Устройство для исследования динамических характеристик материалов с внутренним трением,например,пассиков и магнитных лент Советский патент 1985 года по МПК G11B27/10 

1 1

Изобретение относится к технике магнитной записи, а именно к измерению динамических характеристик пассиков и магнитных лент.

Известно устройство для исследования динамических характеристик вязкоупругого материала, содержащее два зажима для закрепления образца исследуемого материала, датчик колебаний, усилитель и блок отображения информации, при этом один из зажимов связан с инерционным элементом, а второй - с электродинамическим возбудителем колебаний. Устройство позволяет оценить модуль упругости и коэффициент потерь вязкоупругого материала Cl J.

Недостаток известного устройства невысокая точность измерения, которая обусловлена несовпадением экспериментально получаемой зависимости параметров затухания с реальной зависимостью из-за поддержания амплитуды входного ускорения в устройстве при снятии амплитудно-частотной характеристики постоянной. Поскольку в реальных системах с внутренним трением поглощение зависит от амплитуды перемещения, в результате испытаний имеет место искажение действительной зависимости поглощения от частоты.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее блок задания величины растягивающего усилия, соединенный с подвижным и неподвижным зажимами для установки образца исследуемого материала, а также инерционный элемент, блок отображения информации, блок измерения деформации образца, связанный с подвижным зажимом, и связанный с инерционным элементом датчик колебаний, подключенный к входу усилителя. Это устройство позволяет исследовать деформативные свойства материала нагруженных магнитных лент 23.

К недостаткам этого устройства относятся невозможность получения количественных характеристик внутреннего трения в материале испытуемого образца из-за отсутствия в устройстве режима свободных затухающих колебаний и большая погрешность измерений вследствие влияния на результа06592

ты измерений случайных флуктуации ,условий проведения эксперимента и изменений ненаблюдаемой остаточной деформации.

5 Цель изобретения - повышение точности определения динамических характеристик материалов при расширении диапазона статических и динамических нагрузок.

0 Для достижения поставленной цели .в устройство, содержащее блок задания величины растягивающего усилия, соединенный с подвижным и неподвижным зажимами для установки

5 образца исследуемого материала, а

также инерционньй элемент, блок отображения информации, блок измерения деформации образца, связанный с подвижным зажимом, и связанный с инерционным элементом датчик колебаний, подключенный к входу усилителя, введены формирователь параметров импульсной переходной характеристики, блок сопряжения, вычислитель,

5 первый и второй режимные переключатели, арретир, блок измерения натяжения образца, датчик начальных отклонений, блок установки начальных отклонений и задатчик начальных

0 отклонений, при этом усилитель подключен через формирователь к первому входу блока сопряжения, первый режимный переключатель - к арретиру, соединенному с подвижньгм зажимом, первый выход датчика начальных отклонений подключен через последовательно соединенные блок установки начальных отклонений и второй режимный переключатель к задатчику на- чальных отклонений, связанному с инерционным элементом, соединенным с датчиком начальных отклонений, второй выход которого подключен к второму входу блока сопряжения, треt тий вход которого соединен с выходом блока измерения деформации, четвертый вход - с выходом блока . измерения натяжения, а выход блока сопряжения через вычислитель - к

блоку отображения информации.

Введение в известное устройство перечисленных узлов обеспечит высокую достоверность и воспроизводимость результатов измерений, увели- 5 чит точность и быстродействие оценки нелинейных составляющих вязкоупругих сил, позволит провести распознавание отдельных их составляю3

щих в широком диапазоне статических и динамических нагрузок, автоматизи ровать процесс вычисления динамических характеристик определения нелинейной зависимости параметров внутреннего трения от амплитуды колебаний, величины входного воздействия и конструктивных параметров лентопротяжного механизма.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - его структурная схема; на фиг. 3 - временные диаграммы, пояснякщие работу устройства.

Устройство дпя исследования динаШческих характеристик материала с внутренним треинем образца 1 содержит подвижный зажим 2 и неподвижный зажим 3 для установки образца, блок 4 измерения натяжения, арретир 5, подключенный к первому режимному переключателю 6, блок 7 задания величины растягивающего усилия, блок 8 измерения деформации образца, инерционный элемент 9, закрепляемый на образце 1 исследуемого материала на одинаковом расстоянии оТ зажимов 2 и 3, датчик 10 начальных отклонений, блок 11 установки начальных отклонений, второй режимшлй переключатель 2f задатчик 13 начальных отклонений, датчик 14 колебаний, усилитель 15, формирователь 16 параметров импульсной переходной характеристики, блок 17 сопряжения, подключенный выходом через вычислитель 18 к блоку 19 отображения информации.

Блок 4 измерения натяжения сострит из чувствительного элемента 20, преобразователя 21 и усилителя 22.

Блок 7 задания величины растягивающего усилия состоит из основания 23, стойки 24, узла 25 грубой установки величины растягивающего усилия и узла 26 точной установки величины растягивающего усилия.

Блок 8 измерения деформации образца состоит из чувствительного элемента 27, преобразователя 28 и усилителя 29.

Блок 11 установки начальных отклонений состоит из схемы 30 сравнения, реостатного делителя 31 и регулируемого источника 32 питания.

Формирователь 16 параметров импульсной переходной характеристики состоит из дете1стора 33 моментов перехода через нуль, дифференциатора

50659Л

34, преобразователя 35 частота-напряжение, формирователя 36 экстремумов и схемы 37 выборки-хранения.

Образец 1 исследуемого материала J связа.н с чувствительным элементом 20 блока 4 измерения натяжения. Арретир 5 механически связан с подвижнь м зажимом 2 и подключен к первому режимному переключателю 6, Датчик 10

0 начальных отклонений подключен к инерционному элементу 9 и соединен одним из своих выходов с одним из ,входов схемы 30 блока 11 уста-i новки начальных отклонений. Выход

5 регулируемого источника 32 питания, являкядийся выходом блока 11, через второй режимный переключатель 12 подключен к задатчику 13 начальных отклонений, связанному с инерционным

Q элементом 9, подключенным одним из выходов к датчику 10, а другим выходом через последовательно соединенные датчик 14 колебаний, усилитель 15, формирователь 16 к первому

5 входу блока 17 сопряжения, к второму входу которого подключен второй выход датчика 10 начальных отклонений, к третьему входу-выход; блока 8 измерения деформаций образца, а

„ к четвертому входу - выход блока 4 измерения натяжения. Зажимы 2 и 3 вьшолнены с возможностью регулировки усилия захвата. Чувствительный элемент 20 выполнен в виде датчика струнных колебаний. Арретир 5 представляет собой электромагнитную муфту с большим удерживающим усилием. Режимные переключатели 6 и 12 выполнены в виде электронных ключей, причем первый режимный переключатель 6 включён в цепь питания обмотки арретира 5. Чувствительный элемент 27 и датчик 10 начальных отклонений представляет собой индуктивные датчики перемещений. Инерционный элемент 9 представляет собой зажим из магнитомягкого материала и является сердечником электромагнита - задатчика 13 начальных отклонений. Датчик 14 колебаний выполнен в виде пьезоакселерометра типа КД-91. Вычислитель 18 и блок 19 отображения информации представляют собой соответственно микроэвм Электроника-60 и дисплей типа РИН-609 с термопечатакяцим устройством ТПУ-15ВВ.

Устройство работает следующим образом. Образец 1 исследуемого материала закрепляется в зажимах 2 и 3. На одинаковом расстоянии от последних закрепляется инерционный элемент 9. В исходном состоянии режиме полустройство работает в зучести. При этом ключевая схема первого режимного переключателя 6 обесточивает обмотки арретира 5 и поэтому осевые перемещения подвижного зажима 2 не имеют ограничений, С помощью узлов 25 и 26 соответственно грубой и точной установки растягивающего усилия блока 7 задания величины растягивающего усилия подвижный зажим 2 перемещается вдоль стойки 24 относительно основа ния 23, что приводит к появлению сигналов на выходе чувствительного элемента 20 блока 4 измерения натяжени.я и на выходе чувствительного элемента 27 блока 8 измерения деформации образца, которые после пре образования и усиления поступают соответственно на четвертый и трети входы блока 17 сопряжения. С выхода последнего сигналы через вычислитель 18 поступают на вход блока 19 отображения информации, где регистрируются и считываются. С помощью узла 26 точной установки растягиваю щего усилия по показаниям блока 19 .отображения информации задается вел чина растягивающего усилия из диапа зона исследуемых статических нагрузок. В ячейках памяти вычислителя 18 происходит при этом запоминание величины усилия и соответствующей ему деформации. Затем устройство с помощью режимного переключателя 6 переводится в режим релаксации нап ряжения. Для этого с помощью ключе вой схемы первого режимного переклю чателя 6запитываетсяобмотка аррети ра 5, т.е. фиксируется положение подвижного элемента 2 в осевом направлении при сохранении ранее установленной величины растягивающего усилия. Кроме того, выход блока 11 установки величины начальных отклонений подключается с помощью ключевой схемы второго режимного переклю чателя 12 к входу задатчика 13 нача ных отклонений. С помощью блока 11 установки начальных отклонений, а также,задатчика 13 и датчика 10 на чальных отклонений задается началь ное отклонение инерционного элемен 96 та 9 от положения равновесия, приводящее к появлению сил упругого сопротивления образца 1 исследуемого материала. После завершения переходных процессов сигнал с выхода датчика 10 поступает через блок 17 сопряжения и вычислитель 18 на вход блока 19 отображения информации, где с. тывается и регистрируется. При этом происходит запоминание начальных условий отклонения Х-,(0) Х,„ и скорости В ячейках памяти вычислителя 18. Затем с помощью ключевой схемы второго режимного переключателя 12 задатчик 13 отключается от выхода блока 11 и инерционный элемент 9 совершает свободные затухающие колебания, которые измеряются и усиливаются соответственно датчиком 14 и усилителем 15. С выхода последнего сигнал поступает на вход формирователя 16 параметров импульсной переходной характеристики, с выхода которого сигналы, несущие информацию о периоде и экстремумах (фиг. 3) поступают через блок 17 сопряжения на вход вычислителя 18, где производится обработка сигналов и разбиение на классы составлякщих сил вязкоупругого сопротивления, а также вычисление их количественных характеристик. Поскольку по своей физи-г ческой природе процессы внутреннего трения в материалах являются нелинейными процессами, то измерение параметров импульсной переходной характеристики производится для всего диапазона допустимых деформаций исследуемого материала путем возвращения устройства периодически в исходное состояние с помощью переключателя 12 и задания начальных условийXj(0), X,(0), X,(0), Xj(0), с помощью блока 11 установки начальных отклонений. Шаг задаваемьж начальных условий определяется с помощью вычислителя 18 по крутизне зависимости нелинейных составлякщих сил вязкоупругого сопротивления от амплитуды колебаний. Для опреде7ления количественных характеристик -сил внутреннего трения используется аппроксимация этих сил функцией F,() этом случае выражение для коэффициента поглощения Ч имеет вид гле V(A) ot-А - рассеиваемая за цикл энерг гия. По измеренным величинам А. в вычислителе 18 определяется экспери ментальная зависимость коэффициента поглощения от амплитуды колебаний v. Л. где ДА,, А f - А. С использованием метода наименьших квадратов для экспериментально снятой зависимости {A) определяются параметры аппроксимирукядей зависимости (4). Расчет повторяется для начальных условий (2). Степень нелинейности упругих сил (,) определяется на основании зависимости угловой частоты свободных колебаний от полуразмаха Л 50 Результаты вычислений по соотношениям (4), (5) и (6) выводятся на блок 19 отображения информации. Полученные результаты позволяют одновременно построить кривые ползучести или релаксации и зависимость нзменения динамических характеристик от развития процессов ползучести или релаксации. Использование изобретения позволит уменьшить разброс в определении величины динамических характеристик материалов с внутренним трением с 30 до 1% по сравнению с прототипом для жесткостных параметров, для демпфирующих параметров снижение погрешности не оценивается, так как в прототипе нелинейные составляющие диссипативных сил не определяются. Кроме того, изобретение позволит существеиг но повысить оперативность контроля путем снижения времени, необходимого для получения информации о динамических характеристиках по сравнению с прототипом за счет исключения ручной обработки результатов измерения, а также повысить. воспроизводимость и достоверность результатов измерения динамических характеристик и чувствительность устройства за счет автоматизации процесса исследования.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ Д1ЩАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ С ВНУТРЕННИМ ТРЕНИЕМ, НАПРИМЕР ПАССИКОВ И МАГНИТНЫХ ЛЕНТ, содержащее блок задания величины растягивающего усилия, соединенный с подвижным и неподвижным зажимами для установки образца исследуемого материала, а также инерционньй элемент, блок отображения информации, блок измерения деформации образца, связанный с подвижным Зажимом, и связанный с инерционнь{м элементом датчик колебаний, подключенньй к входу усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения динамических характеристик материалов при расширении диапазона статических и динамических нагрузок, в него введены формирователь параметров импульсной переходной характеристики, блок сопряжения, вычислитель, первый и второй режимные переключатели, арретир, блок измерения нат ения образца, датчик начальных отклонений, блок установки начальньи отклонений и задатчик начальных отклонений, при этом усилитель подключен через формирователь к первому входу блока сопряжения, первый режимный переключатель - к арретиру, соединенному с подвижным зажимом, . т первьй выход датчика начальных отклонений подключен через последовательно соединенные блок установки начальных отклонений и второй режимный переключатель к задатчику начальных отклонений, связанному с инерционным элементом, соединенным сд с датчиком начальных отклонений, Ь второй выход которого подключен к Од второму входу блока сопряжения, СП третий вход которого соединен с вы ходом блока измерения деформации, четвертый вход - с выходом блока измерения натяжения, а выход блока сопряжения через вычислитель - к блоку отображения информации.

SjfOKfxn

Фиг. 2.

Л//

e{ /-TS

CSpoc Пуск