Способ градуировки и поверки сжимающих пластометров и упругий элемент для его осуществления (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01N11/00 

2. Упругий элемент для градуиро и -поверки сжимающих гшастометров, содержаний поверхности контакта, параллель 1ые рабочим поверхностям пластометра, отличающийс тем, что он имеет линейную характеристику и жесткость С, равную

С - ILO..D {ь, 5D..)

с2h

12h

где LO номинальное значение предела текучести в поверяемой точке

D и h диаметр и толщина идегльно пластичного диска с преде™ лом текучести to при ДО .стижении квазиравновесного состояния,

причем его начальная высота h равна

,, ,24h + ID )

ho h (---- 5-5I -

3. Упругий элемент дпя гpa з;yиpoв- ки и поверки сжимающих пластометровв выполненный в виде тарельчатой пружины, отличающийся тем, что наружный диаметр пружины равен

Изобретение относится к технике испытаний пластичных материалов и может найти применение на предприятиях химической, радиоэлектрон ной и электротехнической промышленности при входном контроле технологических свойств материалов путем определения предела текучести.

Цель изобретения - повьшение точности и производительности градуировки и поверки сжиман щих пласто метров,

На фиг.1 показана схема деформ; .рования идеально пластичного диска между плоскопараш1ельными плитами сжимамцего гшастометра на фиг.2 - характеристики идеально пластичного диска, испытываемого на сжимающем гшастометре, и упругих элементов, воспроизводящих поведение ;уиска, при градуировке и поверке гшасго- метра, На фиг.З - конструкция упругого элемента в виде тарельчатой пружины.

377

диаметру идеально пластичного диска с пределом текучести, равным номинальному значению в поверяемой точке диапазона измерений предела текучести, а другие параметры гфу- жины находятся в следующих соитно- шениях

5

Л tq.(2i+h + 7D);

Eh

, D In -И - h

.llD 2/4h + 70 де S f толщина пружин);

LO номинальное значение предела текучести в поверяемой точке;

Е - модуль упругости материала пружины;

D - наружный диаметр пружины;

d - внутренний диаметр пружины;

h - толщина идеально пластичного диска с пределом текучести to при достижении квазиравновесного состоя1щя;

Н высота пружины.

Сущность способа градуировки и поверки пиастометров состоит в том, что для его осуществления используется упругий элемент, воспро- изводящий при заданном усилии на- гружения поведение идеально пластичного диска с пределом текучести, равным номинальному значению этой величины в поверяемой точке. Вое-

произведение обеспечивается тем, что характеристики (зависимости усилие нагружения - высота) упругого элемента и идеально пластичного диска совпадают в поверяемой точке.

Для обеспечения данного соответствия параметры упругого элемента должны находиться в определенной взаимосвязи с пределом текучести в поверяемой точке диапазона из-

мерений, т„е, для осуществления

предложенного способа необходимы/

упругие элементы со специально подобранными параметрами. При этом у1Фугие элементы могут иметь как

линейную, так и нелинейную характеристику .

Для осуществления способа применяют упругий элемент, содержащий поверхности контакта, параллельные рабочим поверхностям пластометра, имеющий линейную характеристику и жесткость С, равную

.о:.„.ле.,. ,„

где if, - номинальное значение предела текучести в поверяемой точке;

D и h - диаметр и толщина идеально пластичного диска с пределом текучести о при достижении квазиравновесного состояния.

При этом начальная высота элемента ho равна

, ,2kh + 20ч,..

° - Tzh (2)

Для осуществления описанного спо соба может быть применен также упругий элемент в виде тарельчатой пружины. Наружный диаметр пружины равен диаметру идеально пластичного диска с пределом текучести, равным номинальному значению в поверяемой точке, а другие параметры находятся в соотношении:

5 .2 l2..:.df (2l,h 7D); (З)

Eh In

D dh

48h

24h

+ 11D

(4)

где S - толщина тарельчатой пружины L Q - номинальное значение предела текучести в поверяемой точке; Е - модуль упругости материала

пружины;

D - наружный диаметр пружины; d - внутренний диаметр пружины. При действии усилия F на идеальн пластичный диск, находящийся между плоскопараллельными плитами сжимающего пластометра {фиг.О, после окончания пластического течения устанавливается квазиравнсвесное состояние, при котором диаметр диск равен D, а толщина диска h. Согласно гипотезе пластичности Треска- Сен-Венана наибольшая полуразность главных напряжений равна пределу текучести Т,,. . При идеальном контакте диска с поверхностью плиты

13377Л

касательные напряжения на поверхности также равны LO , В этом случае зависимость между усилием F и квази- равновесной толщиной h диска имеет 5 вид:

F .).(5)

2Ьп

Характеристика идеально пластичного диска с пределом текучести

10 1о - 0,2 МПа показана на фиг.2 (кривая 1). Для воспроизведения упругим элементом заданного з ачения предела текучести to необходимо совпадение значений усилий F и рассто-

15 яния между плитами h и производных dF

dh

- от характеристик диска и упруго-

5

0

0

0

го элемента в точке с координатами (h, F).

Упругий элемент, имеющий в точке

(h, F) характеристику, совпадающую с характеристикой идеально пластичного диска (5), воспроизводит заданное значение предела текучести t .

Примером исполнения такого элемента может быть элемент с линейной характеристикой, в частности цилиндрическая пружина сжатия. При этом жесткость элемента должна быть равна

0„ dF

производной -г- , а расстояние между dn

плитами при усилии F, приложенном к элементу, должно быть равно h.Перечисленным условиям удовлетворяет элемент, параметры которого выбраны по формулам (l) и (2). Это видно из фиг.2 (кривые 2).

Рассмотрим в качестве примера упругий элемент для поверки сжимающего пластометра, предназначенного для измерения предела текучести наполненных термореактивных пресс- материалов в точке диапазона 0,2 МПа. Объем испытываемого образца (цилиндрической таблетки) ГО см . Усилие при испытаниях задается равным 2 кН.

При заданном усилии идеально пластичный цилиндрический образец с пределом текучести 0,2 МПа растекается в диск диаметром 49,8 мм и толщиной 5,19 мм. Это следует из формулы (5).

По формуле (2) находим начальное расстояние между плитами, .ссответ- 5 ствуюдее ненагруженному упругому элементу. Оно равно 7,85 мм. Жесткость элемента по формуле (1) равна . 0,75 кН/мм.

. Найдем параметры элемента, изго™ товленного в виде двз х цилиндрических пружин сжатия,, установленных параллельн о . Из таблиц приводимых

в справочниках, получаем, что буемую жесткость имеют прулсины с наружным диаметром 60 мм (диаметр проволоки 2 мм) содержащие 5 витков. Деформация таких пружин

усилием 2 кН равна 2,66 мм (при этом расстояние между плитами изменяется от 7585 до 5,9 мм).

Таким образом, при нагрузке 2 кН равновесие пружины ус,танавпивается при расстоянии между плитами пласто метра 5,19 мм. Такое же значение имеет пластичного диска с пределом текучести 0,2 МЛа, деформируемого мейзду nnuTat-m у си-

лием F 2 кН. Следовательно, упругий элемент воспроизводит поведение идеально пластичного диска с пределом текучести 0,2 МПа. Этому значени и соответствует показание пласто-

метра. Разность между данным значением и значением, отсчитанным по шкале прибора, представляет собой погрешность даннох о пластометра. Следовательно, для нанесения отметки на шкале или для определения ногреш- ности не требуется раздельная градуировка или поверка силоизмерителя и датчика расстояния между плитами (а также преобразующих устройств) . Не требуются и какие-либо вычисления не возникают и связанные с ними погрешности. Таким образом, применени упругого элемента пре,сц1оженной конструкции повышает производительность и точность градуировки или поверки.

Другой пример выполнения упругого элемента, воспроизводящего пов€;дение идеально.пластичного диска - тарельчатая пружина с napaMBTpai-iii, удовлет воряющими предложенным соотношениям (3) и (4) (фиг, 3).

Диаметр пружины выбран равным диаметру диска из идеально пластич- ного материала с пределом текучести

т

TO деформируемого ме;кду плитами пластометра заданным усилием F,,

при достижении квазиравновесного состояния.

Внутренний диаметр тарельчатой пружины обычно выбирают равным }5 О- Тогда другие параметры толщину пружины и высоту в исходном (недеформйрованном) состоянии Н - можно найти из условия совпадения характеристик пружины и идеально пластичного диска при одинаковых значениях F и h (в заданной точке диапазона измерений предела текучести LO ),

Тарельчатая пружина из упругого материала с модулем упругости Е имеет нелинейную характеристику.

t5 20

5

о r п

г

Жесткость пружины в точке (h, F) равна-D

0

5

СiL

dh

2 TTSE en-j 7 -d)

H

-s 2 3h

(r)

Пренебрегая значением S по срав-

лп

нению с h и Н , и приравнивая значения функций, заданных формулами (5) и (6), (l) и (7) соответственно, приходим к соотношениям (З) и (4). Следовательно, тарельчатая пружина с параметрами S и Н, удовлетворяющими соотношениям (З) и (4), воспроизводит поведение идеально пластичного диска с пределом текучести L, в точке (h, F) .

Рассмотрим конкретный пример исполнения упругого элемента в виде тарельчатой пружины, предназначен- , ной для градуировки и поверки мающего пластометра в точке (-0 - 0,2 МПа диапазона измерений предела текучести. Условия измерений те же, что и в рассмотренном примере: FK2KH, V IOcM ,

Принимаем ;- 2 . Модуль упругости d

стали 60 С2, из которой изготавливается пружина, Е 200 ГПа, Расчет по формулам (З) и (4) дает следующие параметры пружины: S 0,84 мм, Н 6, 7 3 мм,

Характеристика пружины показана на фиг.2 (кривая З). Погрешность воспроизведения предела текучести не превьшает 6,2%. Это зна штельно меньше, погрешности оценки предела т екучести по результатам косвенных измерений (в 2,5 раза).

На нагружение пружины и снятие показаний пластометра затрачивается до 5 мин, тогда- как при использовании известных упругих элементов, раздельной поверке с последующими расчетами необходимо затратить не менее 30 мин. Следовательно, производительность градуировки и поверки при использовании упругого элемента в предложенном исполнении возрас- т ает в 6 р аз .

Тарельчатая пружина в отличие от цилиндрических витых пружин сжатия может быть размещена непосредственно между плитами пластометра (как и испытываемые на гшастометре образцы), Это также способствует повышению точности градуировки

13377 ,

и поверки и сокращает время на их проведение.

Таким образом, повышение точнсг- сти градуировки и поверки по спи-

5 санному способу достигается тем что исключаются погрешности косвенных измерений. На шкапе ппастометра, проградуированной в единицах предела текучести, устанавливается

10 значение, воспроизводимое упругим элементом, т.е. производится прямое измерение предела текучести.

Отпадает необходимость раздельной градуировки и поверки преобразовате-

)5 лей перемещения, последующих вычислений с целью оценки погрешностей. Это повышает производительность процесса.

F.KHI

,MM

Составитель В. Алексеев Редактор Р. Цицика Техред М.НадьКорректор В,Синицкая

Заказ 776/53Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фмг.З

1. Способ градуировки и поверки сжимакяцих пластометров, включающий нагружение сжатием упругого элемента и измерение усилия нагружения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности, в каждой поверяемой точке нагружают упругий элемент, характеристика которого совпадает с характеристикой идеально пластичного диска в этой точке диапазона измерений предела текучести. i СЛ Фиг.