Крутильный маятник для определения механических свойств материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N3/38 G01N3/22 

Изобретение относится к исследо ванию механических свойств материа , а именно к крутильным маятникам, и может быть использован при динамических и статических испытаниях материалов на кручение. Известен, обратный крутильный маятник для определения динамических вязкоупругих свойств материало содержащий подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испы туемого материала, соединенную с подвижным захватом инерционную деталь в виде коромысла, подвешенного на нити, электромагнитную систему для скручивания образца, включающую два электромагнита, рас положенные по разные стороны от ко цов инерционной детали в плоскости ее кручения, и источник питания электромагнитов, устройство для уравновешивания подвижной системы маятника, гидравлический демпфер некрутильных колебаний и систему регистрации l. Однако указанное устройство раб тает только в динамическом режиме и не позволяет производить статиче кие механические испытания материа лов при кручении с достаточной точ ностью из-за нелинейности электромагнитной системы нагружения. Наиболее близким к изобретению является крутильный маятник для определения механических свойств материалов, содержащий подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испытуемого материала, сое диненную с подвижным захватом инер ционную деталь, подвешенную на нити электродинамическую систему для скручивания .образца, включающую ма нитопровод, расположенную между его полюсами подвижную катушку в виде рамки, жестко связанной с инер ционной деталью, и источник питани подвижной катушки, устройство для уравновешивания подвижной системы маятника и систему регистрации 2 j Данное устройство не позволяет с достаточной точностью определить динамические вязкоупругие свойства высокодобротных материалов из-за механического демпфирующего влияния токоподводящих проводов на параметры колебаний образца. Цель изобретения - повыиение точности за счет исключения механического влияния токоподводящих проводов , Поставленная цель достигается тем, что крутильный маятник д;:я от ределения механических свойств мате риалов , содержащий подвижный и непод вижный захваты для крепления образца испытуемого материала, соединенную с подвижным захватом инерционну деталь, подвешенную на нити, .элек06гродинамическую систему для скручигзания образца, включающую магнйтопровод, расположенную между его полюсами подвижную катушку в виде рамки, жестко связанной с инерционной деталью, и источник питания подвижной катушки, устройство для уравновешивания подвижной системы маятника и систему регистрации, снабжен сосудом из диэлектрического материала с электропроводящей жидкостью, неподвижно уЬтановленным .внутри рамки по оси ее поворота, прикрепленным к рамке электропроводящим стержнем, который установлен по оси поворота рамки, электрически соединен с одним концом обмотки рамки и погружен в электропроводящую жидкость, и погруженным в эту жидкость электродом, соединенным с источником питания подвижной катушки, а нить подвеса выполнена электропроводящей и электрически соединяет другой конец обмотки рамки с источником питания. В результате того, что токоподвод к катушке подвижной рамки осуществляется через нить подвеса и жидкостной электрический контакт, состоящий из стержня, установлэнного по оси поворота рамки и прикрепленного к кей, и электрода, погруженных в электропрохзодящую и идкость, исключается механическое демпфирующее влияние токоподводящих проводов, что приводит к повья-ченио точности определения механических; свойств материалов при кручении, На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого крутильного маятника, Крутильный маятник содержит подвижный 1 и неподвил ный 2 захиаты для крепления образца 3 -исследуемого материала, соединенную с подвижным згахватом 1 инерционную ддеталь 4, выполненную в виде коро-ЯзЮла 5 с инерционными грузиками б и подвешенную на электропроводящей нити 7 к устройству 8 для уравновешивания подвил ной системы, выполненному в виде системы блоков 9 с противовесом 10, электродинамическую систему для скручивания образца 3, включающую магнитопровод 11, который может быть выполнен в виде электромагнита с обмоткой 12, питание которой осуществляется от ис-точника 13, расположенной между полюсами 14 магнитопровода 11, выполненными в виде сегментов цилиндра, подвижную катушку з виде рамки 15, жестко связанной с инерционной деталью 4, и блок 16 упрг вления/ -В состав которого входят источник 17 питания подвижной катушки и коммутатор 18, и источник 13 питания электромагнита. Крутиль

ный маятник содержит также систему регистрации, состоящую из оптически связанных осветителя 19, сферического зеркала 20, прикрепленного к оси инерционной детали 4, и полупрозрачной шкалы 21. Внутри рамки 15 по оси ее поворота размещен сердечник 22 из магнитомягкого материала, выполненный в виде полого цилиндра, в полость которого установлен сосуд 23 из диэлектрического материала, например стекла заполненный электропроводящей жидкостью 24, сердечник 22 установлен на неподвижной подставке 25.Рамка 15 снабжена электропроводящим стержнем 26, установленным по оси поворота рамки и погруженным в жидкость 24. Сосуд 23 с жидкостью 24 и.стержень 26 образуют гидравлический демпфер.

Один конец обмотки рамки 15 соединен с источником 17 пита- ния соединительным приводом 27 через нить 7 подвеса, а другой проводом 28, соединяющим этот источник 17 с электродом 29, погруженным в жидкость 24, при этом электропроводящий стержень 26 соединен .с данным концом обмотки рамки 15. Крутильный маятник может быть помещен в вакуумную KaMepiy 30, а образец 3 - в термокриокамеру 31.

Крутильный маятник для определения механических свойств материалов работает следующим образом.

После закрепления образца 3 в захватах 1 и 2 включают осветитель 19 и регистрируют на полупрозрачной шкале 21 положение светового луча которое совмещают с нулем шкалы 21 Камеру 30 вакуумируют. С помощью источника 13 питания на обмотку 12 электромагнита подают постоянный ток фиксированного значения, Зависящий от величины усилия, необходимого для закручивания образца. Между полюсными наконечниками 14 магнитопровода 11 наводится магнитное поле, силовые линии которого проходят через рамку 15 С обмоткой и сердечник 22. При плавной подаче постоянного тока от источника 17 питания на обмотку рамки 15 имеет место взаимоиндукция магнитных полей электромагнита в пространстве между его полюсными наконечниками 14 и рамки 15. Взаимоиндукция магнитных полей приводит к плавному повороту -рамки 15, чем вызывается закручивание образца 3. Величина относительной сдвиговой деформации переданной образцу 3 при закручивании, вычисняется с помощью регистрируемой величины отклонения светового луча на полупрозрачной шкале 21 после поворота рамки 15 от е

положения по соотношению

1-А

max -2Le

У

-относительная сдвиговая

где деформация;

и е

-радиус и рабочая длина образца соответственно,расстояние от сферичесI кого зеркальца 20 до полупрозрачной шкалы 21

регистрируемое максимальное отклонение светового луча.

Направление закручивания образца (знак деформации) зависит от направления тока в обмотке рамки 15. Это достигается с помощью коммутатора 18. Таким образом, образец может быть как нагружен, так и разгружен (или нагружен с обратным знаком-) в статическом режиме.

Для работы устройства в колебательном режиме все подготовительные операции, включая подачу тока на обмотку 15 и закручивание образца 3, осуществляются аналогично описанному статическому режиму. После того, как образец закручен,система деформации кручения обесточивается, и обратный крутильный маятник с образцом 3 начинают совершать свободнозатухающие крутильные колебания. Подсчитывая, например,количество колебаний в заданном интервале амплитуд, определяют внутреннее трение образца 3. Возбуждая колебания образца в резонансном режиме, по значению резонансной частоты определяют модуль сдвига. Устройств позволяет проводить динамические испытания образцов в некотором интервале частот, для чего изменяют пложение инерционных грузиков 6 на коромысле 5, меняя таким образом момент инерции инерционной детали 4

Устройство позволяет совмещать динамический и статический режимы и осуществлять статико-динамический режим. Для этого возбуждают свободнозатухающие крутильные колебания образца 3 и при достижении заданной амплитуды колебаний производят включение системы деформирования. Возникающие в процессе испытания некрутильные колебания гасятся с помощью гидравлического демпфера,который вместе с электродом 29 образует одновременно жидкостной электрический контакт.

Применение описанной системы токоподводов в предлагаемом крутильном маятнике устраняет потери энергии при колебаниях соединительных проводов, что повышает точность измерения механических свойств матеоиалов.

12

Г

КРУТИЛЬНЫЙ МАЯТНИК,ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАTEPHAJJOB, содержащий подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испытуемого материала,соединенную с подвижным захватом инерционную деталь, подвешенную на нити, электродинамическую систему для скручивания образца, включающую магнитопровод, расположенную между его полюсами подвижную катушку в виде рамки, жестко связанной с инерционной деталью, и источник питания подвижной катушки, устройство для уравновеиг-вания подвижной системы маятника и систему регистрации, отл и. чающийся тем, что, с целью повышения точности за счет исключения механического влияния токоподводящих проводов, он снабжен сосудом из диэлектрического материала с электропроводящей жидкостью, неподвижно установленнь внутри рамки по оси ее поворота, прикрепленным к рамке электропроводящим стержнем, который установлен по оси поворота рамки, электрически соединен с одним концом обмотки рамки и погружен в электропроводящую жидкость, и погруженным в эту жидкость электродом, соединенны с источником питания подвижной катушки, а нить подвеса выполнена электропроводящей и электрически соединяет другой конец обмотки рамки с источником питания.