Установка для определения демпфирующих свойств материалов при крутильных колебаниях Советский патент 1990 года по МПК G01N11/16 

Изобретение относится к исследованиям свойств материалов при переменных нагрузках, а именно к установкам для исследования рассеяния энергии в материалах при колебаниях, и может быть использовано для определения демпфирующих свойств материалов при крутильных колебаниях.

Цель изобретения - расширение температурного диапазона работы установки и повышение ее точности.

На чертеже изображена предлагаемая установка.

Установка содержит крутильный маятник, образуемый исследуемым образцом 1 с двумя жестко закрепленны-, ми на его концах инерционными осе- симметричными элементами, состоящими из донных частей 2 и стаканов 3. На 4 краях стаканов 3 жестко и диаметрально противоположно закреплены две пары силовозбудителей 4 и 5, причем силовозбудители в паре установлены на разных стаканах таким образом, чтобы возбуждающая сила, возникающая между ними, действовала перпендикулярно оси образца 1. Силовозбудители могут быть электромагнитные или других типов. К силовозбудителям подключен блок 6 возбуждения колебаСП

э

4

сл

Ј

го

ний. Приемник колебаний выполнен в виде оптической проекционной системы, включающей источник 7 света, например, в виде коллиматора, зеркало 8, модулятор светового потока, состоящий из двух круговых колец 9 и 10, жестко и соосно соединенных с соответствующими стаканами 3 Кольца 9 и 10 выполнены с идентичными окнами, равномерно распределенными по всей окружности колец и имеющими форму секторов кругового кольца. Ширина перемычек между окнами равна ширине окон, перемычки одного из колец расположены напротив окон другого кольца. Приемник включает также двояковыпуклую линзу 11 и фотоприемник 12. Установка содержит также блок 13 регистрации колебаний, который состоит, например, из усилителя, аналого- цифрового преобразователя, цифрового запоминающего устройства, элемеша сравнения и элемента управления (не показана). Выход фотоприемника 12 связан с входом блока 13 регистрации колебаний. Выход блока 13 регистрации колебаний связан с входом блока 6 возбуждения колебаний. Колебательная система подвешена на тонкой стальной нити 14, совпадающей с продолжением оси образца 1.

Установка работает следующим образом.

Световой пучок от источника 7 света направляют с помощью зеркала 8 перпендикулярно круговому кольцу 9 модулятора светового потока по всей его окружности. С помощью блока 6 возбуждения колебаний сигналы с требуемой частотой и амплитудой поступают поочередно на каждую пару сило- возбудителей 4 и 5, т.е. в противо- фазе. Благодаря направлению силового взаимодействия, перпендикулярному ос образца 1, через стаканы 3 на образец 1 передается крутящий момент. При этом стаканы 3 совершают циклические повороты, вокруг оси образца 1 в противоположных направлениях совместно с донными частями 2 и круговыми кольцами 9 и 10 модулятора светвого потока. При этом окна одного из колец начинают проектироваться на окна другого кольца и пропускать световой поток. Благодаря линзе 11 суммарный световой поток с окон, расположенных по всей окружности модулятора, поступает на вход фотоприемни

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ка I2 и изменяет свою интенсивность в зависимости от степени перекрытия окон одного кольца перемычками другого, т.е. в зависимости от угла , закручивания образца 1. Электрический сигнал на выходе фотоприемника 12 пропорционален углу закручивания образца и регистрируется в блоке 13 регистрации колебаний. Достижение наибольшей амплитуды колебаний крутильного маятника при заданном уровне подводимой мощности к силовозбу- дителям 4 и 5 свидетельствует о наступлении резонансного режима колебаний. Это определяется в блоке 13 регистрации колебаний путем сравнения (В течение некоторого заданного отрезка времени последовательных отсчетов амплитуд колебаний, после чего из блока 13 регистрации колебаний на вход блока 6 возбуждения колебаний поступает сигнал, прекращающий подачу энергии на силовозбудители 4 и 5. Происходит срыв колебаний и регистрация затухающего процесса свободных колебаний. Поскольку нить 14 подвеса достаточно длинная и имеет ничтожно малую крутильную жесткость, а также имеются малейшие практически неустранимые отклонения от осесимметричности в распределении масс крутильного маятника, при колебаниях происходит медленное паразитное вращение и покачивание колебательной системы как единого целого относительно оси подвеса. Однако благодаря тому, что световой поток с помощью двояковыпуклой линзы 11 собирается на фотоприемнике 12 со всей окружности кольцевого модулятора, указанное перемещение модулятора вместе с крутильным маятником не вызывает изменений в характере и интенсивности сигналов на входе и, соответственно, на выходе фотоприемника 12, т.е. не повлияет на точность измерений.

Так как модулятор светового потока устойчив к действию высоких и низких температур, то это дает возможность снабдить колебательную систему соответствующими нагревателем или охладителем (не показаны), что позволяет расширить температуный диапазон работы установки без снижения точности получаемых результатов.

Устранение субъективного фактора при определении начала процесса затухающих колебаний (момента срыва

515645

колебаний) и его автоматическое определение на установке благодаря связи блока регистрации колебаний с блоком возбуждения колебаний повышает точность работы установки за счет стабилизации и идентификации начальных условий процесса затухающих колебаний.

Формула изобретения Установка для определения демпфирующих свойств материалов при крутильных колебаниях по авт.св. № 1485064, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности

0

5

196

измерений и расширения их температурного диапазона, она дополнительно содержит два жестко и соосно соединениях со стаканами дисковых кольца с окнами, равномерно распределенными по всей окружности колец и имеющими форму секторбв, ширина перемычки между окнами равна ширине окна, перемычки одного из колец расположены напротив окон другого кольца, а также источник света и фотоприемник, причем выход фотоприемника связан с входом блока регистрации колебаний, выход которого связан с входом блока возбуждения колебаний.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для определения демпфирующих свойств материалов при крутильных колебаниях в различных температурных условиях. Целью изобретения является расширение температурного диапазона и повышение точности работы установки. Для этого колебательная система установки, выполненная в виде крутильного маятника с расположенными на нем силовозбудителями, снабжена оптической системой преобразования крутильных колебаний в электрические сигналы, нечувствительной к паразитному вращению крутильного маятника на нити как единого целого и к влиянию температуры. Оптическая система состоит из источника света, фотоприемника и установленного между ними модулятора светового потока в виде двух круговых колец с окнами, жестко связанных с соответствующими дисками крутильного маятника. Блок регистрации колебаний связан с блоком возбуждения колебаний, что дает возможность производить автоматический срыв колебаний при одинаковых заданных начальных условиях. 1 ил.