Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к области методов и средств контроля, применяемых для исследования поведения и свойств образцов изделий и материалов в процессе ударных испытаний их структурных характеристик и прочностных параметров.
Объектами данной заявки являются способ и осуществляющее его устройство для регистрации и последующего воспроизведения характера перемещения ножа (рабочей части) роторного копра в исследуемом объекте как при коротких импульсных процессах ударного разрушения, так и при распределенном в пространстве и времени характере разрушения, когда подлежащий испытанию образец может представлять собой не только хрупкий или жесткий по физическим свойствам компактный предмет, но и предмет, имеющий значительный объем и мягкие (эластичные, вязкие) физические характеристики.
К рассматриваемому классу средств относятся устройства по авторским свидетельствам СССР N 167339, МКИ G 01 N 3/30 и N 472273, МКИ G 01 M 7/00, G 01 N 3/30. Первое из устройств по указанным авторским свидетельствам обеспечивает аналоговое преобразование углового положения ударного органа в пропорциональный ему электрический сигнал, в то время как в устройстве по а.с. N 472273 текущее угловое положение ударного органа коперной установки непосредственно преобразуется в сигнал, соответствующий действующему значению ударного момента, без необходимости введения в контрольно-испытательную систему сложных корректирующих и преобразовательных электронных звеньев.
Однако недостатки упомянутого аналога по а.с. 472273, МКИ G 01 M 7/00, G 01 N 3/30 состоят в том, что область его применения ограничивается лишь коперными установками маятникового типа при полном исключении возможности его использования в копрах роторного (дискового) типа с их полными циклами вращения и несоизмеримо большими, чем у маятниковых копров угловыми и линейными скоростями подвижных элементов.
Известные устройства по а.с. СССР N 750330 (G 01 N 3/34, G 01 N 3/06) и N 796709 (МКИ G 01 N 3/30, G 01 N 3/06), используемые в виде электронных приставок к роторным копрам, обеспечивают автоматическое определение энергии или работы разрушения образцов материалов и изделий при ударном (импульсном) воздействии на образец роторного копра.
Однако эти устройства не способны регистрировать и затем воспроизводить процесс взаимодействия рабочего органа коперной установки с исследуемым объектом в виде графического отражения закона изменения в процессе разрушения образца взаимосвязанных параметров мгновенной скорости перемещения фронта разрушения, текущего значения времени и пространственных координат.
Еще один из аналогов заявляемого технического решения - способ осциллографического воспроизведения и контроля диаграмм "Нагрузка-время", реализуемый устройством по а.с. СССР N 300808, МКИ G 01 N, а также соответствующие этому способу известные технические средства, использующие пьезокварцевые преобразователи действующего ударного усилия, обладают другим принципиальным недостатком, состоящим в резком ухудшении работы контрольной системы при снижении скоростей протекания процесса ударного разрушения, когда не только падает чувствительность пьезокварцевого преобразования параметра усилия, но когда особенно резко начинает проявляться нелинейный характер этого преобразования.
Недостатки указанных известных аналогов - устройства по а.с. N 300808 и осуществляемого им способа осциллографического контроля - заключаются вместе с неспособностью воспроизведения замедленных процессов ударного разрушения также и в неспособности графической регистрации и визуального воспроизведения зависимости изменения мгновенной скорости перемещения фронта взаимодействия рабочей части копра с исследуемым объектом как функции текущего значения деформации и функции времени.
В качестве еще одного аналога заявляемого способа может быть принят также способ регистрации диаграмм, реализуемый объектом по а.с. СССР N 296977, МКИ G 01 N 3/06, в соответствии с которым на вращающемся синхронно с ротором копра барабане с рулоном бумаги пером стрелки механического самописца, перемещаемой поперечно к направлению перемещения ленты рулона в соответствии с действующей силой, регистрируется кривая ударного нагружения.
Существенным недостатком этого способа, как и ряда других перечисленных методов регистрации процессов ударного разрушения, является то, что известным способом не обеспечивается фиксация и воспроизведение зависимости мгновенной скорости перемещения фронта взаимодействия ударного органа с исследуемым объектом как функции от положения (координат) ударного органа и от параметра времени.
Это исключает, в частности, возможность воспроизведения картины плотностного распределения материала в объеме исследуемого объекта (среды) и закономерности распределения жесткости вдоль контролируемого при ударе сечения (профиля) испытываемой конструкции, что резко ограничивает как технические возможности существующих методов и средств рассматриваемого назначения и класса, так и область их эффективного использования.
В качестве близкого аналога устройства, осуществляющего заявляемый способ, может быть указано контрольно-измерительное устройство машины для испытания образцов материалов на ударную нагрузку, защищенное авторским свидетельством СССР N 183989, МКИ G 01 L (НКИ 42 к, 34/02).
Это устройство содержит тензометрическую установку, катодный осциллограф, лентопротяжный механизм, снабженный приводным электродвигателем со следящей системой и с регулируемой муфтой включения, управляемой парой разрывных контактов, смонтированных на подвижной опоре, один из которых связан через двуплечий рычаг с испытуемым образцом, а другой - с исполнительным механизмом следящей системы, перемещающей этот контакт на замыкание с первым контактом при включениях муфты лентопротяжного механизма.
Наличие у указанного устройства целой системы инерционных механических элементов и узлов (лентопротяжного механизма, связанного с приводным электродвигателем; системы разрывных контактов и рычагов; следящей системы с исполнительным механизмом и системы электромеханической стартстопной синхронизации) обусловливает первый из недостатков этого объекта, состоящий в создаваемых им ограничениях диапазона скоростей протекания подлежащих исследованию и регистрации процессов импульсного разрушения.
При этом несмотря на свою сложность и громоздкость известный объект исключает возможность фиксации кратковременных быстропротекающих процессов импульсного разрушения образцов.
Другим из недостатков упомянутого устройства по а.с. СССР N 183989 является его неспособность регистрации закона перемещения фронта взаимодействия ударного органа и исследуемого объекта как функции мгновенной скорости от текущего значения деформации образца и от времени.
К ограничениям и недостаткам указанного известного объекта следует, кроме того, отнести его неспособность к изменению масштабов воспроизведения зарегистрированных диаграмм, что наряду с другими недостатками известного устройства резко регламентирует его оперативно-технические возможности и область эффективного использования.
Таким образом, ознакомление с известными способами регистрации процессов ударного разрушения материалов и реализующими эти способы устройствами показывает, что ни одним из существующих методов и средств рассматриваемого назначения и класса не обеспечивается регистрации и последующего воспроизведения характера (мгновенной скорости) перемещения фронта взаимодействия ударного органа копра и исследуемого объекта в зависимости от изменения пространственных координат и времени.
В указанной связи задача, поставленная при создании заявляемого технического решения, состояла в устранении охарактеризованных выше недостатков и ограничений существующих методов и средств рассматриваемого класса и назначения за счет обеспечения возможности исследования процессов импульсного разрушения образцов материалов и изделий путем создания возможности получения наглядной картины плотностного распределения материала в объеме исследуемого объекта или картины пространственного распределения механической жесткости вдоль контролируемого при ударе сечения испытываемой конструкции, детали.
Решение охарактеризованной задачи объектами данной заявки достигается тем, что ими обеспечивается возможность автоматической фиксации и воспроизведения зависимости мгновенной скорости перемещения фронта взаимодействия ударного органа роторного копра с исследуемым объектом одновременно как функции от мгновенного пространственного положения (координат) ударного органа копра и от параметра времени.
Исследование процесса импульсного разрушения указанных объектов с помощью заявляемого способа и осуществляющего его устройства позволяет получать наглядную картину плотностного распределения материала в объеме исследуемого объекта или картину распределения жесткости вдоль контролируемого при ударе сечения испытываемой конструкции.
Сущность изобретения в части предлагаемого метода исследования процессов импульсного разрушения может быть выражена следующим образом.
Способ регистрации и воспроизведения характера перемещения фронта взаимодействия ножа роторного копра с исследуемым объектом, заключающийся в применении ленточного магнитного носителя, перемещаемого синхронно с ротором испытательной коперной установки, осуществлении импульсного растяжения и разрыва образцов компактных изделий и конструкций, распределенных в пространстве объемных объектов, регистрации через калиброванные и равные интервалы времени фазовых положений рабочей части роторного копра, соответствующих последовательному прохождению ею различных участков и элементов контролируемого сечения образца, причем регистрация фазовых положений рабочей части роторного копра производится в виде последовательности кратковременных импульсов, фиксируемых на ленточном магнитном носителе, последующем воспроизведении функциональной зависимости скорости перемещения фронта взаимодействия рабочей части роторного копра с исследуемым объектом от времени и пройденного пути путем преобразования последовательности импульсов, зафиксированных на ленточном магнитном носителе, в междуинтервальные значения скорости рабочей части роторного копра на различных участках его перемещения относительно исследуемого образца, принятии каждого из серии записанных на ленточном магнитном носителе фазовых положений рабочей части копра за одну из абсцисс, а полученных значений скоростей рабочей части роторного копра в промежутках между его зафиксированными фазовыми положениями - за соответствующей упомянутым абсциссам ординаты, воспроизведении графической зависимости скорости перемещения фронта взаимодействия рабочей части роторного копра с исследуемым образцом от координат пространства и времени.
Сущность изобретения в части устройства для реализации заявляемого способа характеризуется следующей совокупностью признаков и связей.
Устройство для регистрации и воспроизведения характера перемещения фронта взаимодействия ножа роторного копра с исследуемым объектом, содержащее электронный усилительный узел, стабилизированный выпрямительный блок питания, узел синхронизированного автоматического управления системой подачи образца под удар, электроннолучевой осциллограф, управляющие контактные пары, жестко посаженный на общую ось с ротором коперной установки диамагнитный диск, на боковую поверхность которого натянуто кольцо из пленочного магнитного носителя - магнитной ленты, помещенные у поверхности диамагнитного диска под пленочным магнитным носителем разнесенные по ширине пленки ферромагнитные элементы, установленные на поверхности диамагнитного диска с возможностью раздельного кругового перемещения и фиксирования в произвольных фазовых взаиморасположениях, разнесенные по ширине носителя два магнитных рецептора и один универсальный магнитный элемент, причем первый из рецепторов через контакты стартовой кнопки и первый импульсный усилитель связан с несимметричным входом первого триггера, соединяемого через средний контакт первой секции функционального переключателя с первичной обмоткой поляризованного реле, цепь питания вторичной обмотки которого содержит переменный резистор; второй магнитный рецептор через второй импульсный усилитель параллельно соединен как с синхронизирующим входом электроннолучевого осциллографа, так и с функциональным входом первого ключевого узла, манипуляторный вход которого соединен с несимметричным выходом первого триггера, а выход первого ключевого узла связан с бинарным входом второго триггера, несимметричный выход которого параллельно соединен со входом ждущей развертки электроннолучевого осциллографа, с несимметричным входом третьего триггера и с подвижным контактом второй секции функционального переключателя, третье положение которого отвечает переводу схемы связи третьего триггера со вторым в бинарную, причем отдельные плечи первого, второго и третьего триггеров параллельно связаны через нормально открытые контакты установочной кнопки с одним из выходов стабилизированного выпрямительного блока питания, второй выход которого параллельно соединен с потребляющими входами всех узлов устройства, а несимметричные выходы второго и третьего триггеров соединены с первым и вторым функциональными входами логического элемента типа "И", выход которого соединен с манипуляторным входом второго ключевого узла, подключенного другим своим входом к выходу генератора периодических импульсов, а выход второго ключевого узла через средний неподвижный контакт третьей секции функционального переключателя связан с реверсным усилительным узлом, вход и выход которого подключены к подвижным контактам третьей и четвертой секций функционального переключателя, причем первый и третий неподвижные контакты третьей секции функционального переключателя соединены соответственно с генератором стирающего напряжения и с универсальным магнитным элементом, а запараллеленные первый и второй неподвижные контакты четвертой секции функционального переключателя и третий неподвижный контакт четвертой секции функционального переключателя соединены соответственно с универсальным магнитным элементом и со входом управляемого релаксационного узла, выход которого подключен ко входу вертикального тракта электроннолучевого осциллографа; а ко входу управляемого релаксационного узла, связанного с третьим неподвижным контактом третьей секции функционального переключателя, подключен своим входом делитель частоты с регулируемым коэффициентом деления, выход которого через дифференцирующий узел связан с модулятором яркости электроннолучевого осциллографа.
Устраняя ограничения и недостатки известных технических средств соответствующего класса и назначения, заявляемое устройство обеспечивает регистрацию зависимости изменения мгновенной скорости ротора копра как от параметра времени, так и от пространственных координат (пройденного пути, величины деформации образца) при полном снятии ограничений с диапазона изменения скорости протекания процесса ударного разрушения, а также при широких оперативно-технических возможностях взаимонезависимого варьирования масштабов воспроизведения зарегистрированных процессов.
Обеспечение предлагаемыми способом и устройством регистрации и многократного воспроизведения в различных сочетаниях линейных масштабов закона изменения скорости инерционного прохождения рабочего органа коперной установки через испытуемый объект (или скорости взаимодействия ударного органа копра с испытуемым образцом при импульсном растяжении и разрыве) в функции от параметра времени и от пространственных координат и текущего значения деформации образца при любых скоростях протекания процесса ударного разрушения и способности оперативного изменения масштабов воспроизведения записанных зависимостей, - все это открывает качественно новые возможности исследования структуры испытуемых изделий и распределения плотности материалов в объеме контролируемых образцов.
К структурным особенностям, обеспечивающим расширенные оперативные возможности предлагаемого устройства, следует отнести и то, что ко входу управляемого релаксационного узла, связанного с третьим неподвижным контактным элементом третьей секции функционального переключателя, подключен своим входом делитель частоты с регулируемым коэффициентом деления, выход которого через дифференцирующий узел связан с модулятором яркости электроннолучевого индикатора осциллографа.
Это обеспечивает совмещенное воспроизведение зависимости скорости перемещения рабочей части копра в исследуемой среде как функции от пространственных координат и времени при возможности широкого и оперативного варьирования масштаба временных меток на воспроизводимой осциллограмме.
На прилагаемых чертежах представлены структурно-функциональная блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ (фиг. 1), и результирующие диаграммы, иллюстрирующие формируемые на экране электроннолучевого индикатора зависимости скорости V перемещения фронта разрушения иди деформации образца от пройденного рабочим органом копра пути Δl и от времени t: V = F(Δl) и V = F'(t) - фиг. 2.
Как видно из функциональной блок-схемы по фигуре 1, в устройство, реализующее заявляемый способ, входит диск 1 из диамагнитного материала, жестко посаженный на общую с ротором копра 2 ось.
На внешней окружности диска 1 закрепляется кольцо из пленочного магнитного носителя 3, у внешней поверхности которого разнесенные на определенные угловые интервалы относительно друг друга размещены магнитные рецепторы - считывающие магнитные головки 4 и 5, а также универсальный магнитный элемент - универсальная головка 6. Угловое положение магнитных элементов 4, 5 и 6 - как взаимное, так и по отношению и диамагнитному диску 1 - может плавно изменяться.
Рецептор 5 и универсальная магнитная головка 6 функционируют по одной из двух дорожек магнитного носителя 3, в то время как рецептор 4 предназначен для считывания меток (марок), расположенных в пределах второй из двух дорожек магнитного носителя 3.
Выход рецептора 4 через нормально открытые (н.о.) контакты стартовой кнопки 7 связан со входом усилительного узла 8, выход которого соединен с одним из входов симметричного триггера 9, нагружаемого по выходу через секцию 10 четырехсекционного функционального переключателя рода работ 10, 11, 12, 13 одной из обмоток поляризованного реле 14, вторая из обмоток которого подключена через переменный резистор 15 к источнику компенсирующего постоянного напряжения.
Рецептор 5 соединен со входом второго усилительного узла 16, выход которого параллельно связывается как со входом ждущей развертки осциллографа 17 или со входом его синхронизатора, так и со входом манипулируемого ключевого узла 18, второй управляемый вход которого соединен с одним из выходов триггера 9.
Выход ключевого узла 18 связан с бинарным входом триггера 19, один из выходов которого соединен с несимметричным входом последующего триггера 20, а также с общим подвижным контактом второй из четырех секций 11 трехпозиционного функционального переключателя - 10, 11, 12, 13. В одной из своих позиций (крайней справа по чертежу фиг. 1) секция 11 переключателя рода работ переводит несимметричную схему связи выхода триггера 19 со входом триггера 20 в симметричную бинарную схему, при которой триггер 20 функционирует в качестве делителя частоты выходных импульсов триггера 19.
Все три рассмотренных триггерных узла - 9, 10 и 20 - имеют общую цепь для установки их исходных состояний (положений). Эта цепь, связывающая несимметричные входы указанных триггерных узлов с выпрямительным блоком питания 21, содержит нормально открытые контакты установочной (арретирной) кнопки 22, с помощью которой узлы 9, 19 и 20 могут быть приведены в определенное исходное состояние перед регистрацией исследуемого процесса.
Один из выходов триггера 19 параллельно связан с одним из пары функциональных входов схемы совпадения (логической схемы "И") - 23, второй функциональный вход которой связан с одним из выходов триггера 20.
Выход схемы совпадения 23 соединен с управляемым входом ключевого узла 24, второй вход которого соединен с выходом импульсного генератора 25, формирующего калиброванные сигналы временных меток с регулируемым интервалом их повторения.
Выход ключевого узла 24 через реверсируемый секциями 12 и 13 функционального переключателя усилительный узел 26 соединен с универсальной магнитной головкой 6, которая через реверсный усилительный узел 26 и секции 12,13 переключателя 10-13 может связываться со входом релаксаторной схемы 27, формирующей пилообразные (линейно нарастающие) импульсы, высота которых пропорциональна временному интервалу между каждыми двумя смежными импульсами, воздействующими извне на функциональный вход узла 27.
Универсальная магнитная головка 6 через реверсируемый усилитель 26 с помощью секций 12, 13 функционального переключателя может быть скоммутирована и на генератор стирающего напряжения 28, который параллельно с узлами 8, 9, 14, 16, 18, 19, 20, 23, 24, 25, 26, 27 получает напряжение питания от выпрямительно-стабилизаторного блока 21.
Выход релаксаторной схемы 27 при работе устройства соединяется со входом вертикального тракта (V) электронного осциллографа 17, вход канала синхронизации которого подключается к выходу усилительного узла 16 магнитного рецептора 5.
При переводе триггера 20 в схему бинарного запуска (что осуществляется секцией 11 функционального переключателя в его правом положении) один из выходов триггера 20 может связываться со входом ждущей развертки и системой подсветки луча электронного осциллографа 17 (клемма "a"), воспроизводящего диаграмму изменения скорости перемещения фронта взаимодействия ножа (бивня) копра и исследуемого объекта в процессе ударного разрушения последнего.
Соответствующая цепь связи узла 20 с осциллографом показана на схеме по фиг. 1 пунктирной линией.
В зависимости от положений, в которых находятся секции переключателя рода работ 10-13, устройством обеспечиваются следующие формы функционирования: а) при среднем положении подвижного контакта переключателя 10-13 цепи устройства скоммутированы для записи подлежащей исследованию зависимости от времени мгновенной скорости перемещения фронта взаимодействия режущей части копра с исследуемой средой (объектом); б) при переводе переключателя рода работ 10-13 в правое положение межблочные связи устройства обеспечивают визуальное воспроизведение зарегистрированного ранее процесса - функциональной зависимости V = F(t) на экране электроннолучевого индикатора осциллографа 17; в) при левом положении подвижного контакта переключателя рода работ 10-13 схема устройства скоммутирована для удаления ранее зарегистрированной последовательности импульсных меток, характеризующих в зашифрованной форме исследованную функциональную зависимость V = F(Δlt).
На внешней окружности диамагнитного диска 1 под кольцом пленочного магнитного носителя 3 имеются ферромагнитные элементы 29, 30 и 31, которые могут индивидуально перемещаться вдоль круговой поверхности диска 1 и фиксироваться в требуемом положении. Ферромагнитный элемент 29, установленный против второй дорожки магнитного носителя 3, предназначен для взаимодействия с рецептором (считывающей магнитной головкой) 4, в то время как элементы 30 и 31, установленные против первой дорожки магнитного носителя, предназначены для совместного функционирования с рецептором 5.
Вместо перемещаемых ферромагнитных элементов 29, 30, 31 могут использоваться также импульсные метки, предварительно нанесенные на магнитный пленочный носитель 3. Расположение этих меток, как относительно друг друга, так и по отношению к диску 1, обеспечивает прохождение меток 30 и 31 мимо рецептора (считывающей магнитной головки) 5 соответственно перед началом и после окончания взаимодействия режущей части копра с исследуемым объектом.
Взаимная ориентация элемента (метки) 29 и рецептора 4 относительно элементов 30, 31 рецептора 5 и универсальной магнитной головки 6 обеспечивает в процессе вращения диска ротора копра опережающее взаимодействие элементов 4 и 29 по отношению к взаимодействию элементов 5 и 30 схемы по фиг. 1.
Заявляемое устройство функционирует следующим образом.
Для регистрации характера перемещения во времени и пространстве фронта взаимодействия ножа роторного копра с исследуемым объектом (средой), а также для фиксации - с возможностью последующего графического воспроизведения - закона изменения во времени величины деформации образца при его ударных испытаниях на разрыв функциональный переключатель 10, 11, 12, 13 устанавливается в среднее положение (см. фиг. 1).
Нажатием безарретирной кнопки 22 триггерные узлы 9, 19 и 20 устанавливаются в исходное положение, при котором ключевой узел 18, связанный с одним из выходов триггера 9, находится в закрытом состоянии, с выхода триггера 19 на первый функциональный вход схемы совпадения 23 поступает запрещающий потенциал, а с выхода триггера 20 на второй функциональный вход схемы совпадения 23 поступает разрешающий потенциал.
При этом на управляющий вход ключевого узла 24 с выхода схемы совпадения 23 поступает запрещающий потенциал.
После установки подлежащего исследованию на ударный разрыв образца в подающую систему копра и набора диском ротора копра заданного числа оборотов нажимается стартовая кнопка 7 и при ближайшем прохождении ферромагнитного элемента (метки) 29 мимо магнитного зазора рецептора 4 в обмотке последнего наводится импульсная ЭДС, которая усиливается узлом 8 и поступает на один из симметричных входов триггерного узла 9.
До момента воздействия с выхода усилительного узла 8 импульсного сигнала на вход триггера 9 запрещающий потенциал с одного из выходов этого триггера (с нижнего по чертежу выхода) запирает ключевой узел 18, а второй ключевой узел 24 находится также в запертом состоянии под действием запрещающего потенциала, поступающего с выхода схемы совпадения 23 на управляемый вход узла 24.
В момент прохождения элемента 29 мимо рецептора 4 усиленный узлом 8 импульс напряжения воздействует на один из входов триггера 9, который опрокидывается, вызывая одновременно переброс якоря поляризованного реле 14 и отпирание ключевого узла 18, подготавливаемого для транзитного прохождения сигналов, которые должны поступить с выхода усилительного узла 16 на триггерный узел 19.
При срабатывании реле 14 его замыкающимися контактами (не показанными на чертеже) дается команда на подачу исследуемого образца под удар либо на выпуск ножа (бивня) ротора - в системах с неподвижно закрепляемым образцом.
Рецептор 4, реагируя на прохождение мимо него элемента 29, расположенного на второй дорожке магнитного носителя 3, не реагирует на прохождение ферромагнитных элементов 30, 31.
К моменту прохождения элемента 30 мимо магнитного зазора второго рецептора 5 ключевой узел 18 оказывается открытым и наводимый в обмотке рецептора 5 импульсный сигнал после усиления узлом 16 проходит через открытый ключевой узел 18 на бинарный вход триггера 19, вызывая переход последнего в другое устойчивое состояние, при котором с выхода триггерного узла 19 на первый функциональный вход схемы совпадения 23 поступает разрешающий потенциал (вместо исходного запрещающего). Однако состояние последующего триггерного узла 20, реагирующего благодаря поляроизбирательному действию схемы связи триггеров 19, 20 лишь на появление на нижнем (по фиг. 1) выходе триггера 19 запрещающего потенциала, - состояние триггера 20 при первом перебросе триггера 19 не изменится и на оба функциональных входа схемы совпадения 23 после наведения элементов 30 в рецепторе 5 импульсного сигнала будут поступать два разрешающих потенциала.
При этом на управляющий вход второго ключевого узла 24 с выхода схемы совпадения 23 также поступит разрешающий потенциал, открывающий узел 24 для прохождения через него периодических импульсных посылок с выхода импульсного генератора 25.
В результате отпирания ключевого узла 24 разрешающим потенциалом с выхода схемы совпадения 23 периодические импульсные посылки генератора 25 проходят через узел 24 и средний контакт секции 13 функционального переключателя 10-13 на вход усилителя 26. Затем усиленная узлом 26 периодическая последовательность импульсов напряжения с выхода узла 26 через средний контакт секции 12 функционального переключателя подается на обмотку универсальной магнитной головки 6.
Расстановка элементов 29 и 30 на кромке диамагнитного диска 1 (под носителем 3) производится с таким расчетом, чтобы моменты отпирания ключевых узлов 18 и 24 несколько предшествовали началу взаимодействия ножа или бивня коперной установки с исследуемым объектом (средой).
Таким образом, периодическая последовательность импульсных сигналов, поступающих при среднем положении переключателя 10-13 на обмотку универсального магнитного элемента 6 с выхода усилительного узла 26, после прохождения элемента 30 мимо зазора рецептора 5 начнет осуществлять регистрацию (запись) на магнитном носителе 3 меток, время следования которых при записи определяется соответствующей установкой генератора 25, в то время как интервал их фиксации (линейное расстояние между зафиксированными метками) вдоль магнитного носителя 3 определяется средней скоростью ротора 2 коперной установки в промежутке между каждыми двумя смежными импульсами, проходящими с выхода генератора 25 через ключевой узел 24 и усилительный узел 26 на универсальный магнитный элемент 6.
В процессе прохождения рабочей части ротора копра через исследуемую среду - при рассекающем воздействии копра, как и в процессе преодоления копром сопротивления исследуемого образца ударному растяжению и разрыву расстояние между фиксируемыми на носителе 3 магнитной головкой 6 метками будет изменяться в строгом соответствии с вариацией угловой скорости ротора копра в ходе испытания и разрушения исследуемого объекта.
В момент времени, отвечающий прохождению ферромагнитного элемента 31 мимо зазора магнитного рецептора 5, с обмотки последнего на вход усилительного узла 16 поступит импульс напряжения, который после усиления и прохождения через открытый ключевой узел 18 попадает на бинарный вход триггера 19, вызывая его новое опрокидывание, в результате которого с несимметричного выхода триггера 19 на первый функциональный вход схемы совпадения 23 поступит запрещающий потенциал, а последующий триггер 20 также перейдет в новое устойчивое состояние, при котором с несимметричного выхода триггера 20 на второй функциональный вход схемы совпадения 23 (так же, как и на первый функциональный вход узла 23) поступит запрещающий потенциал.
Вследствие этого после прохождения элемента 31 мимо входного зазора рецептора 5 с выхода схемы совпадения 23 на вход ключевого узла 24 будет подан запрещающий потенциал, который закроет узел 24, прервав прохождение через него периодических импульсов с выхода генератора 25 на реверсируемый усилитель 26 и далее на универсальный магнитный элемент 6.
Нетрудно убедиться, что при последующих - после ударного растяжения и разрыва образца - вращениях ротора 2 копра положение триггера 9 не изменится (независимо от того нажата кнопка 7 или нет), а триггер 19 при каждых новых прохождениях ферромагнитных элементов 30 и 31 мимо рецептора 5 будет изменять свое устойчивое состояние, что однако не отразится на последующем состоянии триггера 20, который после единственного опрокидывания, вызванного первичным прохождением ферромагнитного элемента 31 мимо рецептора 5, остается в неизменяющемся положении, когда с несимметричного выхода триггера 20 на второй функциональный вход схемы совпадения 23 подается запрещающий потенциал.
Таким образом, устройством обеспечивается однократная разовая шифрованная запись исследуемого процесса ударного растяжения и разрыва испытуемого изделия (образца) при полном исключении возможности регистрации побочных сигналов, связанных с последующими - после разрыва образца - вращениями ротора копра и возможными остаточными взаимодействиями рабочей части копра с неудаленными или случайно попавшими в рабочую зону остатками изделия.
Такая селективная регистрация элементом 6 на кольце носителя 3 процесса прохождения рабочего органа копра через исследуемую среду - при рассекающем воздействии копра - или процесса ударного растяжения образца - при импульсном разрыве изделия, а также автоматическая блокировка цепей системы и исключение ею регистрации каких-либо мешающих и побочных элементов обусловлены тем, что несмотря на чередующееся при вращении ротора копра 2 изменение состояния триггера 19, выдающего схеме совпадения 23 серию разрешающих и запрещающих сигналов, после нажатия кнопки 22 существует лишь единственный интервал времени - между моментами прохождения мимо рецептора 5 ферромагнитных элементов 30 и 31, - когда с несимметричных выходов триггеров 19 и 20 на оба функциональных входа схемы совпадения 23 одновременно поступают разрешающие потенциалы, обусловливающие отпирание лишь в указанный временной интервал ключевого узла 24 для прохождения через усилитель 26 на регистрирующий элемент 6 импульсных посылок с генераторного узла 25.
Поскольку периодическая последовательность импульсов, выдаваемых генераторным узлом 25, обеспечивает при фиксированной настройке этого генератора определенный временной интервал повторения импульсных сигналов, который при равномерном вращении ротора копра 2 обеспечивает на магнитном носителе 3 равноинтервальный разнос регистрируемых меток, расстояние между которыми пропорционально угловой скорости вращения диска ротора копра, то в процессе рассекающего воздействия ножа ротора на исследуемую среду, как и в процессе преодоления бивнем копра сопротивления исследуемого образца при ударном растяжении и разрыве этого образца, расстояния между регистрируемыми головкой 6 на магнитном носителе 3 метками будет отражать изменение скорости ротора в различных фазах (стадиях) импульсно фиксируемого процесса разрушения.
Зарегистрированный на кольце носителя 3 процесс импульсного рассечения рабочей частью копра исследуемой среды (массы, тела), как и процесс ударного разрыва испытуемого образца, могут быть с помощью рассматриваемого устройства многократно графически воспроизведены в произвольных линейных масштабах на экране электроннолучевого осциллографа.
Для визуального воспроизведения ранее зарегистрированного процесса ударного разрушения - как при ограниченном, так и при распределенном в пространстве ударе - функциональный переключатель 10, 11, 12, 13 устанавливают в правое положение, показанное на схеме устройства.
После разгона ротора копра 2 до равномерного вращения нажимают последовательно кнопки 22 и 7. При этом триггеры 9, 19 и 20 ориентируются в исходном положении, аналогичном таковому перед процессом регистрации: запрещающий потенциал с несимметричного выхода триггера 9 закрывает ключевой узел 18; с выхода триггера 19 на первый функциональный вход схемы совпадения 23 поступает запрещающий потенциал, в то время как с выхода триггера 20 на второй функциональный вход схемы совпадения 23 подается разрешающий потенциал, в результате чего ключевой узел 24 оказывается запертым запрещающим потенциалом, поступающим на манипулируемый вход узла 24 с выхода схемы совпадения 23.
После нажатия кнопки 7 первое же прохождение ферромагнитного элемента 29 мимо рецептора 4 вызовет на входе усилительного узла 8 импульс напряжения, который после усиления повлечет за собой опрокидывание триггера 9. Запрещающий потенциал, подававшийся ранее с выхода триггера 9 на манипуляторный вход ключевого узла 18, сменится при этом разрешающим потенциалом, открывающим узел 18.
В данном случае, в отличие от рассмотренного выше случая регистрации процесса ударного разрушения, при опрокидывании триггера 9 поляризованное реле 14 не изменяет своего состояния, поскольку цепь связи первой обмотки этого реле с выходом триггера 9 разорвана секцией 10 функционального переключателя 10-13.
При прохождении элемента 30 мимо рецептора 5 возникающий на выходной обмотке рецептора 5 импульс напряжения усиливается узлом 16 и с выхода этого узла параллельно поступает как на вход синхронизации горизонтальной развертки электронного осциллографа 17, так и через открытый ключевой узел 18 на бинарный вход триггера 19, который переходит в новое устойчивое состояние, выдавая разрешающий потенциал со своего выхода на первый функциональный вход схемы совпадения 23, а также давая импульс на схему подсветки и запуска ждущей развертки осциллографа 17 (соответствующая связь несимметричного выхода триггера 19 с осциллографом 17 показана на схеме фиг. 1 пунктирной линией).
Как видно из схемы описываемого устройства, вход ждущей развертки электроннолучевого осциллографа 17 при работе системы в режиме визуального воспроизведения зарегистрированных функциональных зависимостей V = F(Δl), V = F'(t) может быть также связан с несимметричным выходом триггера 20 (также пунктирная линия), вход которого, переводимый секцией 11 переключателя 10-13 в схему бинарного запуска, соединен с выходным плечом триггера 19.
Таким образом, при любом из указанных видов связей узлов 16, 19 или 20 с системой синхронизации периодической развертки или системой запуска ждущей развертки электроннолучевого осциллографа 17, смена циклов горизонтального смещения луча осциллографа будет происходить синхронно со вращением диска ротора копра 2.
В ходе равномерного вращения диска ротора 2 в рассматриваемом режиме воспроизведения характера изменения мгновенной скорости перемещения ножа копра в исследуемом объекте в зависимости от пройденного расстояния и времени (то есть, при правом положении переключателя 10-13) дискретные метки, ранее зафиксированные на магнитном кольцевом носителе 3 в процессе ударного разрушения образца, будут теперь наводить в обмотке рецепторного элемента 6 импульсные сигналы, линейная дистанция между которыми строго пропорциональна значениям скорости перемещения фронта взаимодействия рабочего органа копра и исследованного объекта в процессе ранее проведенных ударных испытаний.
Совокупность (последовательность) снимаемых рецептором 6 с магнитного носителя 3 в ходе равномерного вращения диска ротора 2 импульсных посылок, временная дистанция между которыми варьируется в строгом соответствии с ранее изменявшимся значением скорости ротора копра при ударе в интервалах между каждой парой смежных маркерных сигналов, выданных импульсным генератором 25, поступает с выхода рецепторного элемента 6 через замкнутые контакты секции 13 функционального переключателя 10-13 на вход реверсного усилителя 26, с выхода которого усиленная последовательность непериодических импульсов через замкнутые контакты секции 12 функционального переключателя поступает на вход релаксаторного узла 27, формирующего линейно изменяющийся импульсный сигнал - пилообразные импульсы, высота которых изменяется пропорционально временному интервалу между каждой парой смежных импульсных посылок, поступающих на вход релаксаторного узла 27.
При этом в течение каждого оборота диска ротора копра 2 и, соответственно, при каждом обороте диамагнитного диска 1 с носителем 3 на вертикальный вход осциллографа 17 с выхода релаксаторного узла 27 будет поступать совокупность изменяющихся по высоте (уровню) и частоте повторения пилообразных импульсов, огибающая вершин которых на экране осциллографа отражает воспроизводимую зависимость от величины деформации образца Δl скорости V протекания процесса разрушения, то есть функцию Fl = V(Δl) при одновременном присутствии на воспроизводимой диаграмме меток времени, позволяющих воссоздать хронологию протекания процесса ударного разрушения испытанного образца в произвольных линейных - амплитудном и временном - масштабах |F2 = V(t)|.
Конфигурация таких диаграмм, воспроизводимых на экране электроннолучевого осциллографа 17 при его работе в режимах как периодической, так и ждущей разверток по горизонтальной оси, приведена на фиг. 2, где представлены кривые, которые иллюстрируют графики V = F(Δl,t) при импульсном разрушении различных объектов.
При воспроизведении на экране электроннолучевой трубки осциллографа 17 диаграмм импульсного разрушения усиленные реверсным усилителем 26 остроконечные импульсы параллельно с подачей на вход управляемого релаксационного узла 27 поступают также на вход делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления - 32. Выходные сигналы делителя частоты 32 после прохождения через дифференцирующий узел 33 поступают на модулятор яркости электроннолучевого индикатора осциллографа 17, обеспечивая подсветку воспроизводимой диаграммы в точках, лежащих как на огибающей диаграммы, образованной вершинами пилообразных импульсов заполняющего диаграмму сигнала, так и на оси абсцисс (оси Δl) диаграммы.
Яркостные метки на огибающей воспроизводимой осциллограммы и на ее горизонтальной оси смещены относительно друг друга по оси Δl на различные отрезки, соответствуя при этом границам равных временных интервалов, протекавших в процессе регистрации диаграммы импульсного разрушения.
Изменением преобразовательного коэффициента делителя частоты 32 обеспечивается оперативное варьирование масштаба временных меток на совмещенной диаграмме V = F(Δl,t) без влияния на другие линейные масштабы диаграммы, которые могут взаимонезависимо и плавно регулироваться в широких пределах.
Из результирующих диаграмм, представленных на фиг. 2,а,б,в и отвечающих различным условиям испытания материалов соответственно с жесткими, ограниченно упругими и эластично-мягкими механическими свойствами, видно, что получаемые с помощью заявляемого способа и осуществляющего его устройства кривые представляют собой универсальные совмещенные зависимости V = F(Δl,t), позволяющие всесторонне исследовать как характер распространения и развития процесса деформации и разрушения образцов материалов и конструкций, так и картину распределения плотности и прочностных свойств различных объектов и сред при распределенном в пространстве и времени процессе ударного разрушения.
Показанным на диаграммах фиг. 2,б,в текущим значениям деформации исследуемых образцов - Δl2,Δl3,...,Δl5,...,Δl8,..., соответствуют значения временного аргумента - t2, t3, ..., t5, ..., t8, ..., а также текущие значения мгновенной скорости (V) протекания процесса деформации - V2, ..., V4, ..., V6, . . ., V8, ..., которые представляют собой на диаграммах V(Δl,t) высоты вписанной в результирующую кривую V(Δl,t) совокупности подобных друг другу прямоугольных треугольников.
Должно быть совершенно очевидно при этом, что величины Δl и V, отвечающие текущим значениям параметров абсолютной деформации и скорости ее распространения при испытании на импульсное растяжение и разрыв жестких и упругих компактных объектов, в случаях исследования на сопротивление рассечению распределенных в пространстве объектов (сред) будут соответствовать мгновенным пространственным положениям фронта взаимодействия рабочего органа копра с испытуемой средой, а также мгновенным значениям скорости перемещения фронта взаимодействия режущей части копра с объектом в различных стадиях и фазах процесса рассечения рабочим органом копра исследуемого объемного объекта (среды).
Поскольку фиксация степени деформации образца, а также регистрация положения (координат) фронта взаимодействия рабочего органа копра с исследуемым объектом (средой) и фиксация соответствующих значений скорости развития процесса ударного разрушения осуществляются через интервалы времени, задаваемые генераторным узлом 25, и ввиду того, что импульсы выдаваемые управляемым релаксаторным узлом 27 и поступающие через делитель частоты с регулируемым коэффициентом деления 32 и дифференцирующий узел 33 на яркостно-модулирующий электрод электроннолучевого индикатора осциллографа 17, имеют частоты повторения, которые во всех режимах регистрации кратны или равны частоте заполняющего диаграмму V(Δl,t) пилообразного сигнала, то нетрудно увидеть, что яркостные метки - как лежащие на огибающей кривой воспроизводимой совмещенной диаграммы, так и лежащие внутри этой диаграммы - на наклонно-восходящих прямых заполняющего диаграмму пилообразного напряжения, будут при любой частоте следования временных меток строго фиксированы относительно заполняющих элементов диаграммы и ее результирующей кривой, что обеспечивает максимальную четкость воспроизведения зарегистрированных зависимостей и удобство считывания фиксируемых на экране результатов.
Изобретение относится к методам и средствам контроля, применяемым для исследования поведения и свойств образцов изделий и материалов в процессе ударных испытаний их структурных характеристик и прочностных параметров. Предложенный способ заключается в том, что на синхронно вращающемся с ротором копра магнитном кольце через равные интервалы времени записывают импульсы до окончания ударного взаимодействия копра с изделием. После этого равномерно вращают магнитное кольцо и считывают записанные импульсы, получают временные интервалы между каждой парой последовательно считанных импульсов, преобразуют их в значения скорости и представляют графически как функцию времени и перемещения фронта взаимодействия копра с изделием. Устройство, реализующее способ, содержит блок регистрации с кольцевым носителем информации, выполненным в виде магнитной ленты, синхронно вращающимся с ротором копра, блок управления, коммутатор, электронно-лучевой осциллограф, два рецептора считывания, рецептор записи, стирания и воспроизведения, генератор импульсов, преобразователь частоты и генератор пилообразного напряжения. Данное изобретение направлено на расширение функциональных и оперативно-технических возможностей существующих аналогичных методов и средств с обеспечением возможности регистрации и воспроизведения зависимости перемещения фронта взаимодействия копра с изделием от времени. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.
