Устройство для измерения времени запаздывания текучести материалов при динамических испытаниях Советский патент 1988 года по МПК G01N3/30 

О9 О) 4 СО СП

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени за счет автоматизации процесса измерения и обработки. Сигнал с выхода фильтра 6 нижних частот через дифференциаторы 7 и 20 и компаратор 21 поступает на второй RS- триггер, на выходе которого формируется импульс, поступающий через второй преобразователь 23 время - код на вход вычитателя 19, на второй вход которого поступает сигнал с выхода первого преобразователя 18 время - код. Разность с выхода вычитателя 19, характеризующая время запаздывания текучести, поступает в виде цифрового кода на индикатор 16, куда также подается сигнал с аналого-цифрового преобразователя 15, пропорциональный начальной скорости бойка 2. 2 ил. (/)

/

Испытуемыа материал

(Pai.f

Изобретение относится к исследованиям физико-механических свойств металлов и сплавов и может быть использовано для измерения времени запаздывания текучести при динамических испытаниях.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени испытаний за счет автоматизации процесса и исключения операций но дополнительной обработке информации.

На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 - эпюры напряжений на выходах электронньгх блоков (номера выходных напряжений соот- :,ie гствуют номерам блоков) .

Устройство содержит корпус 1 , установленный в нем боек 2 со сферическим индентором 3, последовательно соединенные пьезоакселерометр 4, установленный на бойке 2, согласующий yctmuTenb 5 и фильтр 6 нижних -lacTOT, соединенные с его выходом .дифференциатор 7, пиковый детектор 8 иерь ый и второй компараторы 9 и 10 и интегратор II, генератор 12 тактевых импульсов, последовательно соединенные третий компаратор 13, вход которого соединен с выходом дифференциатора 7, соединенньй управляющим входом второй пиковый детектор 14, сигнальный Bxo/J которого соединен с интегратором 11, аналого-цифровой преобразователь 15 (ЩП), тактовый вход которого соединен с третьим выходом генератора 12 тактовых импульсов, и индикатор 16, последовательно соединенные RS-триггер 17, S- и R-входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго компараторов 9 и 10, а выход - с управляющим входом АЦП 15, преобразователь 18 время - код, второй вход которого соединен с первым выходом генератора 12 тактовых импульсов, и вьмитатель 19, выход которого соединен с вторым входом индикатора 16, последовательно соединенные второй дифференциатор 20, вход которого соединен с выходом первого дифференциатора 7, четвертый компаратор 21, соединенный R-входом с вторым RS-триггером 22, второй преобразователь 23 время -код, второй вход которого Соединен с вторым выходом генератора 1 2 тактовых импульсов, а выход - с вторым входом вьтитателя, и пятый компаратор 24,

0

j

вход которого соединен с выходом согласующего усилителя 5, а выход - с S-входом второго RS-триггера 22, выход которого соединен с управляющим входом первого пикового детектора 8, выход которого соединен с вторым вхо-. дом первого компаратора 9.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 устанавливают на поверхность испытуемого материала. Блок 2 под действием силы тяжести или с помощью пружины (не показана) разгоня- 5 ется до рпределенной начальной скорости V и ударяет индентором 3 по поверхности испытуемого материала,

При динамических (ударных или высокоскоростных) испытаниях различ- )1ых материалов параметры соударения бойка 2 с материалом служат надежными критериями контроля физико-механических свойств последних. Зависимость ударного ускоре1 ия бойка 2 при соударении его с поверхностью испытуемого материала получают с помощью ударного пьезоакселерометра, установленного на бойке 2 и преобразующего ударное ускорение в эквивалентное ему изменение выходного напряжения Ca(t) Ua(t) . Зависимость дарного ускорения a(t) в процессе внедрения индектора 3 в материал позволяет выявить характерные точки (длительности, амплитуды), характеризующие переходы материала из стадий упругого деформирования в стадию пластического течения на этом нагружении соударяющихся тел (время t, фиг.2а) и в стадию упругого восстановления или разгрузки соударяющихся тел (время t,, на фиг.2а). При этом точка перегиба на кривой ) на этапе нагружения надежно характеризует начало пластического течения материала: длительность t - время его начала, а мгновенное значение .1апряжения U ат. А величину динамического предела текучести ( й д). На этапе разгрузки длительности восстановления упругих деформаций определяются, в основном, упругими свойствами бойка и испытуемого материала и не зависят от вида нагружения. Поэтому можно считать, что длительность tn (фиг.2а) при изменении ударного ускорения на этапе разгрузки от значения, пропорционального динамическому пределу текучести до окон0

5

0

5

0

5

чания соударения, соответствует времени восстановления упругих деформаций испытуемого материала точно также, как если бы он был сжат соответствующей этому ударному ускорению статической контактной силой (Pf,

а X m

д ,.имея ввиду, что

Р.

а

т. А

про

(5ййка прочность бойка 77

нести материала.

На фиг.2а показано, что длительность t , соответствующая упругому деформированию на этапе нагрузки, больше длительности разгрузки t н этапе восстановления. Эта разница о ределяется именно динамичностью на- гружения и характеризуется временем запаздывания текучести при высокоскоростных (ударных) нагружениях (испытаниях) материалов, т.е. t , t - с (фиг.2а). Величина запа- здьшания текучести служит важнейшей характеристикой при оценке влияния динамичности нагружения и определения момента зарождения пластической деформации при испытаниях различных материалов.

Электрический сигнал с пьезоаксе- лерометра 4, преобразующего ускорени движения бойка 2 в процессе соударения с испытуемым материалом в пропорциональное ему напряжение, поступает на вход согласующего усилителя 5, предназначенного для согласования электронных обрабатывающих блоков с выходным импедансом пьезоакселеро- метра 4, и далее на входы фильтра 6 нижних частот, отфильтровывающего импульс напряжения от высокочастотных составляющих, и пятого компаратора 24. Передним фронтом сигнала с пятого компаратора 24 (фиг.2з) йто- рой RS-триггер 22 переводится в состояние логической 1 (фиг.2д).Одновременно сигнал с выхода фильтра 6 нижних частот (фиг.2а), дважды продифференцированный с помощью дифференциаторов 7 и 20, поступает на вход четвертого компаратора 21, который формирует положительный перепад напряжения на своем выходе в момент перехода второй производной сигнала (фиг.2в) через нуль (фиг.2к). Второй RS-триггер 22 этим перепадом устанавливается в состояние логического О (фиг.2д). Таким образом, на выходе второго RS-триггера 22 формируется прямоугольный положительный импульс, длительность которого

2Ь

30

д

- 15 20

е

35

40

45

50

55

равна интервалу времени от начала ударного импульса до наступления динамического предела текучести испытуемого материала. Длительность этого импульса с помощью второго преобразователя 23 время - код преобразуется в эквивалентный цифров ой код, например двоичный, который поступает на один из входов вычпта- теля 19.Во время действия импульса на выходе второго RS-триггера 22 открыт первый пиковый детектор 8 и, таким образом, в течение времени t на обоих входах первого компаратора 9 находятся равные между собой по амплитуде сигналы (фиг.2а и г). В момент времени t, от начала ударного импульса первый пиковьш детектор 8 закрывается и на его выходе остается напряжение, пропорциональное ударному ускорению в момент времени t от начала ударного импульса, т.е. (фиг.21). До тех пор, пока сигналы на входах первого компаратора 9 равны или сигнал на выходе фильтра 6 нижних частот больше, чем сигнал на выходе пикового детектора 8, на выходе первого компаратора 8 сохраняется состояние логического О. Как только напряжение на выходе фильтра 6 нижних частот станет меньше напряжения на выходе первого пикового детектора 8 на величину ilU, которая определяется чувствительностью первого компаратора 9 и, следовательно, может быть пренебрежительно мала, на выходе первогокомпаратора 9 устанавливается логическая 1 (фиг.2е). Этим переходом первый RS-ipnrrep 17 устанавливается в состсояние логической 1 (фиг.2и). В момент окончания ударного импульса срабатывает второй компаратор 10, который положительным перепадом на своем выходе сбрасывает первый RS-триггер 17 в О. Таким образом, на выходе первого RS-триггера 17 формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна интервалу времени t от момента достижения напряжения величины, пропорциональной ускорению на динамическом пределе текучести испытуемого материала в фазе отскока бойка до окончания ударного им-, пульса. Этот интервал времени с помощью первого преобразователя 18 вре мя - код преобразуется в эквивалентный цифровой код, например двоичный, который поступает на второй вход вы- читателя 19, на выходе которого формируется цифровой код, например двоичный, эквивалентный разности време1

т.е. времени запаздыва

ни t I НИН tjjjf, текучести материала при динамическом нагружении. Величина времени запаздывания индицируется индикатором 16 в удобной для оператора форме, например в цифровой.

Очень важным моментом при динамических испытаниях является знание величины начальной скорости соударения индентора 3 с материалом, которая слуткит основным критерием оценки постоянства начальных условий проведения испытаний и, кроме того, является величиной, позволяющей проводит сравнение результатов различных испытаний. Для оценки величины скорости соударения импульс напряжения с выхода фильтра 6 нижних частот интегрируется интегратором 11, на- пряяСение с выхода которого (фиг.2м) поступает на вход второго пикового детектора 14. Третий компаратор 13 вьфабатывает на своем выходе прямоугольный импульс (фиг.2л), длительность которого равна времени упру- гопластического нагружения матери

ала t, т.е. времени от начала ударного импульса до его максимума . Этот импульс открывает второй пиковый детектор 14 на это время. Известно, что площадь под кривой ударного ускорения от начала ударного импульса до его максимума равна начальной ско- рости V(, бойка 2. Следовательно, мгновенная величина напряжения (фиг,2м) на выходе интегратора 11 в момент времени t будет пропорциональна начальной скорости V р. В момент времени t второй пиковый детектор 14 закрывается и на его выходе остается напряжение, которое преобразуется АЦП 15, запускаемым по переднему фронту импульса с выхода первого RS-триггера 17,-в эквивалентньй цифровой код, например двоичный. Величина, пропорциональная начальной скорости V, индицируется индикатором 16 и служит для оценки постоянства начальных условий соударения.

Таким образом, устройство позволяет значительно повысить точность контроля времени запаздывания текучести материалов при динамических

испытаниях за счет исключения этапов осциллографирования, фотографирования и последующих геометрических построений. Вместе с тем, предлагаемое устройство значительно сокращает время проведения испытаний за счет полной автоматизации процесса контроля и обработки результатов,а также за счет исключения изготовления специальных контрольных образцов, что приводит к значительной экономии материалов и изделий. Кроме того, устройство позволяет производить из- мерения начальной скорости бойка, что является весьма важным для сопоставления результатов измерений времени запаздывания текучести, проводимых в различных условиях.

Формула изобретения

Устройство для измерения времени запаздывания текучести материалов при динамических испытаниях, содержащее корпус, установленный в нем боек со сферическим индентором,установленный на бойке пьезоакселеро- метр, соединенный с его выходом согласующий усилитель, генератор тактовых импульсов и индикатор, отличающееся тем, что, с ,елью повышения точности и сокраще- г1ия времени измерения, оно снабжено соединенным с выходом согласующего усилителя фильтром нижних частот, соединенными с его выходом дифференциатором, пиковым детектором, интегратором и первым и вторым компараторами, последовательно соединенными RS-триггером S- и R-входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго компараторов, и преобразователем время - код, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, последовательно соединенными третьим компаратором,вход которого соединен с выходом дифференциатора, соединенным управляющим входом с вторым пиковьп детектором, сигнальный вход которого соединен с выходом интегратора, и аналого-цифровым преобразователем,управляющий вход которого соединен с выходом RS-триггера, тактовый вход - с третьим выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с индикатором, последовательно соединенными вторым дифференциатором, вход кото

рого соединен с выходом первого диф- ферен1Ц1атора, четвертым компаратором, соединенным R-входом с вторым RS- триггером, вторым преобразователем время - код, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, и вычитателем,. второй вход которого соединен с выходом первого преобразователя время код, а выход - с вторым входом индикатора, и пятым компаратором, вход которого соединен с выходом согласующего усилителя, а выход - с S-вхо- дом второго RS-триггера, выход которого соединен с управляющим входом первого пикового детектора, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора.