Способ определения физико-механических характеристик ортотропных материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N3/32 

00 С55 О) СО

113

Изобретение относится к исследованию физико-механических характеристик материалов и может быть исполь- Iзовано, например, для исследо- вания, композиционных материалов на основе полимерной матрицы и армирующего волокна, в частности стеклоборо- и углепластиков.

Цель изобретения - повышение ин- формативности за счет определения модулей упругости в осевом и окружном направлениях, модуля сдвига и коэффициента Пуассона при одном испытании, получение более достоверных ре- зультатов и снижение трудоемкости. Предлагаемый способ основан на возбуждении гармонических колебаний оболочечной конструкции из- исследуемого материала на резонансных часто- тах и регистрации резонансных частот При возбуждении колебаний оболочечной конструкции на резонансной частоте регистрируют соответствующие этой частоте число п волн в окружном направлении и число m полуволн в осевом направлении. Используя зарегистрированные значения чисел пищ, вьздёляют три значения резонансных частот и; , при которых п; п, где п - число волн, соответствующее низшей резонансной частоте OQ ; m- m,, где niji - число полуволн, соответствующее -ОЗд , а также одно значение резонансной частоты, при котором п. и m Шо.

п.

Модули упругости Е, и Е в осевом и окружном направлениях соответственно, а также значение комплекса,вклю- чающего коэффициент Пуассона Vg и Модуль сдвига G,2, определяют по зависимостям между резонансными час

22

тотами Ш; (i 1,2,3) оболочечной

конструкции, при которых п- Г1о

m const, геометрическими параметрами конструкции и физико-механическими характеристиками материала конструкции, решая системы уравнений:

а„ Е,+а,,,,з( +20,2) С,; аг, E,+aj E2+a2,(E,+2G,i) Cj; а,, E,+a,,,(E, +20,, ) С,

где а., (1+K.nt). A ; а;(1-прк. п|;

а. K. ;

Cj ш|р. . );

«

К

01 - .

д - 17-со ,

где р - массовая плотность материала;R,L,h - радиус, длина и толщина

конструкции;

fj - резонансная частота конструкции;

п; - число волн в окружном направлении;

Шо - число полуволн в осевом направлении, соответствующее i-й резонансной частоте; Пр - число полуволн, соответствующее низшей резонансной частоте.

Значение коэффициента Пуассона- Вычисляют, используя полученные значения Е

формуле

EJ и В Е,. 2G

12

ПО

Изобретение относится к исследованию физико-механических характеристик ортотропных материалов, например композиционных материалов на основе полимерной матрицы и армирующего волокна. Изобретение позволяет повысить информативность за счет определения модулей упругости в осевом и окружном направлениях, модуля сдвига и коэффициента Пуассона при одном испытании, получить более достоверные результаты и снизить трудоемкость испытаний. Способ основан на возбуждении оболочечной конструкции на резонансных частотах и регистрации резонансных частот и соответствующих им числа п волн в окружном направлении и числа m полуволн в осевом направлении. Для расчета искомых характеристик используют 3 значения резонансных частот, при которых п; По, где Пд - число волн, соответ- ствукйцее низшей резонансной частоте со , и т,- П1ц, где т - число полуволн, соответствующее О, и одно значение резонансной частоты, при котором п « п- и m ш... (Л

где

Ег П, ,Е А . p-R Е,

- „ -,;

п.|

COj - резонансная частота, при которой п « , m Шд. Значение модуля сдвига получают и соотношения

г - В - Е,.

Таким образом, изобретение обеспечивает определение комплекса характеристик ортотропного материала при проведении одного вида испытаний одного объекта. Использование в качест3 3

ве объекта испытаний оболочечной. конструкции исключает необходимость вырезки обычно используемых для таких испытаний кольцевых образцов. Это позволяет уменьшить трудоемкость и получить более достоверные результаты, так как при вырезке образцов нарушается целостность армирующих волокон и, как следствие, изменяются характеристики материала.

Формула изобретения Способ определения физико-механических характеристик ортотропных ма- териалов,. по которому возбуждают гармонические колебания объекта из исследуемого материала на резонансных частотах и регистрируют резонансные частоты, по которым рассчитывают уп- ругие постоянные материала, отличающийся тем, что, с целью

124

повышения информативности за счет определения модулей упругости в осевом и окружном направлениях, модуля сдвига и коэффициента Пуассона при одном испытании, получения более достоверных результатов и снижения трудоемкости, испытанию подвергают объект в виде оболочечной конструкции, регистрируют соответствующие резонансным частотам число п волн в окружном направлении и число m полуволн в осевом направлении, выделяют три значения резонансных частот О; , при кото рых П -; Пд , где п - число волн,соответствующее низшей резонансной частоте QO ; т; Год, где Шо - число полуволн, соответствующее со, и одно значение резонансной частоты, при котором п «i ПдИ1П то, а искомые характеристики рассчитывают по выделенным резонансным частотам.