Способ измерения вязкоупругих характеристик материалов Советский патент 1985 года по МПК G01N11/16 

1

Изобретение относится к области измерения вязкоупругих характеристик материалов с помощью сдвигового деформирования образцов в широкой области низких частот.

, Известен способ измерения вязкоупругих характеристик материалов, основанный на параметрической компенсации управляющего (возмущающего воздействия, благодаря чему с высокой точностью определяют компоненты комплексного модуля сдвига Li.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения вязкоупругих характеристик материалов,.заключающийся в том, что измеряют угол закручивания и крутящий момент при вынужденных крутильных колебаниях испытуемого образца и по измеренной амплитуде деформаций или измеренном крутящем моменте и сдвигу фйз между напряжением (крутящим моментом, сдвиговым усилием) и деформацией рассчитьгоают. с учетом фактора формы компоненты комплексного модуля сдвига другие характеристики материала 2 .

Однако при кручении образца ма териала, как просто при .сдвиге, практически возникают нормальные наряжения, в некоторых случаях (эффект Вайссенберга) на десятичные порядки превьш1ающие тангенциальные. В динамическом режиме деформирования под воздействием нормальных напряжений возникают соответствующие деформации образца, перпендикулярные сдвиговому деформированию, на которые расходуется неучитываемая часть энергии. Величина sTiix деформаций зависит от комплексных упругостей держателей образца в нормальном направлении и, в конечном рчете, от формы образца и конструктивных особенностей испытательной машины, прибора, на которых изучаются динамические механические характеристики материалов. В зависимости от величины нормальных деформаций большая или меньшая часть приложенного крутящего момента или сдвигового усилия идет на- возбуждение нормальных деформаций, величина которых до сих пор не учитывалась, а следовательно, значения сдвиговых характеристик материалов получались ; большей или меньшей степени ошиючными. Этот факт является одной

632062

из главных причин невоспроизводимости характеристик одного и того же материала, полученных на различных по конструкции приборах. 5 Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа испытаний при крутильных колебаниях образца материала за счет учета взаимного влияния сдвиговых и обьем0 ных деформаций образца.

Поставленная цель достигается тем, что при способе измерения вязкоупругих характеристик материалов, основанном на измерении угла закручи5 вания и крутящего момента при вынужденных крутильных колебаниях испытуемого образца, последний закрепляют в подвесках с известной жесткостью в осевом направлении, 0 дополнительно измеряют амплитуду и фазу колебаний второй гармоники осевых колебаний, изменяют жесткость подвесок с последующим измерением амплитуды и фазы второй гармоники, 5 а расчет характеристик осуществляют по известным формулам.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения вяз0 коупругих характеристик материалов.

Устройство состоит из генератора 1 механических крутильных колебаний, образца 2 с задаваемыми амплитудой и частотой деформирования, датчика 3 крутящих моментов, датчика 4 нормальных деформаций, подвеса 5 с задаваемой комплексной уп;ругостью, держателей 6 образца и анализирующего устройства 7.

Устройство работает следующим образом.

Генератором 1 задаются амплитуда и частота сдвигового деформирования образца 2, закрепленного в дер, жателях 6. При этом с помощью датчика 3 измеряется приложенный к образцу 2 крутящий момент, а с помощьюдатчика 4 измеряются амплитуда и фаза второй гармоники осевых колебаij НИИ верхнего держателя, возникающих, например, вследствие существования эффекта нормальных напряжений. Данные измерений датчиков 3. и 4, а также заданные значения амплитуды и г частоты деформирования образца и комплексной упругости: подаются на анализатор 7, с помощью которого вычисляются искомые характеристики.

Пример. Берут образец монодисперсного полибутадиена с молекулярной массой 85000, наружным диаметром , йнутренним диаметром 3, и высотой . На частоте 100 Гц задается амплитуда крутильных колебаний О,002 рад и устанавливается жесткость подвеса 5 0,88 -10 н/м.

Измеренный комплексный крутящий момент по модулю 8,00 , амйлитуда второй гармоники . Жесткость подвеса 5 изменяется вдво и составляет 1,76-10 н/м. При этом амплитуда второй гармоники 1,4510 м, а крутящий момент 7,9 х X 10 н-м. Вычисленные значения по модулю-комплексного модуля сдвига

и модуля растяжение-сжатие соответственно 1,0 -10 и 1,4 . 10 Па.

Таким образом, изобретение расширяет функциональные возможности известных способов и позволяет получить уточненные значения комплексного модуля сдвига, а также измерить и вычислить комплексный модуль растяжение-сжатие, амплитуды осевых и радиальных деформаций и осевых сил (напряжений). По этим величинам, в свою очередь, могут вычисляться такие качественно новые характеристики материалов, как коэффициент объемного деформирования, коэффициент трансформации крутящего момента в нормальные напряжения, шаровой и скашивающий тензоры сил и деформаций.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ, основанный на измерении угла закручивания и крутящего момента при вынужденных крутильных колебаниях испы-туемого образца, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа, испытуемый образец закрепляют в подвесках с известной жесткостью в осевом напряжении, дополнительно измеряют амплитуду и фазу колебаний второй гармоники осевых колебаний, изменяют жесткость подвесок с последующим измерением амплитуды и фазы второй гармоники, а расчет искомых характеристик осу(Л ществляют по известным формулам. Од СО ю о Од