выход интерферометра 7, и ключ 20, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемника 21, управляющий вход — к выходу нуль-органа 19, а выход - к управляющему входу электрооптическо,го затвора 22, одновибратор 23, подключенный к выходу первого блока 13 сравнения и входу измерителя 16.

Первый канал для подачи светового потока лазера 1 на торец 4 образца 5 включает первое, второе и третье полупрозрачные зеркала 24-26 и поджа« тый одной гранью к торцу 3 образца 5 светоделительный кубик 27, расположенный на пересечении оптических осей лавера 1 и интерферометра 7.

Второй канал для подачи светового потока лазера 1 на торец 6 образца 5 включает четвертое полупрозрачное зеркало 28, расположенное на оптической оси лазера 1 эа первым полупрозрачным зеркалом 24, первое и второе зеркала 29 и 30 и пятое полупрозрачное зеркало 31 расположенное на пересечении оптических осей лазера 1 и интерферометра 10.

Для формирования одиночного импульса в момент окончания действия ударного импульса на образец 5 устройство снабжено формирователем 32 синхроимпульса. Устройство содержит также столик 33 для установки образца, имеющий окно 34 для ввода светового потока, и средства (на чертеже не показаны) для поджатия кварцевого стержня 2 к грани светоделительного кубика 27 и противоположной грани йоследнего — к торцу 4 образца 5.

Устройство работает следующим образом.

В момент запуска 1 электрооптический затвор 22 открыт, импульс света проходит через первое полупрозрачное зеркало 24, четвертое полупрозрачное зеркало 28, электрооптический затвор

22 и попадает на кварцевый стержень 2.

В результате повышения температуры и последующего температурного расширения в облученной жидкости 3 возникает .большой градиент давления, что вызывает импульс сжимающего напряжения, который через светоделительный кубик 27 -передается на испытуемый образец 5 °

Одновременно луч света через первое и второе полупрозрачные зеркала

24 и 25 попадает на фотоприемник 21, а через третье полупрозрачное зеркало 26 и светоделительный кубик 27

81 6 вибратор 23, который ген.ерирует одиночный импульс (фиг. 2з), поступающий на второй вход измерителя 16 временных интервалов.

Измеритель 16 временных интервалов вырабатывает сигнал (фиг. 2м), уровень которого пропорционален отрезку времени 9- между появлением импульсов на его входах. Этот сигнал подается на один иэ входов блока 17обработки. Сигналы с интерферометров 7 и 10, поступающие на входы интеграторов 8 и ll пропорциональны скорости перемещения торцов 4 и 6 испытуемого образца 5. Сигнал с выхода интегратора 8 (фиг. 2н), характеризующий сувеларную дефОрмацию испытуемого образца 5 и столика 33, подается через пиковый детектор 9 на вход блока 14 сравнения. Сигнал с .:выхода интегратора 11, характеризующий деформацию столика 33,подается( на,второй вход блока 14 сравнения (фиг. 2п) . Блок 14 сравнения формирует раэностный сигнал (фиг. 2с), пропорциональный максимальной деформации образца 5. Этот сигнал подается на один из входов блока 17 обра- ботки.

B момент t окончания ударного импульса формирователь 32 вырабатыва-. ет одиночный импульс, который подается на вход измерителя lб временных интервалов, вырабатывающего сигнал, пропорциональный разности tg-t„, т.в. длительности ударного импульса. Зная длину образца и время распространения ударной волны, определяют скорость распространения, а также относительную деформацию .при ударном нагружении. Информацию о форме и длительности ударного импульса получают с помощью осциллографа (яа чертеже не показан). устройство повышает воспроизводимость результатов испытаний образцов за счет получения стабильных параметров ударного импульса и обладает . высокими метрологическими характеристиками.

Формула изобретения

Устройство.для испытания материалов на ударное сжатие; содержащее лазер, формирователь ударного импульса, первую и вторую цепи измерения перемещения соответственно торца образца, воспринимающего ударный импульс, и противоположного торца, каждая из которых включает последовательно соединенные интерферометр, интегратор и пиковый детектор, первый и второй блоки сравнения, входы которых соединены с выходами интерферометра и пикового детектора соответственно первой и второй цепей изме65

5 9225 не передний торец 4 испфуемого образца 5. Через оптический канал, включающий четвертое полупрозрачное зеркало 28, первое и второе зеркала

29 и 30, пятое полупрозрачное зеркало

31. лу света от лазера 1 поп дает на5 .торец 6 испытуемого образца 5, Отразившись от .торцов 4 и 6 образца 5, луч света попадает на входы цепей измерения перемещения ° В момент времени t<, когда импульс. сжимающего напряжения достигнет переднего торца 4 испытуемого образца

5, сигнал с первого интерферометра 7 превысит нулевое значение (фиг. 2э).

Сигнал с выхода первого интерферометра 7 поступг.ет на вход нуль-орга15 иа 19, где сравнивается с сигналом эадатчика 18 уровня {фиг. 2г) . В мо-. мент времени t<, когда эти сигналы равны, нуль-орган 19 вырабатывает сигнал (фиг. 2д), открывающий ключ

20, и напряжение с фотоприемника 21 подается на управляющий вход электрооптического затвора 22 и запирает последний, после чего луч света лазера 1 не попадает на кварцевый стержень 2.

Таким образом, регулируя уровень напряжения на выходе задатчика 18, можно регулировать длительность воздействия луча лазера на светочувстви-30 тельную жидкость 3, а следовательно, и уровень ударного воздействия яа испытуемый образец 5.

Одновременно импульс с первого интерферометра 7 попадает на входы пер-35 вого блока 13 сравнения, интегратора 8 и одновибратора 15, который запускается передним фронтом импульса и вырабатывает одиночный импульс (фиг. 2л), который .поступает на пер- 40 вый вход измерителя 16 временных интервалов.

Импульс со второго интерферометра . 10 (фиг. 2и) поступает на второй вход первого блока 13 сравнения и на вход интегратора 11.

С момента t начала удара до момента времени t3, равному времени распространения ударной волны от переднего до заднего торцов испытуемого образца 5, сигналы с выходов интерферометров 7 и 10 равны по величине и противоположны по знаку; При равенстве сигналов интерферометров

7 и 10 сигнал с выхода первого бло,ка 13 сравнения отсутствует. С момен-55 та времени 1Э, когда сигнал с выхода интерферометра 7 превысит по абсолютному.значению сигнал с выхода интерферометра 10, до момента времени когда сигналы с интерферометров 60

7 и 10 сравняются, на выходе блока

13 появляется выходной сигнал (фиг. 2к), величина которого равна разнице сигналов с интерферометров

7 и 10. Этот сигнал включает одно922581 рения, последовательно соединенные одновибратор, вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, измеритель временных интервалов и блок обработки, к второму входу которого подключен выход второго блока сравне- 5 ния, ключ и фотоприемник, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения .воспроизводимости результатов измерения характеристик материалов, оно снабжено двумя каналами 10 для подачи светового потока лазера на торцы образца, первый из которых -.включает первое, второе и третье полупрозрачные заркала и поджимаемый. одной гранью к торцу образца свето- 15 делительный кубик, расположенный на пересечении оптических осей лазера и интерферометра первой цепи измерения, а второй — четвертое;полупрозрачное зеркало, расположенное на оптической оси лазера за первым полупрозрачго ным зеркалом, первое и второе зеркала и пятое полупрозрачное зеркало, расположенное на пересечении оптических осей лазера и интерферометра второй цепи измерения, задатчиком г5 уровня, нуль-органом, один вход которого подключен к выходу интерферометра .первой цепи измерения, другой вход — к выхбду задатчика уровня, а выход — к управляющему входу ключа, соединенного сигнальным входом с выходом фотоприемника, расположенного на одной оптической оси с первым и вторым полупрозрачными зеркалами, вторым одновибратором, подключенным к выходу интерферометра первой цепи измерения и второму входу измерителя временных интервалов, формирователем синхроимпульса, включенным между выходом интегратора первой цепи измерения и третьим входом измерителя временных интервалов, и установленным на оптической оси лазера после четвертого полупрозрачного зеркала электрооптическим затвором, управляющий вход которого подключен к выходу ключа, а формирователь ударного импульса выполнен в виде кварцевого стержня с полостью, заполненной светочувствительной жидкостью, который поджат к второй грани светоделительного кубика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Эллис А ° Т. Феликс И.П. Лазерный возбудитель напряженЬя в материалах. Экспресс-информация. Испытательные приборы и стенды. ВИНИТИ, М., 1975, 9 5, с. 1-2.

2. Авторское свидетельство СССР

9 682001, кл. G 01 N 3/30, 1979 (прототип).