Устройство для циклических нагружений партии образцов Советский патент 1991 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для циклических нагружений образцов при повышенных, нормальной и пониженных температурах.

Цель изобретения - повышение точности нагружения за счет снижения числа электромагнитных возбудителей, упрощения элекрической коммутации цепей возбудителей и уменьшения суммарной теплоемкости размещенных внутри термокамеры средств нагружения.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - схема электромагнитного возбудителя колебаний; на фиг. 3 - схема работы устройства; на фиг. 4 - составной образец из низкомодульного материала; на фиг. 5 - однородный образец из упругого материала.

Устройство для определения динамических характеристик материалов, например, при использовании двух образцов (одна пара образцов), состоит (фиг. 1) из

термокамеры 1 с установленной в ней испытательной стойкой 2, на которой укреплены держатели 3 и 4 образцов, датчики 5 и 6 колебаний образцов, например, электретныс или электромагнитные, термодатчик 7 и электромагнитный возбудитель 8. В держателях образцов (захватах) закреплены образцы 9 и 10. Генератор синусоидальных сигналов и коммутатор электрических цепей не показаны.

Устройство работает следующим образом.

На электромагнитный возбудитель 8 колебаний поступает сигнал с генератора звуковой частоты (диапазон 20-2000 Гц) и создает переменное магнитное поле заданной частоты, которое, взаимодействуя с образцами 9 и 10, вызывает в них изгибные колебания. Сигнал генератора контролируется электронно-счетным частотомером При колебаниях образцов в датчиках 5 и 6 колебаний наводится электрический сигмал, котоЮ

G3

рый регистрируется электронным вольтметром. Изменяя частоту генератора в заданном диапазоне, определяется амплитудно-частотная характеристика образцов, используя которую и массо-габаритные данные образцов рассчитывают динамические характеристики исследуемого материала. Для контроля температуры внутри рабочей зоны термокамеры 1 используется термодатчик 7, сигнал с которого отображается на регистрирующем температуру приборе.

Электромагнитный возбудитель колебаний образцов (фиг. 2) состоит из катушки 11, двух постоянных магнитов 12 и 13, рамы 14 электромагнитного возбудителя из немагнитного материала и сердечника 15 из магнитного материала. Основной несущей конструкцией возбудителя является рама, изготовленная из немагнитного материала, на которой с помощью сердечника- стяжки закреплена катушка. Постоянные магниты закрепляются на катушке клеем и либо любым другим способом, не нарушающим работы устройства. Катушка представляет собой цилиндрический соленоид, внутрь которого установлен сердечник, роль которого выполняет стяжка, изготовленная из низкоуглеродистой стали. Постоянные плоские магниты установлены таким образом, что их продольные оси параллельны продольной оси катушки, расстояния между осями каждого магнита и катушки равны, торцы катушки и магнитов лежат в одних плоскостях с каждой стороны, причем ориентация полюсов магнитов противоположна. Длина магнитов равна высоте катушки.

Испытуемые образцы и катушка возбудителя расположены соосно, т. е. их продольные оси лежат на одной прямой. Образцы 9 и 10 обращены к возбудителю свободными концами.

Принцип работы электромагнитного возбудителя заключается в следующем (фиг. 3).

При отсутствии электрического тока в катушке 11 (фаза За) образцы 9 и 10 находятся в нейтральном положении. При подаче переменного (синусоидального) тока в катушке 11 возникает переменное магнитное поле, при этом необходимо рассматривать две фазы мгновенных значений (фиг. 36, в).

Во время первой фазы (фиг. 36) вверху катушки 11 возникает, например, положительный магнитный полюс S, а внизу отрицательный магнитный полюс N. Взаимодействие полюсов постоянных магнитов 12 и 13 и наведенных полюсов катушки 11 приводит к преобладанию одного из полюсов на торцах катушки. Например, в верхней части возбудителя положительный полюс 5 (образованный постоянным магнитом 13 справа и катушкой 15) превышает отрицательный полюс N (постоянный магнит 12) слева. В результате образец 9 стремится к центру области преобладающего магнитного полюса S, т. е. изгибается вправо. В нижней части

возбудителя преобладает отрицательный полюс N (справа), поэтому образец 10 также изгибается вправо.

Во время второй фазы (фиг. Зб) из-за

изменения направления электрического тока в катушке 11 на противоположное происходит наведение преобладающего магнитного полюса в верхней N и нижней S частях возбудителя слева. Следовательно, образцы 9 и 10 изгибаются влево.

0 При гармоническом изменении величины и направления электрического тока в катушке 11 происходит гармоническое изменение напряженности и формы магнитного поля у торцов возбудителя 8, что приводит

к возникновению гармонических изгибных колебаний образцов 9 и 10.

Для проведения исследований механических свойств полимерных материалов применяют испытуемые образцы, например, следующей конструкции (фиг. 4).

0 Если значение динамического модуля упругости материала образца находится в пределах 105-107 Па, применяют составные образцы (фиг. 4). При этом полосу исследуемого материала 16 наклеивают на стальную, пластину 17. Стальная пластина выполняет функции магнитного материала, необходимого для раскачки (изгиба) образца электромагнитным возбудителем, а также функции конструкционного материала, так как материал с низким модулем упругости

о неустойчив по форме. Расчет динамических характеристик материала производится на основе сравнения амплитудно-частотных характеристик составного образца и отдельно испытанной стальной пластины без нанесенного на нее исследуемого материала. Ис5 пытания составного образца и пластины следует проводить в идентичных условиях. Применение предлагаемого устройства позволяет одновременно испытать составной образец и пластину на одном возбудителе, тем самым повышая производительность

0 испытаний.

Если значение динамического модуля упругости материала превышает 108 Па, то применяют однородный образец (фиг. 5), состоящий из полосы исследуемого материала

с 18, закрепленной, например вклеенной, в оправку 19. Оправка предназначена для устранения деформации образца материала 18 при его закреплении в держателях 3 и 4. Для возбуждения изгибных колебаний в об- разце электромагнитным возбудителем 8 на

0 свободном конце образца 18 закрепляют полоску 20 ферромагнитного материала 20. Если исследуемый материал-ферромагнетик, полоска 20 на образец не закрепляется.

Изобретение позволяет существенно упростить конструкцию устройства, а именно,

5 сократить в два раза количество необходимых электромагнитных возбудителей. При этом количество трудоемких в изготовлении моточных изделий (электромагнитных катушек) сокращается в 4 раза. Уменьшение количества электромагнитных возбудителей при испытании того же числа образцов материала адекватно сокращает сложность электрической коммутации цепей управления возбудителями от генератора синусоидальных колебаний, что приводит к повышению оперативности настройки возбудителей на резонансную частоту колебаний образцов во время испытаний. Уменьшение числа возбудителей, размещаемых в термокамере, приводит к снижению теплоемкости всей конструкции устройства, что позволяет более оперативно проходить весь температурный диапазон (от минус 70 до плюс 80°С) во время испытаний. Все это способствует также повышению производительности испытаний.

Формула изобретения

Устройство для циклических нагружений партии образцов, содержащее генератор синусоидальных сигналов, связанный с ним

0

коммутатор цепей, средства регистрации соответственно температуры и амплитуды колебаний образцов,термокамеру,установленные внутри нее захваты для консольного закрепления образцов и связанные с коммутатором электромагнитные возбудите™ колебаний, отличающееся тем, что, с целью повышения точности нагружения за счет снижения числа электромагнитных возбудителей, упрощения электрической коммутации цепей возбудителей и уменьшения марной теплоемкости размещенных внутри термокамеры средств нагружения, захваты установлены попарно соосно и предназначены для установки образцов свободными концами навстречу один другому, число возбх- дителей колебаний равно числу пар захватов, а каждый возбудитель выполнен в виде соосной соответствующей паре захватов и расположенной между ними катушки с сердечником и двух линейных противоположно 0 ориентированных постоянных магнитов, длина которых равна высоте катушки, расположенных параллельно ее оси симметрично относительно нее.

5

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для циклических нагружений образцов при повышенных, нормальной и пониженных температурах. Цель изобретения - повышение точности нагружения за счет снижения числа электромагнитных возбудителей, упрощения электрической коммутации цепей возбудителей и уменьшения суммарной теплоемкости размещенных внутри термокамеры средств нагружения. Образцы материала из ферромагнитного материала (либо связанные с ферромагнитными пластинами) закреплены консольно и попарно навстречу друг другу в соосных захватах. На возбудитель колебаний поступает гармонический сигнал. При наличии тока в катушке воз никает переменное магнитное поле, в результате взаимодействия с которым образцы циклически изгибаются в сторону соответствующего линейного постоянного магнита. 5 ил. иэ

г&

Д2

XJ

Фиг 1Ю

Я $

$

Я

9

I/ / / / / / S / ////////

Ј1

01

2i

к

Я

/

я л

/

It

I гиф

D

/у ///////////////

7

Si U

Ј186291

21

20

Фиг.1

19

Фив. 5