Способ моделирования структуры и демонстрации механических свойств поликристаллических тел Советский патент 1992 года по МПК G09B23/00 

СО

Ic

Использование: для наглядной ил- I люстрации деформируемости поликристалъ 7. t J - I ллических тел в зависимости от свойств компонентов структуры. Сущность изобретения: модель тела выполняют из эквивалентного материала, подвергают его силовому воздействию и регистрируют деформацию. Эквивалентный материал помещают в прозрачную емкость и выполняют из сгруппированных в комп - лекты элементов кубической формы. Свойства элементов находятся в том же состоянии, что и свойства моделируемых реальных компонентов. В каждом комплекте количество элементов прямо пропорционально процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема моделируемого тела. 3 ил.

Изобретение относится к области учебных пособий и может быть использовано для наглядной иллюстрации деформируемости поликристаллических тел в зависимости от свойств компонентов структуры.

Известна учебная модель по механике грунтов, у которой для повышения демонстрационного эффекта на символы частиц грунта, размещенных горизонтальными рядами, прикладывают силовое воздействие.

Недостатком такой модели является невозможность демонстрации деформационного эффекта, вся модель сориентирована на определение составляющей силы, действующей на каждую частицу .

Известен способ моделирования структуры и демонстрации механических

свойств поликристаллических тел, заключающийся в том, что модель тела выполняют из эквивалентного материала, подвергают его силовому воздействию и регистрируют деформацию.

Недостатком данного способа является невозможность наглядной иллюстрации деформируемости поликристаллических тел в зависимости от свойств компонентов структуры.

Целью изобретения является повышение наглядности моделирования путем представления индивидуальности каждого компонента структуры.

Прозрачную емкость заполняют эквивалентным материалом, подвергают его силовому воздействию с последующей регистрацией деформации, при

xj Ю

Ј

СЛ

;

том эквивалентный материал выполяют из сгруппированных в комплекты лементов кубической формы, свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры, а их количество в каждом комплекте прямо пропорционально процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема по- икристэллического тела

Причинно-следственная связь о Эквивалентный материал выполняют из сгруппированных а комплекты элементов кубической формы, свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры, для того, чтобы демонстрировать раздельное влияние свойств компонентов структуры на свойства поликристаллического тела (структуры) в целом Принятие элементов кубической формы обусловлено необходимостью формирования беззазорной (между элементами) .модели структуры, что соответствует фактическому структурному состоянию твердых тел, а также удобством компоновки модели и регистрации деформации„

Количество элементов в каждом комплекте прямо пропорционально процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема поликристаллического тела, что необходимо для иллюстрации в модели реального соотношения количественного содержания компонентов структуры в поликристаллическом теле и его влияния на свойства. Эквивалентный материал помещают в прозрачную емкость, что необходимо для усиления наглядности и упрощения регистрации деформации.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что эквивалентный материал помещают в прозрачную емкость и выполняют из сгруппированных в комплекты элементов кубической формы, свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры, а их количество в каждом комплекте прямо пропорционально процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема поликристаллического тела.

На фиг.1 изображено устройство для реализации способа моделирования

5

0

5

0

5

0

S

0

5

структуры и демонстрации механических свойств поликристаллических тел; на фиг.2 - модель для демонстрации свойств сплава БрСЗО; на фиг.З - то же, под нагрузкой.

Устройство для реализации способа состоит из пресса 1, включающего винт 2 с рукояткой 3 для создания усилия, динамометр kt контролирующий величину прикладываемой силы Р, поршня 5 обеспечивающего равномерность распределения нагрузки, создаваемой прессом 1, и прозрачной емкости 6, открытой с одной стороны, на боковой поверхности которой нанесена миллиметровая шкала 7. В емкости 6 сгруппированы комплекты из элементов 8„. 13, ° ° ,п кубической формы, свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры о

Способ моделирования структуры и демонстрации механических свойств поликристаллических тел осуществляется следующим образом.

Перед началом демонстрации опыта в зависимости от свойств компонентов структуры производят группирование

комплектов из элементов 8...13п,

свойства (о) которых находятся в том же соотношении, что и свойства компонентов структуры в количестве, прямо пропорциональном процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема поли- кристаллического тела, размещают их послойно в емкости так, чтобы внутри одного слоя находились элементы с одинаковыми свойствами (из одного материала), устанавливают заполненную емкость под пресс 1, регистрируют по шкале 7 начальное положение каждого комплекта, производят нагру- жение элементов с требуемым усилием Р, фиксируют под нагрузкой конечное положение саждого комплекта и всего столбца элементов в целом.

Пример. Моделирование структуры свинцовистой бронзы БрСЗО, содержащей 30% свинца (Pb) и 70% (Си), и демонстрация раздельного влияния свойств зерен свинца и меди на жесткость (деформируемость) бронзы.

Структура указанного сплава представляет собой механическую смесь зерен свинца и меди, а его свойства

51

определяются по правилу аддитивности Если рассматривать жесткость материала в области упругого нагруже- ния, то при прочих равных условиях она пропорциональна модулю Юнга. Следовательно, свойство материалов элементов (жесткость) должно находиться в том же соотношении, что и значение модулей упругости меди и свинца, зерна которых являются моделируемыми компонентами структуры, т.е. 12, МПа/ 1, МПа 7,8

Большой возможностью в обеспечении различных соотношений жесткости обладают саженаполненные резины, В зависимости от вида сажи и ее количественного содержания жесткость резиновых смесей на основе синтетического каучука, определяемая по ГОСТу, изменяться в И раз. Основываясь на этом, для элементов, являющихся типовыми представителями зерен меди, в качестве материала принят каучук, на 100 вес.ч. которого приходится 80 вес„ч„ канальной газовой сажи, жесткость которого по ГОСТу равна 5b H. Для элементов, имитирующих зерна свинца, принят каучук с АО вес.ч. ламповой сажи, жесткость которого составляет 7 Н„ Таким образом, отношение жесткостей модельных материалов равно 56/7 8, что достаточно близко к отношению (Кесткостей реальных компонентов структуры и вполне приемлемо для иллюстративных целей.

В указанном примере используют элементы кубической формы с размером ребра, равным 20 мм. Размер куби ка и прикладываемое усилие принимают ся в зависимости от материала элементов, исходя из обеспечения нагляд ности деформирования модели и точн. ностных возможностей способа оценки ее величины. В одном слое размег щаются 16 элементов. С учетом процентного содержания свинца .и меди в сплаве количество элементов в комплекте, имитирующих зерна РЬ, составляет k8 шт., т.е„ три слоя, Си - 112 шт«, т„е„ семь слоев (фиг„ 2).

После формирования модели структуры сплава БрСЗО и размещения ее под прессом производится регистрация начального положения комплектов. Затем модель подвергают силовому воздействию при Р 50 н. Сила

выбирается с таким расчетом, чтобы создаваемая ею деформация элементов могла быть оценена с достаточной степенью точности, конкретным способом измерения . После этого осуществляют повторную регистрацию положения комплектов. В опыте отмечено, что деформация части столбца комплекта, IQ имитировавшего зерна свинца, составляет HO;, -H, 60-36 2 (мм). Другая часть столбца приобретает деформацию Ног-Н ШО-132 8 (мм).

., На фиг.З показано влияние жесткости отдельных компонентов структуры на деформируемость сплава в целом. В значительной степени деформируемость БрСЗО обусловлена малой

20 жесткостью зерен свинца и его сравнительно высоким процентным содержанием в сплаве Имеется также возможность определения по модельным испытаниям фактических свойств компо25 нентов структуры или поликристаллического тела в целом Например, если неизвестно свойство (жесткость) какого-либо структурного компонента, то его можно определить следующим

30

образом

Первоначально рассчитывается коэффициент перехода К от известной величины свойства (Ж) Ар реального компонента структуры к величине этого свойства Ам материала - имитато35 ра в виде отношения Ap/Aw Затем путем пробных нагружений производится подбор материала элемента, имитирующего компонент структуры, свойство (Ж) которого неизвестно так, что 40 свойство (Ж) модели в целом соответствует его расчетному значению с учетом коэффициента перехода от свойства (Ж) реальной структуры. Узнав таким образом материал и свойство (Ж)

45 элемента, через коэффициент перехода определяется фактическое свойство реального компонента структуры.

Способ моделирования структуры и демонстрации механических свойств

поликристаллических тел возможно использовать в применении к другим видам испытаний. Аналогичным образом, подбирая соответствующие материалы элементов, можно демонстрировать и

55 изучать влияние отдельных компонентов структуры и их процентного содержания на пластичность поликристаллических тел. Кроме того, способ, модели

рования структуры позволяет изучать на моделях теплопроводность и электропроводность, объемное расширение в зависимости от свойств компонентов структуры.

Таким образом предлагаемый способ моделирования и демонстрации механических свойств расширяет иллюстра-i тивные и информационные возможности в изучении механических свойств поликристаллических тел 0

Формула изобретения Способ моделирования структуры и демонстрации механических свойств поликристаллических тел, заключающийся в том, что модель тела выпол7 28 58

няют из эквивалентное материала,

1 подвергают ее силовому воздействию иг регистрируют деформацию, отличающийся тем, что, с целью повышения наглядности моделирования, эквивалентный материал помещают в прозрачную емкость иг выполняют из сгруппированных в комплекты элемен- JQ тов кубической формы, свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры, а их количество в каждом комплекте прямо пропорi .е цирнально процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема поликристаллического тела.

JR Т

. /

1Z

$

«

А

У,

I

V

Ј

t§

kti.2

1

Ј3 §Ј

SS

ъ

ш

Фаг J