СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК G01N33/36 

Изобретение относится к способу измерения напряженно-деформированного состояния (НДС) легкодеформируемых материалов сетчатой структуры (например, текстильных и трикотажных полотен) при их контактном взаимодействии с рабочими органами технологического оборудования.

Известно устройство измерения НДС материалов, основанное на использовании оптических методов оценки параметров деформации (а.с. СССР МКИ кл. G 01 N 33/36, G 01 В 5/00, №1583841, 1988 г.), содержащее измерительный узел со стрелочным указателем, наклонное зеркало на каретке и диоптрический окуляр, установленный над наклонным зеркалом.

Недостатком этого устройства и заложенного в нем способа измерения следует считать разрушающий метод подготовки образцов для исследования, а также невозможность измерения их деформации при непосредственном взаимодействии с движущимися рабочими органами технологического оборудования, функционирующего в номинальном режиме эксплуатации.

Цель изобретения создание технологических и инструментальных возможностей измерения напряженно-деформированного состояния движущихся длинномерных легкодеформируемых материалов сетчатой структуры.

Поставленная цель достигается тем, что обеспечивают синхронизацию частоты (ξ) работы строботахометра с линейной скоростью движения материала, а по наблюдаемому стробоскопическому эффекту и предварительно установленной зависимости ξ=ƒ(Т) рассчитывают посредством микропроцессора натяжение (Т) для каждого вида материала, а затем по зависимости ξ=ƒ(Т) определяют его деформацию.

Рассмотрим теоретические предпосылки изменения сетчатой структуры легкодеформируемых материалов под действием внешних сил и возможность оценки их напряженно-деформированного состояния по измерениям геометрических параметров переплетений.

На фиг.1 показан условный продольный разрез текстильного материала полотняного переплетения. При допущении, что на уровне макроструктурных изменений в материале радиусы нитей утка (r_у) и основы (r₀) постоянны, изменения раппорта переплетения h будут находиться в пределах

2(r_y+r₀)<h≤AB. (1)

При одноосном растяжении материала с учетом принятых допущений, когда рассматривается макроструктурная составляющая деформации, длина линии АВ постоянна, а параметр h изменяется при внешнем силовом воздействии. Изменение раппорта переплетения h и является информативным параметром для измерении напряженно-деформированного состояния материала.

Если для определения деформации элементов сетчатой структуры материала под действием статической нагрузки достаточно использовать систему оптического увеличения раппорта переплетения и визуальный метод оценки его изменения по шкале микроскопа, то для исследований НДС движущегося материала в номинальном режиме работы оборудования необходимы дополнительные аппаратные средства для измерения перемещения элементов структуры. В частности, для решения этой задачи необходимо технически обеспечить возможность наблюдения условно неподвижного состояния движущихся элементов структуры материала. Это достигается посредством стробоскопического эффекта, основанного на определении синхронизирующей частоты работы импульсной лампы строботахометра с линейной скоростью движения материала.

Рассмотрим теоретические обоснования применимости этого способа для исследования НДС материала. Дополнительно введем обозначения: h₀ - раппорт (шаг) переплетения материала в недеформированном состоянии; h_i - шаг переплетения материала в i-м напряженно-деформированном состоянии; ξ₀ - синхронизирующая частота строботахометра, соответствующая раппорту h₀; V₀ - скорость движения материала; τ₀ - время перемещения раппорта переплетения на один шаг.

Запишем действующие соотношения введенных параметров:

Таким образом, если определить размер раппорта переплетения материала в недеформированном (свободном) состоянии применительно к тому или иному артикулу и синхронизировать по нему работу строботахометра, то частота синхронизации при заданной скорости V₀ может служить информативным параметром НДС для этого вида материала. В связи с этим если приложить к образцу силовое воздействие T₁ неизвестной величины, то по частоте стробоскопического эффекта можно определить измененный параметр раппорта материала h₁ и его деформацию, т. е. h₁=V₀/ξ₁. Тогда

Если определить ξ₀ и для различных величин натяжения - ξ₁, то, построив график зависимости ξ=ƒ(T) для того или иного артикула материала, а затем зная ε=ϕ(T), можно определить деформацию материала.

Отсюда следует, что если измерение базовой величины h₀ и переменного значения h_i выполняется на одном и том же оборудовании и при постоянной скорости движения материала, то теоретически эту скорость знать совсем не обязательно. В этом случае достаточно определить синхронизирующую частоту строботахометра ξ₁, а затем, зная исходное значение ξ₀, по выражению (3) можно определить ε₁.

Чтобы пересчитать параметр ξ₀ для недеформированного материала на другую скорость его движения необходимо преобразование вида

где ξ₁ - новое значение синхронизирующей частоты стробоскопа для другой скорости движения материала V₁.

Таким образом, способ определения натяжения материала Т по значению стробоскопической частоты сводится к следующему:

- предварительно посредством диоптрического элемента определяют исходный параметр раппорта переплетения h₀ для материалов различных артикулов и синхронизирующую частоту строботахометра ξ₀ для известной скорости движения V₀ соответствующего вида материала;

- измеряют синхронизирующую частоту ξ₁ для 2-го напряженно-деформированного состояния материала, движущегося с той же скоростью;

- по тарировочной характеристике ξ=ƒ(T) определяют натяжение материала при его контактном взаимодействии с рабочими органами технологического оборудования;

- по тарировочному графику ε=ƒ(Т) определяют относительную деформацию материала в зоне его обработки.

Технически способ реализуется следующим образом. При движении материала и действии на него силового поля со стороны рабочих органов технологического оборудования происходит деформация соответствующего участка полотна. При этом генератор строботахометра 1 (см. фиг.2) непрерывно или дискретно в программно задаваемом режиме изменяет частоту работы импульсной лампы 2. При совпадении частоты генерации строботахометра со скоростью движения материала устанавливается видимое метастабильное изображение измененной структуры переплетения с возможностью его наблюдения через диоптрический элемент 3, распознаваемое посредством чувствительной системы 4 оптоэлектронных элементов.

Как только наступает видимое явление стробоскопического эффекта, формируется соответствующее физическое состояние определенного набора оптоэлектронных элементов чувствительной системы 4 и формируется команда управления строботахометром 1 и блоком сопряжения 5, передающим в реальном масштабе времени зафиксированное численное значение частоты синхронизации в микропроцессор 6. В вычислительном блоке 6 по соответствующей функции и алгоритму определяются параметры НДС материала.

Способ измерения напряженно-деформированного состояния движущихся текстильных материалов заключается в использовании импульсной лампы для наблюдения через диоптрический элемент движущегося деформированного материала и распознавания деформаций с помощью чувствительных элементов. При этом обеспечивают синхронизацию частоты (ξ), задаваемой строботахометром импульсной лампы, с линейной скоростью движения материала и по наблюдаемому стробоскопическому эффекту и предварительно установленной зависимости ξ=f(T) рассчитывают посредством микропроцессора натяжение (T) для каждого вида материала, а затем по зависимости ε=f(Т) определяют его деформацию (ε). Технический результат – создание технологических и инструментальных возможностей измерения напряженно-деформированного состояния движущихся длинномерных легкодеформируемых материалов сетчатой структуры. 2 ил.

Способ измерения напряженно-деформированного состояния движущихся текстильных материалов, заключающийся в использовании импульсной лампы для наблюдения через диоптрический элемент движущегося деформированного материала и распознавания деформаций, с помощью чувствительных элементов, отличающийся тем, что обеспечивают синхронизацию частоты (ξ) задаваемой строботахометром импульсной лампы с линейной скоростью движения материала, а по наблюдаемому стробоскопическому эффекту и предварительно установленной зависимости ξ = f (T) рассчитывают посредством микропроцессора натяжение (T) для каждого вида материала, а затем по зависимости ε = f(Т) определяют его деформацию (ε).