Способ определения динамического модуля Юнга материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к исследо ванию упругих констант твердых материалов, а именно к способам определения динамического модуля Юнг Известен способ определения линамического модуля Юнга материалов заключаюдийся в возбуждении высоко частотных продольных колебаний сте невой колебательной системы, образованной образцом в виде стержня и соединеннымис его торцами пьезоэлектрическими возбудителем и прием ником колебаний, и измерении резонансной частоты 1. Недостатками этого способа явля ются сложность получения образца и указанных пьезоэлементов с равными резонансными частотами, повышенные требования к качеству их склейки, относительно узкий температурный диапазон исследования. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения динамического модуля Юнга материалов, заключающийся в том, что образец в виде стержня подвешивают в узлах колебаний на нитях к вибровозбудителю и виброизмерительному преобразователю возбуждают резонансные изгибные колебания образца, измеряют резонан мую частоту и рассчитывают по ней динамический модуль Юнга 2. Этот способ обеспечивает достаточно высокую точность при определени динамического модуля Юнга на стандартных образцах (стандартными принято считать такие образцы, у которых отношение поперечного размера к длине не более 1:10). При использовании же нестандартных образцов значительно увеличивается ошибка определения динаглического модуля Юнга. Кроме того, недостатком извес ного способа является большой расход подлежащих исследованию дорогостоящих материалов на изготовление длинного стандартного образца Целью изобретения является повы шение точности определения динамического модуля Юнга на нестандартных образцах исследуемых материало и снижение расхода дорогостоящих материалов. Эта цель достигается тем, что со ласно способу определения динамического модуля Юнга материалов, зак лючающемуся в том, что образец в виде стержня подвешивают в узлах колебаний на нитях к вибровозбудителю и виброизмерительному преобразователю, возбуждают резонансные изгибные колебания образца, измеряю резонансную частоту и рассчитывают по ней динамический Юнга, используют составной образец, обра.зованный средним образцом исследу.. емого материала и двумя эталонными образцами на концах, длину которых выбирают такой, чтобы узлы изгиб-ных колебаний составного образца лежали в плоскостях соединения эталонных образцов с образцом исследуемого материала, а материал эталонных образцов выбирают из условия где Е ц - динамический модуль Юнга исследуемого материала; Е - динамический модуль Юнга материала эталонного образца. Благодаря этому условия возбуждения и регистрации колебаний образца по предложенному способу практически одинаковы со способом t2 при исследовании в последнем стандартных образцов, а ошибка определения динамического модуля Юнга меньше, чем по способу f 2 при использовании в последнем нестандартных образцов. Использование составного образца позволяет изготовить сравнительно короткий образец исследуемого материаЛа и тем самым снизить расход дорогостоящего материала. На чертеже изображена схема осуществления предлагаемого способа. Для определения динамического модуля Юнга используют составной образец в виде стержня (на чертеже изображена форма образца при изгибных колебаниях на основной резонансной час±оте), образованный средним образцом 1 исследуемого материала и соединенными с ним ( предпочтительно склеиванием; двумя эталонными образцами 2 и 3 того же сечения. Материал эталонных образцов 2 и 3 выбирается из условия ,6, где K - динамический модуль Юнга .исследуемого образца; Е - динамический модуль Юнга материала эталонного образца. Длина е, эталонных образцов 2 и 3 должна быть такой, чтобы отношение размера поперечного сечения к общей длине С составного образца было не более 1:10, а узлы изгибных колебаний составного .образца на основной резонансной частоте лежали в плоскостях соединения эталонных образцов 2 и 3 с образцом 1 исследуемого материала. Составной образец подвешивают в узлах колебаний на тонких нитях 4 и 5 соответственно к вибровозбудителю

6 и виброиэмерительному преобразователю 7, возбуждают резонансные изгибные колебаний составного образца, измеряют резонансную частоту и рассчитывают по ней и геометрическим параметрам образца динамический

модуль Юнга исследуемого материала.

Эффективность предлагаемого способа иллюстрируется таблицей Дданные для составного образца получены при выполнении эталонных образцов из латуни

СПОСОБ ОПРБДВЛШНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО МОДУЛЯ ЮНГА МАТЕРИАЛОВ, эаключамхцийся в том, что образец в виде стержня подвешивают в узлах колебаний на нитях к вибС 6возбудителю и вибpoизмepйтeльнo Qr преобразователю, возбуждают резонансные изгибные колебания образца, измеряют резонансную частоту и рассчитывают по ней динамический модуль Юнга, о т л.и чающи. йся тем, что, с целью определения динамического модуля Юнга на нестандартных образцах ис.следуемых материалов и снижения расхода дорогостоящих, материалов, используют составной образец, образованный средним образцом исследуемого материгша и двумя зталонными образцами на концах, длину которых выбирают такой, чтобы узлы изгабных колебаний составного образца лежали в плоскостях соединения эталонных образцов с образцом наследуемого материала, а материал эталонных образцов выбирают из услог вия Su- I-i2l b 0,6, Е„ где Б - динамический модуль Юнга исследуемого материала; § В - динамический модуль Юнга материала эталонного образца. 0 :о

Как видно из примеров 2 и 3, предлагаемый способ повышает точность измерения динамического модуля Юнга материёшов, у которых величина модуля Юнга отличается от модуля Юнга материала эталонных образцов не более чем на 60%.

Из таблицы также видно, что на изготовление нестандартных составных образцов расходуется значительно

Продолжение табли1;ы

меньше материалов, чем на стандартные образцы.

Достоинством предлагаемого спосЬба является также то, что он предъявляет менее жесткие требования к температурной стабилизации образца исследуемого материгша, так как он почти в два раза короче стандартного образца.