Способ исследования демпфирующих свойств материалов со слоем покрытия при поперечных колебаниях Советский патент 1992 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к способам исследования демпфирующих свойств материалов со слоем покрытия при поперечных колебаниях, преимущественно демпфирую щих полимерных покрытий.

Известен способ исследования динамических свойств материалов при изгибных колебаниях, заключающийся в том, что используют элемент в виде балки равного сопротивления изгибу, имеющий две расположенные под углом одна к другой боковые стенки с одинаковыми и постоянными сечениями, которые образованы сквозным вырезом в виде равнобедренной трапеции в плоскости, перпендикулярной

плоскости1 колебаний, при этом геометрические параметры груза, прикрепленного к свободному концу элемента, и угол между боковыми стенками выбирают из условия пересечения средних линий продольных центральных сечений этих стенок в центре тяжести груза, возбуждают в элементе изгиб- ные (поперечные) резонансные колебания, регистрируют параметры этих колебаний и по этим параметрам судят о динамических свойствах материала элемента.

Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная тем, что в используемом элементе имеются переходный участок с неоднородным напряженным

СО

о

S3

со

состоянием и вырез в рабочей части элемента, который является концентратором напряжений и изменяет напряженное состояние по длине элемента. Кроме того, рабочие участки используемого элемента малы для исследования динамических свойств, например, армированных полимерных покрытий.

Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования демпфирую- щих свойств материалов при поперечных колебаниях, заключающийся в том, что образец постоянной толщины и переменной ширины закрепляют консольно, к свободному концу образца прикрепляют инерцион- ный . груз, возбуждают в образце поперечные резонансные колебания, регистрируют параметры этих колебаний, по которым судят о демпфирующих свойствах материала. При этом используют образец с двумя слоями покрытия одинаковой толщины, нанесенными на поверхности подложки, перпендикулярные плоскости колебаний, причем толщину покрытия и подложки выбирают из условия обеспече- ния.однородности деформированного состояния по толщине, а закон изменения ширины образца, массу и момент инерции груза назначают из приведенных расчетных зависимостей, полученных из условия обес- печения постоянства деформации по его длине.

Однако при исследовании демпфирующих свойств материалов при поперечных колебаниях известным способом в матери- але покрытия создаются лишь нормальные напряжения. Недостатком этого способа является невозможность испытания материала покрытия при совместном действии нормальных и касательных напряжений.

Целью изобретения является повышение точности за счет создания однородного напряженного состояния при совместном действии нормальных и касательных напря- жений.

На фиг. 1 изображены устройство для осуществления предлагаемого способа и разрез А-А; на фиг. 2 - то же вид сверху.

Материал со слоем покрытия 1, закон изменения ширины которого назначают из условия обеспечения постоянства деформации по длине, закрепляют консольно, к свободному концу образца прикрепляют инерционный груз 2, возбуждают в образце поперечные резонансные колебания, реги- стрируют параметры этих колебаний, по которым судят о демпфирующих свойствах, используют образец, имеющий сквозные продольные прорези 3 в материале, расположенные на одинаковых расстояниях от

его нейтральной плоскости и образующие полости, частично заполненные по ширине 5(х) слоем покрытия 4, выбираемой из следующего соотношения:

.I CkUCeK JkHx

;(c,(((K.i(4(k)tK5/4(k

е

)

Xjxpa,

с - Ke

EKz%

Iе

. h

Me№-сХлы 1 ,1«4(М

fb(e) -U 4 bs bisiit

ie : ТЛм J

4fc: ШмчWM K,/4(i,W(2eSf)j

b(ei

. i/e-co

Щу

где б (х) -- ширина слоя покрытия;

b(l), b,(l);-ширина образца и значение ее первойиПроизводной в точке крепления инерционного груза;

I y(k), К|/(Ю модифицированные функции Бесселя первого и второго рода порядка V .

I - момент инерции груза;

М - масса груза; (о - собственная грузовая частота;

I - длина образца;

/3k - плотность слоя покрытия;

Ек - модуль упругости слоя покрытия;

tk - толщина слоя покрытия;

п - число слоев покрытия;

hk - расстояние, отсчитываемое от нейтральной плоскости до ближайшей поверхности к-ro слоя покрытия;

Кт - технологический параметр, имеющий размерность длины;

х - координата точки по длине образца.

Способ осуществляется следующим образом... .

Используют образец длиной ,30 м, толщиной ,0011 м, шириной образца в месте крепления инерционного груза Ь(1)7,7- 10 Зм, шириной образца в заделке Ь(6)55,5 м, параметрами инерционного груза М-1 3772 кг, ,0102 кг м2. Материал образца -сталь ВМ Ст. 3, покрытия - клеевая композиция Спрут МП ( МПа; , 3-103 кг/м3) Сквозные продольные прорези в материале выполняют на расстоянии ,5 м от нейтральной плоскости толщиной 1,1 м . Ширина слоя покрытия в сечении ,030 м составляет 17,5 м, в сечении ,24 м - 1-6.2 м. Прорези заполняют материалом покрытия с использованием съемных прокладок, вырезанных по требуемому профилю.

Образец широкой частью жестко прикрепляют к столу вибростенда. Колебания в образце возбуждаются за счет кинематического перемещения защемленного конца. Значения нормальных и касательных напряжений в материале покрытия оценивают с помощью тензорезисторов, установленных по длине образца, на резонансной частоте 32 Гц. Создание однородного напряженного состояния при совместном действии нор- м-альных и касательных напряжений позволяет с высокой степенью точности определить демпфирующие свойства материалов. Величины демпфирующих -свойств материалов определяются на основе замеров параметров вибрации с использованием известных зависимостей.

Формула изобретения : Способ исследования демпфирующих свойств материалов со слоем покрытия при поперечных колебаниях, заключающийся в

том; что материал со слоем покрытия, закон изменения ширины которого назначают из условия обеспечения постоянства деформации по длине, закрепляют консольно. к свободному концу образца прикрепляют инерционный груз, возбуждают в образце поперечные резонансные колебания, регистрируют параметры этих колебаний, по которым судят о демпфирующих свойствах,

0 отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет создания однородного напряженного состояния при совместном действии нормальных и касательных напряжений, используют обра5 зец, имеющий сквозные продольные прорези в материале, расположенные на одинаковых расстояниях от его нейтральной плоскости и образующие полости, частично заполненные по ширине 6 (х) слоем

0 покрытия, выбираемой из соотношения

I/

.W+CaK tklfx -vfr

(C,(l,/4(k) I5)4(HUC2(K.M4(k) f К5/4(Ю) ,

и

« 2TbkpKiK

.-

U{.b(er/ -Ctk4,4(fct)

- . -: .

5

0

где k.V xu/2}

Csi 1

lf/4.(M

5. c2«(b(e)U 4 bHii ±Wfet)/( L 126Г 7ГГ r.LU4lki J

M&

0. Л

сь

5

0

е гГМИТт {fcu-WM-Г

wli((4( IF7r + 3((k,)/()y

;;. i-e..со.

Л1 fa.цJ

ZI j ., „г ч

. -,1(П Aue.fir

iblbJ n kt -;

- ftKWZ

kti r

Ш

hk-t

KaiL

K-I где д (х) - ширина слоя покрытия;

b(l), b(l) - ширина образца и значение ее первой производной в точке крепления 5 инерционного груза;

I v(k). К (Ю м°ДиФичиР°ванные ФУЖЩИИ Бесселя первого и второго рода порядка v

- момент инерции груза;

М - масса груза;,

со- собственная круговая частота;

I - длина образца;

pk - плотность слоя покрытия;

Ёк модуль упругости слоя покрытия;

tk - толщина слоя покрытия;

п - число слоев покрытия;

пк - расстояние, отсчитываемое от нейтральной плоскости до ближайшей поверхности К-ro слоя покрытия;

Кт - технологический параметр. им0ю- щий размерность длины;

х - координата точки по длине образца.

Изобретение относится к способам исследования демпфирующих свойств матери- алов при поперечных колебаниях, преимущественно демпфирующих полимерных покрытий. Цель изобретения - расширение диапазона исследований за счет создания однородного напряжения состояния при совместном действии нормальных и касательных напряжений. К свободному концу консольно закрепленного образца прикрепляют инерционный груз. Возбуждают поперечные резонансные колебания, регистрируют параметры колебаний и по ним судят о демпфирующих свойствах материала. Используют образец в виде балки равно-, го сопротивления изгибу, имеющей вырезы, расположенные на одинаковом расстоянии от нейтральной плоскости и частично заполненные по ширине материалом покрытия. Закон изменения ширины покрытия назначают из приведенной зависимости, полученной из условия постоянства нормальных и касательных напряжений по длине образца. 2 ил. С/) с Ь

4J

Фиг.1

Фиг. 2