close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY5663

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5663
(13) C1
(19)
7
(51) G 01N 3/08
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ
И КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
ЭЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
(21) Номер заявки: a 20000729
(22) 2000.08.01
(46) 2003.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Шилько Сергей Викторович;
Бодрунов Николай Николаевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(57)
1. Устройство для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона при растяжении эластичных материалов на основе испытательного стенда, отличающееся тем,
что содержит связанный с компьютером шаровой манипулятор типа "мышь" для преобразования положения на поверхности деформируемого путем растяжения образца в информацию о перемещении указанной поверхности.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шаровой манипулятор снабжен дополнительным устройством для прижима шара к поверхности деформируемого образца.
BY 5663 C1
(56)
Малкин А.Я. и др. Методы измерения механических свойств полимеров. - М.: Химия,
1978. - С. 210-217.
Фиг. 1
BY 5663 C1
Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования механических характеристик материалов, в частности определения модуля
упругости (модуля Юнга) и коэффициента Пуассона при растяжении.
В известных устройствах для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона реализуют методы испытаний, в которых создаются легко контролируемые виды напряженно-деформированного состояния.
Наиболее часто с этой целью используют стандартное испытательное оборудование,
позволяющее получить условия одноосного растяжения. При этом образец в виде полосок
или лопаток устанавливают в захваты испытательной машины и производят растяжение
заданной нагрузкой, а в качестве регистрируемых параметров используют поперечную и
продольную компоненты перемещения или деформации [1-6].
Для регистрации перемещений в известных устройствах используются оптические и
акустические средства (интерферометры, катетометры, измерительные микроскопы), а
также экстензометры (индикаторы часового типа, индуктивные и емкостные датчики) [2].
Недостатком устройств, основанных на оптических и акустических методах, является
их сложность, связанная с необходимостью использования специального регистрирующего оборудования (интерферометров, генераторов и измерителей частоты колебаний).
Этот недостаток преодолевается при использовании серийно выпускаемых датчиков
деформаций, например тензорезисторов (проволочных, фольговых и полупроводниковых), размещаемых на боковой поверхности образца [2].
Однако при значительном удлинении образца затруднительно обеспечить работоспособность датчиков, что ограничивает их применение для определения механических характеристик высокоэластичных материалов в условиях больших деформаций.
Длительность установки тензорезисторов и невозможность их повторного использования на других образцах снижает производительность и эффективность измерения модуля упругости и коэффициента Пуассона.
Кроме того, при использовании тензорезисторов имеет место погрешность регистрации продольных и поперечных деформаций, связанная с конечными размерами базы измерения (активной решетки датчиков).
Задачей изобретения является повышение производительности определения модуля
упругости и коэффициента Пуассона в условиях растяжения высокоэластичных материалов на основе стандартного оборудования.
Поставленная задача решается тем, что в качестве устройства для определения модуля
упругости и коэффициента Пуассона при растяжении эластичных материалов используется известное устройство в виде шарового манипулятора типа "мышь" [7], связанное с компьютером, используемое для преобразования своего положения на плоской поверхности в
позицию курсора на экране. Для обеспечения надежного контакта шара с поверхностью
образца может быть использовано дополнительное прижимное устройство.
На фиг. 1 показан чертеж шарового манипулятора, используемого в соответствии с
предлагаемым изобретением для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона при растяжении эластичных материалов.
Устройство содержит корпус 1, внутри которого установлен шар 2 с фрикционным
покрытием и сопряженные с шаром два перпендикулярно расположенных валика 3. На
концах валиков установлены диски с прорезями по окружности 4, размещенные в рабочих
зонах оптоэлектронных преобразователей 5.
Как показано на фиг. 2, шар устройства контактирует с поверхностью образца 6, установленного в захватах 7 испытательного стенда (на фигуре не приведен).
Использование известного устройства по новому назначению заключается в том, что
перемещение поверхности деформируемого образца вызывает качение сопряженного с
ним шара манипулятора. Фрикционное резиновое покрытие шара в условиях сравнительно небольших нагрузок прижатия обеспечивает незначительный свободный ход и про2
BY 5663 C1
скальзывание. Как показано на фиг. 3, с целью повышения точности измерения путем
уменьшения проскальзывания может быть предусмотрено прижимное устройство 8 для
обеспечения надежного контакта шара с поверхностью образца.
При качении по поверхности образца шар вызывает вращение сопряженных валиков.
Число оборотов валиков соответствует величине перемещения исследуемой точки по вертикали и горизонтали. На конце каждого валика расположен диск с прорезями по окружности. При вращении дисков происходит прерывание светового пучка между источником
света и фотоприемником. Информация о числе прерываний, пропорциональном перемещению точки измерения по соответствующей координате, передается в компьютер через
имеющийся порт "мыши".
Коэффициент Пуассона определяется по формуле:
v=−
εx ly n x
,
=
εy lx n y
(1)
где εx - поперечная деформация образца;
εy - продольная деформация образца;
lx - координата точки по оси х;
lу - координата точки по оси у;
nх - число срабатываний, соответствующих направлению х;
nу - число срабатываний, соответствующих направлению у.
Модуль упругости определяется по известной зависимости [6]:
E=
Pl y
F0 ∆l y
,
(2)
где Р - усилие растяжения образца;
F0 - площадь поперечного сечения образца;
∆ly - смещение исследуемой точки поверхности образца по оси у.
Смещение ∆ly вычисляется по формуле:
∆l y = Kn y .
(3)
Коэффициент передачи К зависит от соотношения диаметров шара и валика, а также
числа прорезей диска и определяется тарировкой или по следующей зависимости:
K=
D
⋅N,
d
(4)
где К - коэффициент передачи;
D - диаметр шара;
d - диаметр валика;
N - число секторов на диске.
и ε уточн
c учетом больших деформаДля уточненного определения деформаций ε уточн
y
x
ций образца могут быть использованы известные зависимости [6]:
ε уточн
= ln(1 + ε x ) ,
(5)
x
ε уточн
= ln(1 + ε y ) .
y
(6)
Проверку эффективности заявляемого устройства осуществляли путем растяжения
призматического образца размером 34,5 × 8 × 240 мм из практически несжимаемого материала в виде резины с известным значением коэффициента Пуассона, равным 0,49, и модулем упругости, равным 2,5 МПа. Использовался серийно выпускаемый шаровой манипулятор типа "мышь" для персональных компьютеров. Измеряемые перемещения и
определяемые характеристики (модуль упругости и коэффициент Пуассона), рассчитывались по формулам и автоматически визуализировались на мониторе.
Анализ экспериментальных результатов позволяет сделать следующие выводы:
3
BY 5663 C1
1. Предложенное новое применение стандартного шарового манипулятора типа "мышь"
позволяет с достаточной для практики точностью определить модуль упругости и коэффициент Пуассона материала.
2. Предложенное новое применение повышает производительность измерения по
сравнению с базовым объектом за счет сокращения числа рабочих операций.
Таким образом, при использовании предлагаемого изобретения представляется возможным повысить производительность определения модуля упругости и коэффициента
Пуассона эластичных материалов без применения сложного измерительного оборудования.
Использование устройства для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона материала обеспечивает по сравнению с известными техническими решениями следующие преимущества:
одновременно регистрируется две компоненты перемещения (продольное и поперечное), что повышает производительность измерения;
измерения могут производиться в любой локальной зоне образца благодаря точечному
контакту шара с поверхностью образца, что повышает информативность измерения.
Источники информации:
1. Белл Дж. Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. В
2-х частях. Ч. 1. Малые деформации: Пер. с англ. / Под ред. А.П. Филина. - М.: Наука.
Главная редакция физико-математической литературы, 1984. - С. 325-391.
2. Малкин А.Я., Аскадский А.А., Коврига В.В. Методы измерения механических
свойств полимеров. - М.: Химия, 1978. - С. 210-217.
3. ГОСТ 9550-81. Пластмассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе.
4. ГОСТ 1497-84. Пластмассы. Методы испытания на растяжение.
5. ГОСТ 28840-90. Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб.
6. Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных
пластиков. Изд. 2-е, перераб., - М.: Химия, 1975. - С. 52-53.
7. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с
англ. / Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. - М.: Мир, 1992. - С. 475.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Фиг. 3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
163 Кб
Теги
by5663, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа