Устройство для определения рассеяния энергии в материале при циклическом нагружении Советский патент 1987 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов, а именно к -устройствам для определения рассеяния энергии в материалах при циклическом нагружении.

Целью изобретения является определение коэффициента поглощения энергии.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работьц на фиг. 3 - петля гистерезиса в координатах усилие - деформация.

Устройство содержит подвижный 1 и неподвижный 2 захваты, в которых закреплен образец 3 испытуемого материала, измеритель 4 скорости деформации и измеритель 5 усилия, через который захват 1 связан с механизмом 6 для циклического нагружения образца 3. К выходам измерителей 4 и 5 скорости деформации и усилия подключен двухканальньй аналоговьй вычислительный блок 7, каждый канал которого включает последовательно соединенные умножитель 8(9), один вход которого подключен к выходу измери- тeлLя 5 усилия (причем умножитель одного канала подключен через управляемый ключ 10), а другой вход подключен к выходу измерителя 4 скорости деформации, и интегратор 11(12), имеющий управляющий вход. Устройство содержит два аналого-цифровых преобразователя 13,14 (АЦП), цифровой вы- числительньш блок 15 и индикатор 16. Выходы интеграторов 11,12 соответ- . ственно подключены к взводам АЦП 13, 14, а выходы последних - к входам цифрового вычислительного блока 15. Индикатор 16, своим входом подключенный .к выходу блока 15, служит для визуализации результатов вычислений.

Для управления работой устройства оно снабжено блоком 17 управления, включающим последовательно соединенные формирователь 18 прямоугольных импульсов, подключенньш к выходу измерителя 5 усилия, формирователь 19 импульсов по переднему фронту, выход которого подключен к управляющим входам АЦП 13,14, и формирователь 20 импульсов по заднему фронту, выходом подключенный к управляющим входам интеграторов 11,12. Блок 17 управления также содержит второй формирователь 21 прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу из

5

0

5

0

мерителя 4 скорости деформации, и логический элемент И 22, своими входами подключенный к выходам формирователя 18 и 21 прямоугольных импульсов, а выходом - к управляющему входу ключа 10.

Устройство работает следующим образом.

При действии нагрузки, создаваемой механизмом 6, образец 3 циклически деформируется и его подвижньй конец совершает периодические колебания. Скорость деформирования, а также прилагаемое усилие регистрируются измерителями 4 и 5 и на их выходах образуются соответствующие электрические сигналы.

Коэффициент ( поглощения энергии определяется как отношение энергии, рассеянной за цикл нагружения, к потенциальной энергии упругой деформации за полуцикл. Определение величин этих энергий осуществляется при помощи умножителей 8 и 9 и интеграторов 11 и 12. Поступившие на входы умножителей 8 и 9 сигналы пропорциональные усилию P(t) и скорости деформации dS/dt, перемножаются и результирующие сигналы поступают на соответствзпощие входы интеграторов 11 и 12. В результате

интегрирования по времени, т.е. д-t

5

D; lp(t).,p,dt,(,2),.(1

)

на выходе интегратора 12 образуется сигнал, пропорциональный рассеянной энергии D, за цикл, а на вькоде интегратора 11 образуется сигнал, про0 порциональный рассеянной энергии D за определенньм промежуток цикла. Этот промежуток определяется по взаимному изменению сигналов, пропорциональных усилию P(t) и деформации

5 (t) (фиг.2). В этот момент, когда начинается уменьшение максимальной величины.(t) (фиг.2), оба сигнала и и , формируемые соответственно формирователями 18 и 21 импульсов,

Q принимают единичньй уровень и поступают на входы логического элемента И 22, в котором вырабатывается управляющий сигнал Ug., открывающий ключ 10, и сигнал, пропорциональньй

P(t), подается через умножитель 8 на входы интегратора 11. Интегрирование осуществляется до тех пор, пока переменная составляющая усилия P(t) не становится равна нулю. В этот

момент управляющий сигнал на выходе элемента И 22 становится равным нулю и ключ 10 закрывается. Таким образом, на выходе интегратора 11 образуется сигнал, пропорциональный площади СВР (фиг.З).

Подсчет числа циклов ведется по изменению переменной составляющей усилия P(t), В конце каждого цикла формирователем 19 импульсов вырабатывается короткий импульс (фиг.2) Ug лля пуска АЦП 13 и 1Д. Они преобразуют полученные аналоговые сигналы на выходах интеграторов 11 и 12 в цифровую форму. Так как длитель ность импульса U синхронизирована с длительностью такта преобразования, то по заднему фронту импульса на выходе формирователя 19 импульсов по переднему фронту вырабатывается другой короткий импульс Uy формирователем 20 импульсов по заднему фронту Этот импульс поступает на управляющие входы интеграторов 11 и 12 и переводит их в исходное состояние, а с окончанием импульса начинается следующий цикл.

В тот момент, когда заканчивается преобразование сигналов в цифровую форму, АЦП 13 и 14 вьвдают управляющий импульс для пуска вычислительного блока 15, в котором происходит вычисление потенциальной энергии упругой деформации за полуцикл и вычисление коэффициента поглощения; энергии. Потенциальная энергия определяется как площадь треугольника DBF, которая равна сумме площадей фигур ОВС и СВР, т.е.

S.

+ S.

OBF С6Р ОВС Так как ,25 циент (f вычисляется по

Л65Ш.

SCBF + 0.25Sft6cD

(2)

Вычисление этого вьфажения по поступившим сигналам с выходов АЦП 13 и 14 осуществляется в вычислительном блоке 15.

Полученный результат визуализируется цифровым индикатором 16.

При постоянно закрытом ключе 10 на индикаторе визуализируется значение рассеянной энергии за один цикл.

Таким образом, изобретение позволяет определять коэффициент поглоще0

5

0

ния энергии с высокой точностью, не зависящей от скорости деформирования и формы петли гистерезиса, так как интегрирование по контуру этой петли осуществляется в агшлоговой форме, а операции по вычислению коэффициента поглотцекия выполняются параллельно в цифровой форме, что с одной стороны повышает точность вычислений, а с другой - не предъявляет высоких требований к быстродействию вычислительного блока. Формула изобретения

Устройство для определения рассеяния энергии в материале при циклическом нагружении, содержащее механизм для циклического нагружения образца испытуемого материала, измерители скорости деформации и усилия, двух- канальньй аналоговый вьгчислительньй блок, каждый канал которого последовательно соединенные умножитель, входы которого соединены с выхода5 ми измерителей скорости деформации и усилия, и интегратор, блок управления, включающий формирователь прямоугольных импульсов, подключенный к выходу измерителя усилия, элемент И, один из входов которого подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсов, и подключенный к выходу элемента И управляющим входом управляемый ключ, через которьш один канал аналогового вычислительного блока соединен с выходом измерителя усилия, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью определения коэффициента поглощения, оно снабжено двумя АЦП и цифровым вычислительным блоком, к входам которого через АЦП подключены выходи интегрального аналогового вычислительного блока, каждьй из которых имеет

5 управляющий вход, а к выходу - индикатор, а блок управления содержит, второй формирователь прямоугольных импульсовS вход которого подключен к выходу измерителя скорости дефор0 мации, а выход - к второму входу

элемента И, и последовательно соединенные формирователь импульсов по переднему фронту, подключенный входом к выходу первого формирователя

5 прямоугольных импульсов, а выходом - к управляющим входам АЦП, и формирователь импульсов по заднему, фронту, выход которого подключен к управляющим входам интеграторов о

0

5

0

UjU2

%

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов. Целью изобретения является определение коэффициента поглощения энергии в материале при циклическом нагружении. Схема устройства реализует определение этого коэффициента по отношению энергии, рассеянной за цикл нагруже- ния, к, энергии упругой деформации образца 3 за полуцикл. Эти энергии эпределяются с помощью двухканаль- ного аналогового вычислительного блока 7, каждый канал которого содержит последовательно соединенные умножитель 8 (9) и интегратор 11 (12). Один вход каждого умножителя подключен к измерителю 4 скорости деформации. Второй вход умножителя канала подключен к измерителю5 усилия через управляемый ключ 10, а умножителя другого канала - непосредственно. Вычисление коэффициента поглощения производится цифровым вычислительным блоком 15, к которому через А1Щ 13, 14 подключены интеграторы 11,12. Устройство содержит блок 17 управления, вырабатывающий импульсы, управляющие ключом 10, интеграторами 11, 12 и АЦП 13, 14. 3 ил. § 1(Л

6/7

a

a

Фи.2

Редактор М. Келемеш

Составитель В, Пастуший

Техред Л.Сердюкова Корректор А. Тяско

Заказ 7429/39Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4