СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ МЯГКИХ КОМПОЗИТОВ Российский патент 2005 года по МПК G01N33/36 

Описание патента на изобретение RU2265214C2

Изобретение относится к способу измерения напряженно-деформированного состояния (НДС) мягких композитов, например, текстильных трикотажных и других волокнистых материалов.

Известно устройство (пат. РФ кл. G 01 N 33/38, №2077718, 1994 г.) для исследования деформационных свойств плоских волокнистых материалов, содержащее шпиндель нагружения, механизм его возвратно-поступательного движения, двуплечий рычаг, качающийся на оси сельсин-датчик, тонкостенное колечко с тензодатчиками для измерения релаксации напряжения.

Недостатком этого устройства и способа, на котором оно базируется, следует считать измерительное воздействие шпинделя на объект исследования, что искажает характер релаксации напряжения, так как сопровождается релаксацией деформации материала, что вносит не только значительную погрешность в результаты измерения, но и в принципе не позволяет определять релаксацию напряжения при фиксированной деформации.

Известно устройство (А.С. СССР кл. G 01 N 33/36 №1366945, 1986 г. - прототип) для испытания швейных материалов при их влажно-тепловой обработке, содержащее камеру с создаваемой в ней паровоздушной средой и контролем температуры, систему предварительного задания деформации и натяжения объекту исследования с элементами измерения и регистрации этих параметров во времени посредством реохорда и тензометрической аппаратуры.

Недостатком этого способа и устройства, созданного на его базе, является измерительное воздействие тензобалки на образец при измерении релаксации напряжения, что влияет на характер напряженно-деформированного состояния материала, а использование тензобалки, деформируемой при нагружении образца, не позволяет обеспечить фиксированное положение обоих зажимов, так как один из них в процессе релаксации напряжения остается подвижным.

Технической задачей изобретения является расширение исследовательских возможностей способа и повышение точности измерения релаксации напряжения мягких композитов при их фиксированной деформации.

Поставленная задача решается тем, что образец мягкого композита в двух зажимах помещают в тепловую камеру и деформируют на заданную величину, затем со стороны одного зажима, установленного и зафиксированного на резонаторной пластине генератора механических колебаний, одновременно создают образцу поперечные колебания звуковой частоты и тепловое воздействие паровоздушной средой, и по измеренным значениям параметров колебаний другого зажима образца, установленного на упругом основании, рассчитывают посредством микропроцессора кинетику релаксации напряжения при фиксированной деформации.

На фиг.1 показана схема измерения релаксации напряжения образца при постоянной деформации; на фиг.2 - результаты экспериментальной апробации способа.

Рассмотрим теоретические обоснование зависимости фазовой скорости распространения поперечной волны в исследуемой среде (образце композита) от релаксации напряжения при фиксированной ее деформации.

Уравнение плоской поперечной волны в однородной непоглащаемой среде имеет вид

S=Asin(ωt-кх+ϕ0),

где S - физическая величина, которая характеризует возмущение, распространяющееся в среде с фазовой скоростью (V), А - амплитуда колебаний; к - волновая частота; ω - круговая частота колебаний; х - координата среды; ϕ0 - начальная фаза колебаний.

В случае воздействия на один из зажимов образца генератора механических колебаний и генерации плоской поперечной волны из условия ωt-кх+ϕ0=const, следует, что, преобразуя это выражение относительно параметра х и дифференцируя полученное соотношение по времени, получим

где V - фазовая скорость распространения поперечной волны.

Фазовая скорость распространения поперечной волны вдоль образца определяется / Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1985. - С.282-285) по формуле:

где Р - сила натяжения образца; ρ и F - соответственно плотность материала образца и площадь его поперечного сечения.

При допущении того, что

Отсюда следует, что если изменяется модуль упругости (Е) среды при постоянной ее плотности (ρ) и деформации (ε), то происходит релаксация напряжения [σ(t)], характер которой теоретически описывается уравнением Кольрауша - Слонимского (Клименко А.Я. и др. Исследование релаксационных свойств тканей некоторых структур. // Изв. Вузов. Техн. легкой про-сти. №5, 1977. - с.51-55).

где σ(t) - напряжение в фиксируемый момент времени t; σ - равновесное напряжение; σ0 - релаксируемое напряжение; а и к1 - константы, характеризующие физико-механические свойства мягкого композита и действия внешних факторов.

В соответствии с релаксацией напряжения [σ(t)] исследуемого образца изменяется фазовая скорость распространения волны в среде, передающей колебания, что является достаточным обоснованием возможности использования волновых процессов для исследования НДС мягких композитов.

Таким образом, методика измерения релаксации напряжения при постоянной деформации сводится к следующему:

- экспериментальным и соответственно расчетным путем определяются зависимости деформации (ε) и напряжение (σ) от нагрузки, т.е. [ε=f(P)] и [σ=f(P)];

- варьируя значением деформации при ранее выбранных значениях нагрузки, экспериментально определяется зависимость фазовой скорости распространения волны V от деформации образца, т.е. [V=f(ε)];

- по полученным расчетным [σ=f(P)] и экспериментально определенным зависимостям [V=f(ε)] строится тарировочная характеристика [V=f(σ)];

- экспериментально при действии на один из зажимов деформированного образца поперечных колебаний определяют кинетику изменения фазовой скорости [V=f(t)] колебаний второго зажима, а по тарарировочной характеристике V=f(σ) определяют релаксацию напряжения σ(t) в образце с фиксированной деформацией при действии паровоздушной среды.

Технически способ реализуется следующим образом.

Предварительно для определенного вида и артикула материала, прошедшего декатировку (усадку) посредством нагрузочного устройства 5, строится оцифрованная шкала соответствия «величина нагружения - деформация». (В качестве нагрузки могут быть использованы весовые гири). Затем этот же образец 1 подвергают усадке, или можно использовать другой образец таких же параметров из того же вида материала, фиксируется в зажимах 2 и 3 и помещается в камеру 4, выполненную с возможностью регулирования и контроля параметров паровоздушной среды. Под действием нагрузочного устройства 5 один из зажимов перемещают, деформируя образец на заданную величину (в данном конкретном примере деформация составляла 6%, хотя деформация может быть значительно большей, особенно для трикотажной группы материалов). Величину деформации и нагрузку определяют по предварительно тарированным и оцифрованным шкалам 6 и 7. После деформации образца на заданную величину через штуцер 8 подают в тепловую камеру 4 паровоздушную среду в диапазоне 110...170°С, и начинается процесс релаксации напряжения образца при его фиксированной деформации (для конкретно рассматриваемого примера температура паровоздушной среды составляла 120°С). Однако проведение исследований возможно и при другом диапазоне температур.

Одновременно с подачей в тепловую камеру паровоздушной среды включают генератор звуковой частоты 9 (звуковая частота в данном конкретном примере составляла 28 Гц - первая резонансная частота для материала пальтовой группы тканей - артикул 4619) и входной вибросигнал, пройдя через усилитель 10, поступает на генератор механических колебаний 11, на резонаторной пластине 12 которого закреплен зажим 2 с образцом композита. Механические колебания зажима 2 и образца композита 1, выполняющего функции исследуемого объекта и передаточного звена, трансформируются в колебания зажима 3, установленного на упругой пластине 13, параметры которой выбираются по условиям максимальной чувствительности измерительной схемы.

В ходе процесса при постоянной деформации изменяется модуль упругости образца и, соответственно, его напряжение, что ведет к изменению параметров колебаний зажима 3 и упругой пластины 13. Параметры колебаний упругого элемента 13 воспринимаются вибродатчиком 14, сигналы которого поступают в вибропреобразовательный блок 15 и для дальнейшего расчета параметров, характеризующих релаксацию напряжений, в вычислительный блок 16 до завершения процесса, фактом чего является его установившееся состояние (σ) (см. фиг.2).

Похожие патенты RU2265214C2

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕТИКИ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЛЕГКОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 2008
  • Старкова Галина Петровна
  • Шеромова Ирина Александровна
  • Дремлюга Ольга Александровна
  • Железняков Александр Семенович
RU2392615C2
СПОСОБ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЛЕГКОДЕФОРМИРУЕМЫХ ВОЛОКНИСТО-СОДЕРЖАЩИХ КОМПОЗИТОВ 2006
  • Железняков Александр Семенович
  • Старкова Галина Петровна
  • Шеромова Ирина Александровна
  • Жихарев Александр Павлович
RU2321848C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ ЛЕГКОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ФИКСИРОВАННОЙ ДЕФОРМАЦИИ 2008
  • Старкова Галина Петровна
  • Слесарчук Ирина Анатольевна
  • Шеромова Ирина Александровна
  • Кушнарева Виктория Алексеевна
  • Железняков Александр Семенович
RU2384843C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕТИКИ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЛЕГКОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ФИКСИРОВАННОЙ ДЕФОРМАЦИИ 2009
  • Старкова Галина Петровна
  • Данилов Александр Александрович
  • Слесарчук Ирина Анатольевна
  • Железняков Александр Семенович
RU2399913C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ФИКСИРОВАННОЙ ДЕФОРМАЦИИ 2005
  • Старкова Галина Петровна
  • Железняков Александр Семенович
  • Шандаров Алексей Сергеевич
  • Шеромова Ирина Александровна
RU2306561C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ ЭЛАСТОМЕРОВ 2008
  • Ивановский Василий Андреевич
RU2357236C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИОННО-РЕЛАКСАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛЕГКОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 2004
  • Старкова Г.П.
  • Семянников А.Г.
  • Суслова М.Б.
  • Железняков А.С.
RU2266540C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ НАГРУЖЕННОГО МАТЕРИАЛА И РЕСУРСА РАБОТОСПОСОБНОСТИ 1997
  • Волков Н.И.
  • Коннов В.В.
  • Романченков В.П.
RU2139515C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ ЭЛАСТОМЕРОВ 1998
  • Ивановский В.А.
  • Зеленев Ю.В.
  • Отмахова Т.В.
  • Григорьев В.В.
RU2168167C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЛАКСАЦИОННЫХ СВОЙСТВ КОЖИ И ПОДОБНЫХ ЕЙ ГИБКИХ МАТЕРИАЛОВ 2001
  • Бурмистров А.Г.
RU2210753C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 265 214 C2

Реферат патента 2005 года СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ МЯГКИХ КОМПОЗИТОВ

Использование: для измерения релаксации напряжения мягких композитов. Сущность: заключается в том, что образцы мягких композитов помещают в тепловую камеру и деформируют на заданную величину. Затем со стороны одного зажима, установленного и зафиксированного на резонаторной пластине генератора механических колебаний, образцу одновременно создают поперечные колебания звуковой частоты и тепловое воздействие паровоздушной средой, и по измеренным значениям системы параметров колебаний другого зажима образца, установленного на упругом основании, рассчитывают посредством микропроцессора кинетику релаксации напряжения. Технический результат: расширение исследовательских возможностей способа и повышение точности измерения релаксации напряжения мягких композитов при их фиксированной деформации. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 265 214 C2

Способ измерения релаксации напряжения мягких композитов при постоянной деформации, заключающийся в определении физических параметров состояния материалов, характеризующих кинетику процесса, отличающийся тем, что образец мягкого композита в двух зажимах помещают в тепловую камеру и деформируют на заданную величину, затем со стороны одного зажима, установленного и зафиксированного на резонаторной пластине генератора механических колебаний, одновременно создают образцу поперечные колебания звуковой частоты и тепловое воздействие паровоздушной средой и по измеренным значениям параметров колебаний другого зажима образца, установленного на упругом основании, рассчитывают посредством микропроцессора кинетику релаксации напряжения при фиксированной деформации.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2265214C2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПЛОСКИХ ВОЛОКНО-СОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 1994
  • Виноградов Б.А.
  • Садовский В.В.
  • Станийчук А.В.
RU2077718C1
Устройство для испытания швейных материалов при влажно-тепловой обработке 1986
  • Бузов Борис Александрович
  • Бондарев Александр Алексеевич
  • Петропавловский Дмитрий Георгиевич
SU1366945A1
Способ испытаний материалов при циклическом растяжении-сжатии 1981
  • Умушкин Борис Петрович
  • Попов Алексей Геннадьевич
  • Белов Геннадий Петрович
SU962791A1
МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ 0
  • Д. Ф. Каган, А. Г. Шахнарович, Н. А. Перлова, Л. Д. Белкин,
  • А. И. Ломов А. М. Гринман
SU234722A1

RU 2 265 214 C2

Авторы

Железняков А.С.

Беличенко К.К.

Мишаков В.Ю.

Даты

2005-11-27Публикация

2003-06-24Подача