Учебный прибор для демонстрации процесса растяжения Советский патент 1992 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к наглядным пособиям по материаловедению и может быть использовано в учебных заведениях для демонстрации проявления эффекта памяти формы материалов и значения совершаемой при этом полезной работы в процессе изучения дисциплины материаловедения и при проведении научных исследований.

Известны учебные приборы, состоящие из приспособления для удержания

испытуемого образца и силонагружаю- щих и силоизмерительных устройств, позволяющие упростить конструкцию и повысить точность измерения путем использования точечного источника света и отражателя со шкалой. Ввиду особенности проявления памяти формы материалов данные устройства конструктивно не позволяют наглядно продемонстрировать свойства материа- .лов с памятью формы, например, из отечественного сплава типа ТН1.

J 1

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому учебному прбору является учебный прибор для демонстрации процесса растяжения, вклю чающий стрелочный индикатор смещений, смонтированные на направляющей ползуны с зажимами для крепления испытуемого тела, причем направляющая выполнена в виде стержня, инди- катор укреплен в торце последнего, ползуны смонтированы на стержне с различной степенью свободы, а ползун, смонтированный с большей степенью свободы, взаимодействует со стрелкой индикатора, и введена съемная подставка, несущая ролики, предназначенные для свободного укладывания на них стержня, и две стойки, одна из которых имеет на конце зажим, а другая - блок для крепления концов испытуемой проволоки.

Недостатком данного учебного прибора является то, что он также не позволяет наглядно продемонстрировать эффект памяти формы материалов и значение совершаемой полезной работы.

Целью предлагаемого учебного прибора для демонстрации процесса рас- тяжения является расширение дидактических возможностей путем демонстрации проявления эффекта памяти формы материалов и значения совершаемой полезной работы.

Данная цель достигается тем, что в учебный прибор для демонстрации процесса растяжения, содержащий основание, стойку, на конце которой укреплен блок для крепленияконцов испытуемого тела, зажимы и индикатор смещений, введено дополнитель- ное испытуемое тело, источник тока, переключатель, барабан с закрепленной на нем нитью и сменным грузом, укрепленный осесимметрично на колесе блока, и трос, жестко закрепленный совместно с указателем смещения на колесе блока, на концах которого установлены зажимы для крепления верхних концов испытуемых тел, нижние концы которых присоединены к второй паре зажимов, скрепленных со спиральными пружинами, которые соединены с основанием, а испытуемые тела выполнены из материала с эффектом памяти формы и соединены через переключатель с источником тока, при

5s

0 .

0

5

35

40

45

50

55

этом одно из тел предварительно де- фбрмирован-о на заданную величину растяжения, зажимы испытуемых тел выполнены из теплостойкого диэлектрического материала, над блоком на стойке установлена шкала индикатора смещений, под блоком установлена шкала перемещения груза, а шкалы для определения изменения размеров испытуемых тел установлены напротив зажимов верхних концов испытуемых тел и жестко скреплены с зажимами нижних концов испытуемых тел.

На фиг. 1 изображен общий вид учебного прибора на фиг. 2 - его электрическая схема.

Учебный прибор для демонстрации процесса растяжения содержит основание 1, стойку 2, на конце которой укреплено на оси 3 колесо k блока и трос 5с зажимами 6, 7 крепления верхних концов испытуемых тел 8 и 9, индикатор 10 смещений и шкалу 11, соединенную со стойкой 2„ Зажимы 12.и 13 нижних концов испытуемых тел 8 и 9 соединены с верхними концами спиральных пружин , которые скреплены с основанием 1. Испытуемые тела 8 и 9 выполнены из материала с эффектом памяти формы, при этом одно из них например испытуемое тело 8, предварительно деформировано на растягивающем устройстве на заданное значение растяжения Д1 (значение возвращаемой деформаций известно для каждого конкретного материала), а испытуемое тело 9 имеет исходную длину 10 (не растянуто). Зажимы 6,7 и 12, 13 испытуемых тел выполнены из теплостойкого диэлектрического материала, а испытуемые тела соединены через переключатель 15с источником тока. На колесе 3 блока укреплен осесиммет-. рично барабан 16 с нитью 17 и грузом 18„ Ниже колеса 3 блока на стойке установлена шкала 19 перемещения груза, а напротив зажимов 6 и 7 верхних концов, испытуемых тел с прикрепленными к ним указателями 20 установлены шкалы 21 для определения изменения размеров испытуемых тел, которые жестко скреплены с зажимами 12 и 13 нижних концов испытуемых тел.

Работа учебного прибора заключается в следующем.

В исходном положении переключа- . тель 15 установлен в первое положение, при котором к истопнику тока подключено испытуемое с предварительно выполненной деформацией. Когда температура тела 8 повысится, и достигнет точки начала обратного мар тенситного превращения (Ац), оно начинает сжиматься. При нагреве элемента 8 до перехода температуры через критическую точку конца обратного мартенситного превращения (Ak) испытуемое тело 8 полностью приобретает свою вторую форму и сжимается до исходного состояния 1р. При этом развивается усилие, обеспечивающее растяжение второго испытуемого тела 9 на длину Д1 и совершающее некоторую полезную работу путем поднятия груза на некоторую высоту Д.п. Материал испытуемых тел с эффектом памяти формы в условиях механического противодействия способен генерировать восстанавливающее напряжение, размер- которого превышает кг/мм2 ( МПа).

Обучаемые при этом наблюдают изменение положения индикатора 10 относительно делений шкалы 11, а также перемещение груза 18 относительно шкалы 19 и перемещение указателей 20 относительно шкал 21. Изменение взаимного положения указателей 10, 20 и соответствующих им шкал 11, 21 позволяет судить 6

0070

Н14Я

10

w, а испытуемое тело 8 при охлаждении растягивается на длину Л1; груз 18 перемещается -вверх, при этом совершается некоторая полезная работа. В результате обучаемые наблюдают размер возвращаемой формы испытуемых тел и значение совершаемой полезной работы.

Фор м у л а и з об р е т е н и я

0

Учебный прибор для демонстрации процесса растяжения, содержащий ос- 5 нование, стойку, на конце которой

укреплен блок для крепления концов . испытуемого тела, зажимы и индикатор смещений, о т л и ч а ю щ и и - .с, я тем, что, с целью расширения дидактических вбзможностей путем демонстрации проявления памяти формы материалов и величин совершаемой полезной работы, в него введено дополнительное испытуемое тело, источник тока, переключатель, барабан с закрепленной на нем нитью и сменным грузом, укрепленный осееиммет- римно на колесе блока, и трос, жестко закрепленный совместно с указателем смещения на колесе блока, на концах которого установлены зажимы для крепления верхних концов испытуемых тел, нижние концы которых присоединены к второй паре зажимов,

5

0

Изобретение относится к наглядным пособиям по материаловедению. Цель - расширение дидактических возможностей путем демонстрации проявления памяти формы материалов и величин совершаемой полезной работы. Учебный прибор содержит основание, стойку, укрепленное на ней колесо блока с тросом и зажимами крепления верхних концов испытуемых тел, индикатор поворота колеса со шкалой, зажимы нижних концов испытуемых тел, соединенные чер&з пружины с основанием. При этом испытуемые тела выполнены из материала с эффектом памяти формы и соединены с источником тока через переключатель, а одно из них предварительно деформировано на длину &1. На колесе укреплен барабан с нитью и сменным грузом, шкала которого укреплена на стойке, а шкалы для определения изменения размеров испытуемых тел укреплены на нижних зажимах испытуемых тел. При включении прибора осуществляется нагрев растянутого испытуемого элемента, при этом при переходе температуры через критические точки мартенситных превращений он сжимается до исходного состояния 1„ , развивая усилие, обеспечивающее растяжение на длину А1 второго испытуемого тела и перемещение груза, демонстрируя совершаемую полезную работу Затем переключатель устанавливается в следующее положение, при котором первый элемент охлаждается и одновременно с его охлаждением нагревается второй элемент и т.д. 2 ил. а « (Л 1 to

40

наличии и количественном значении эф- 35 скрепленных со спиральными пружина- фекта памяти формы, а перемещение груза 18 относительно шкалы 19 о наличии и значении полезной работы, совершаемой при этом (произведение массы груза на значение его перемещения дает количественную характеристику совершаемой полезной работы) .

После этого переключатель 1.5 устанавливается во второе положение, при котором первое испытуемое тело 8 отключается от источника тока . и охлаждается, а к источнику тока подключается второе испытуемое тело 9 При этом груз 18 перемещается на противоположный конец нити 17. При нагреве второго испытуемого тела 9 оно сжимается до исходного состоями, которые соединены с основанием а испытуемые тела выполнены из мате- L риала с эффектом памяти формы и соединены через переключатель с источником тока, при этом одно из тел предварительно деформировано на заданную величину растяжения, зажимы испытуемых тел выполнены из теплостойкого диэлектрического материала, 45 над блоком на стойке установлена

шкала индикатора смещений, под блоко установлена шкала перемещения груза, а шкалы для определения изменения размеров испытуемых тел установлены напротив зажимов верхних концов испытуемых тел и жестко скреплены с зажимами нижних концов испытуемых тел.50

скрепленных со спиральными пружина-

ми, которые соединены с основанием а испытуемые тела выполнены из мате- L риала с эффектом памяти формы и соединены через переключатель с источником тока, при этом одно из тел предварительно деформировано на заданную величину растяжения, зажимы испытуемых тел выполнены из теплостойкого диэлектрического материала, над блоком на стойке установлена

шкала индикатора смещений, под блоком установлена шкала перемещения груза, а шкалы для определения изменения размеров испытуемых тел установлены напротив зажимов верхних концов испытуемых тел и жестко скреплены с зажимами нижних концов испытуемых тел.

о r- о о

CN

r-

U

X

CsJus «N

I I IV П V I nil

VVA

у ........Г7л........./.

III II III I M I I I I I И И ГЦ Г I I H I I III I I I I I I f I I 11

№±4

SL

a

7

t

/

11 111 ii i/il Ki 11 i

I I Ч II A I M

a-

M

1

«5

i

х

фиг.2