Способ определения предельного напряжения деформации вязко-пластичных материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к способам определения физико-механических свойств вязкопластичных материалов, а именно к определению их прочностных характеристик.

Известны способы определения прочностных характеристик вязкопластичных материалов путем наращивания механической нагрузки, действующей на исследуемый материал, а расчет параметров исследуемого материала производят по сопротивлению, которое исследуемый материал оказывает перемещению элемента.

Недостатком известных способов является низкая точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения прочностных характеристик вязкопластичных материалов, преимущественно в области малых нагрузок путем обеспечения квазинеподвижности индентора и перемещения кюветы с исследуемым материалом навстречу индентору, причем желаемая скорость перемещения кюветы с исследуемым

материалом навстречу индентору достигается изменением давления воздуха пневмопривода

Недостатком известного способа является низкая точность результатов измерений за счет того, что измеряется не конечная величина - сила, а косвенная - перемещение с нарастающим усилием. По измеренной величине перемещения (индентора или исследуемого образца) судят о величине приложенной силы Точность при реализации способа теряется за счет производства косвенных измерений.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение реализации способа путем исключения механических операций измерения

Поставленная достигается тем, что со. ласно способу определения предельного напряжения деформации вязкопла стичных материалов преимущественно с малым сопротивлением, заключающемуся в том, что осуществляют пенетрирующее нагружение исследуемого материала и в момент разрусл о ся

шения поверхностного слоя измеряют величину пенетрирующей нагрузки, по которой судят о предельном напряжении, нагруже- ние осуществляют сжатым воздухом постоянного расхода, а величину пенетрирующей нагрузки измеряют по максимальной величине нарастающего давления воздуха.

В предлагаемом способе отсутствуют приемы измерения геометрических величин, характеризующих проникновение пе- нетрирующего элемента в поверхностный слой исследуемого материала. Предлагается измерять непосредственную нагрузку (силу) на поверхность исследуемого образца путем прямого ее преобразования в электрический сигнал.

В качестве пенетрирующего элемента использован газ, например воздух. Давление воздуха в герметичной линии можно изменять практически как угодно без усложнения реализации способа. Форма газового пузыря на поверхности исследуемого образца практически копирует форму наконечника известных пенетрирующих элементов. Достигается это герметичной посадкой трубки со сжатым воздухом на поверхность исследуемого образца (за счет веса трубки).

На фиг. 1 дана схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - сопло для подачи сжатого воздуха; на фиг. 3 - схема зажима сопла подачи воздуха для удержания его в неподвижном состоянии на время проведения измерений; на фиг. 4 - диаграммная лента практического измерения предельного напряжения сдвига.

Устройство включает основание 1 с вертикальной стойкой 2, кювету 3 для исследуемого материала, направляющую 4 с соплом 5 для подачи сжатого воздуха, упор 6 с пружиной 7 растяжения, пневмотрубку 8, соединенную с регулятором 3 расхода воздуха и аналого-цифровым преобразователем 10 давления воздуха, вычислительное устройство 11, связанное своими выходами с устройствами индикации 12 и регистрации 13.

Устройство работает следующим образом.

Подготавливают кювету 3 с исследуемым материалом. Приготовленную кювету ставят на основание 1 под сопло 5 для подачи сжатого воздуха. Регулятором 9 расхода воздуха подают необходимый расход воздуха по пневмотрубке 8 в сопло 5 для подачи воздуха. Расход воздуха задают в зависимости от желаемой скорости нарастания нагрузки на исследуемый материал. Включают в работу аналого-цифровой преобразователь 10 давления воздуха, вычислительное

устройство 11, устройства индикации 12 и регистрации 13. Отодвигают у пор 6 (преодолевая усилие пружины 7 растяжения) до момента передвижения сопла 5 для подачи

сжатого воздуха под действием силы тяжести. При прикосновении торца сопла 5 поверхности исследуемого материала в кювете 3 отпускают упор 6, который под действием пружины 7 растяжения фиксиру0 ет сопло 5 в направляющей 4. Так как расход воздуха постоянный, давление в пневмотрубке 8, а следовательно и на торце сопла 5 для подачи сжатого воздуха будет постоянно увеличиваться. Это нарастание давления

5 преобразуется аналого-цифровым преобразователем 10 давления в унифицированный цифровой код, который воспринимается вычислительным устройством 11, Вычислительное устройство 11 преобразует цифро0 вой код в вид, удобный для приема цифровым индикатором 12 (позиционный цифровой код и код. который воспринимает алфавитно-цифровое печатающее устройство 13). В зависимости от алгоритма обработ5 ки информации возможен вывод на устройство 13 печати графика повышения нагрузки (давления) на исследуемый материал в кювете 3. При достижении в сопле 5 подачи воздуха давления, равного предель0 ному напряжению сдвига, поверхностный слой исследуемого материала в кювете 3 разрушается. Давление в сопле 5 и пневмотрубке 8 резко падает. Этот момент отмечают аналого-цифровой преобразователь Юдав5 ления и вычислительное устройство 11, которое выдает эту информацию в виде текущего значения давления на цифровой индикатор 12 и устройство 13 печати. Возможен вариант работы вычислительного ус0 тройства, когда оно выдает на печать только номер эксперимента и конечное (предельное) значение давления. На этом первый эксперимент заканчивается. В случае, если необходима работа с несколькими образца5 ми, проводится и соответствующее количество экспериментов. Конечные результаты каждого эксперимента запоминаются вычислительным устройством 11. По завершении серии экспериментов вычислительное

0 устройство вычисляет арифметическое среднее этих опытов. Возможен вариант исключения результатов эксперимента, явно неудавшегося, например, по причине плохой подготовки исследуемого эксперимента

5 лаборантом.

Возможен вариант исполнения устройства без аналого-цифрового преобразователя 10 давления и вычислительного устройства 11, При этом варианте устройст- ва индикации 12 и регистрации 13 должны

воспринимать и преобразовывать аналоговый пневматический сигнал.

Устройство в этом варианте еще более упрощается. Но технические характеристики несколько ухудшаются. Уменьшается точность измерений за счет работы с аналоговыми сигналами (до 1,0-1,5%), а также уменьшается количество выполняемых функций (производятся только единичные эксперименты).

Пример. Используемые технические средства: основание 1 с вертикальной стойкой 2; кювета 3 для исследуемого материала; направляющая 4 с соплом 5 для подачи сжатого воздуха; упор 6 с пружиной 7 рас- тяжения; пневмотрубка 8 (6 мм х 1 мм), соединенная с регулятором 9 расхода воздуха (РРВ-1 - серийно-выпускаемый регулятор). В качестве устройства 13 регистрации использован серийно-выпускаемый миллиам- перметр КСУ-4. Для преобразования пневматического сигнала от сопла 5 в электрический сигнал 0-5 мА использован серийно-выпускаемый преобразователь ПЭ-55М.

Исследуемый материал - студень из раствора агар-агар.

Характеристика агар-агара: страна-производитель - Япония; контакт 3905/70080 А; сорт 1; влажность 20%; прочность по Ва- ленту 509 г; температура застудневания 35°С; температура плавления 93°С, зола 2,7%; кислотность 6,45 ед. рН.

Приготовление студня из раствора агар- агар производят следующим образом.

На техно-химических весах берут навеску 1 г сухого исследуемого вещества. Отмеривают 10 мл дистиллированной воды. Навеску переносят без потерь в сухую коническую (или плоскодонную) колбу, куда пор- циями по 5 мл при энергичном взбалтывании прибавляют отмеренную воду. По образовании однородной густой жидкости туда выливают остальную воду, смывая со стенок колбы приставшие части- цы. Колбу закрывают ватной пробкой.

При осторожном перемешивании кругообразными движениями жидкость доводят до кипения. Операцию повторяют три раза (до трехкратного вспенивания). Признаком растворения является появление крупнопу- зырьчатой пены.

Полученный горячий раствор медленно разливают в сборные цилиндрики по 30 мл. Заполняют три цилиндрика.

Цилиндрики выдерживают в термостатном сосуде в течение 20 мин при 20°С. После этого на стекло или кафельную плитку (100 х 100) кладут кусочек фильтровальной бумаги (40 х 40).

Вынув цилиндрики из термостатного сосуда и держа их наклонно (верхним краем к листу бумаги), свинчивают дно цилиндрика. Нажимом в бок, сдвигают вкладной диск и, увеличивая величину наклона, дают столбику студня выскользнуть на бумагу. Поверхность столбика студня надо оберегать от повреждений.

Полученные таким образом столбики студня используют для проведения опытов по определению предельного напряжения сдвига известным способом и предлагаемым.

Условия проведения экспериментов температура окружающего воздуха 23°С; скорость нарастания пенетрирующей нагрузки 10,5 г/с; скорость продвижения диаграммной ленты 2400 мм/ч; диапазон измерений нагрузки 1000 г.

Результаты экспериментов согласно фиг. 4 сведены в таблицу.

Предлагаемый способ позволяет измерять величину предельного напряжения сдвига со средней погрешностью 0.471 % по отношению к средней величине измерений по Валенту (прототипу),

Аппаратурное оформление экспериментов резко сокращается.

Эксплуатация средств измерения облегчается за счет практически полной автоматизации экспериментов.

Форму л/а изобретения Способ определения предельного напряжения деформации вязкопластичных материалов преимущественно с малым сопротивлением, заключающийся в том, что осуществляют пенетрирующее нагружение исследуемого материала и в момент разрушения поверхностного слоя измеряют величину пенетрирующей нагрузки, по которой судят о предельном напряжении, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения реализации способа путем исключения механических операций измерения, нагружение осуществляют сжатым воздухом постоянного расхода, а величину пенетрирующей нагрузки измеряют по максимальной величине нарастающего давления воздуха.

Примечание. Взята средняя для пяти образцов прочность по Валенту.

Изобретение относится к испытанию вязкопластичных материалов и позволяет определять их физико-механические свойства. Цель изобретения - повышение прочности и упрощение реализации способа путем исключения механических операций измерения. По предлагаемому способу о свойствах материалов судят по результатам пенетрирующего нагружения их сжатым воздухом, а величину пенетрирующей нагрузки измеряют по максимальной величине нарастающего воздуха. 4 ил., 1 табл

г

Фиг.1

с:

U

г

Ј

ь 14

j

-Ь.

л, ел

СП

ел

эксперимент л&

Зксперимент/ Ь

Эксперимент /з

эксперимент У

ЭкспериментУ/