Способ определения коэффициента Пуассона материала Советский патент 1992 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению механических свойств материалов.

Известен способ определения коэффициента Пуассона путем испытания образца из исследуемого материала на растяжение. Способ осуществляется следующим образом. Образец, представляющий широкую пластину и имеющий продольную ось симметрии, закрепляют в зажимах разрывной машины, растягивают путем приложения усилий к его торцам и фиксируют относительное удлинение образца в продольном направлении и относительное сужение в поперечном направлении. Коэффициент Пуассона определяется как отношение относительного сужения к относительному удлинению образца.

Данный способ невозможно применить для использования покрытий, композитных и хрупких материалов и, кроме того, он не обеспечивает высокой точности.

Известен способ определения коэффициента Пуассона, заключающийся в том, что в материал дважды внедряют цилиндрический индентор без сцепления, и при его сцеплении с испытуемым материалом при одной и той же нагрузке йЖеряют глубину внедрения в том w в другом случае, определяют их отношение, по которому судят о коэффициенте Пуассона и модуле упругости.

Недостатком способа является низкая производительность из-за проведения двух внедрений и выполнения сцепления индентора с материалом и невысокая точность.

Известен способ определения коэффициента Пуассона материала, заключающийся в том, что материал нагружают вдавливанием сферического индентора, при этом регистрируют диаметр d пятна касания индентора или его перемещения д, замеряют деформацию е материала в радиальном или окружном направлении относительно направления вдавливания и рассчитывают коэффициент Пуассона v no формуле

(Л

С

XJ

СП

СО

со

GO

сл

v

1-33T/M/4R/d3 2-3 /e/4R/d3

если регистрируют диаметр d пятна касания, или по формуле

1-ЗярУЈ/2УрГ(53 2-3 nfi/E/2 53

если регистрируют перемещение д ин- дентора,

где/з - расстояние от места замера деформации до центра касания;

R - радиус индентора.

Недостатком этого способа является невысокая точность определения коэффициента Пуассона, особенно для материалов, близких к несжимаемым, и пористых материалов, у которых значение коэффициента Пуассона близко или равно нулю.

Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента Пуассона.

Поставленная достигается тем, что в способе определения коэффициента Пуассона материала, заключающемся в том, что нагружают индентор, вдавливают его в материал, измеряют глубину вдавливания индентора, регистрируют перемещение исходной поверхности материала и с учетом формы и размеров индентора определяют коэффициент Пуассона материала, используют плоский индентор, регистрируют перемещение исходной поверхности материала в направлении, противоположном вдавливанию индентора, и с его учетом определяют коэффициент Пуассона материала.

На чертеже приведена схема реализации способа.

Способ реализуется следующим образом.

Испытуемый материал 1 устанавливают перпендикулярно оптической оси интерферометра 2 на жестком массивном основании 3. В силовой схеме установки, например, между основанием 3 и испытуемым материалом 1 устанавливают силоизмеритель 4, соединенный с регистрирующим прибором 5. В испытуемый материал 1 вдавливают индентор 6 при помощи тяги 7, соединенной с устройством 8, задающим и регулирующим усилие гяги 7. Индентор 6 выполнен в виде цилиндрического штампа из твердого высокомолеку- пярного материала, например стали ШХ-15, а три его вдавливании измерение глубины осуществляют измерительной головкой 9 типа ГИП, опирающейся на тыльную поверхность индентора 6.

Для проведения измерений деформации испытуемого материала 1 за границей поверхности индентора б описанное устройство устанавливают на виброизолиро- 1занном оптическом столе 10, что позволяет фиксировать интерферограмму 11 поверхности испытуемого материала 1 на соединенном с интерферометром 2 видеоконтрольном устройстве 12. По интерферограмме 11 определяют размеры и форму деформированной поверхности испытуемого материала 1. По полученным измерениям и известным данным и константам определяют коэффициент Пуассона v по формуле

„-1 .м- AV

(I)

ei V,

где А V - изменение обьема материала после вдавливания индентора;

Ј1 - относительная деформация материала в направлении вдавливания;

Vi° - объем испытуемого материала до деформирования.

П р и м е р. В плоскую поверхность испытуемого образца из органического

стекла толщиной мм вдавливают индентор с плоской поверхностью диаметром мм. Измеряют при помощи тензометриче- ского датчика малых усилий величину силы вдавливания индентора Р, приводящей к деформации поверхности материала. Деформацию поверхности и ее перемещения за границей контакта с поверхностью индентора определяли лазерным интерферометром. Глубину вдавливания индентора д измеряли

головкой измерительной пружинной типа ИГП. По полученным данным: усилие вдавливания Р-98Н, глубина вдавливания (5 3, м, максимальная величина перемещения поверхности испытуемого материала в направлении, противоположном направлению вдавливания ,63 10 6 м, ширина деформированной поверхности в радиальном направлении м и, зная толщину м f испытуемого материала и модуль упругости

МПа, диаметр индентора мм. определяют;

объем Vi° испытуемого материала до деформирования

45

(|) ,7 -10

-8 м3;

объем Vi испытуемого материала, вытесненный индентором в направлении вдавливания 2-11

Vi jr-(J) -(5 6,28 10 м3;

объем V2 материала, вытесненного индентором в направлении, противополож- ном вдавливанию, в предположении, что поверхность его близка к тороидальной с радиусом , м

я b-h-R 1,85-10 11 м3 относительную деформацию ei материала в направлении вдавливания

fit

-P

Я-(|) Е 1.72 10 3

Затем определяют изменение объемадУ материала от вдавливания индентора

AV V0-Vi -4,43«1(T11 м3

и по формуле, выведенной из известной зависимости, определяют значение коэффициента Пуассона v.

1

2( ДУeiV

)0.42 .

Полученное значение близко к известным значениям для органического стекла. Для веществ с коэффициентом Пуассона, близким к 0, например, пористых и близких к 0,5, для несжимаемых резиноподобных материалов предлагаемый метод расчета дает точные результаты

Предложенный способ определения коэффициента Пуассона достаточно прост и точен за счет устранения ряда погрешностей и применения высокоточных средств

измерений.

Формула изобретения Способ определения коэффициента Пуассона материала, заключающийся в том, что нагружают индентор, вдавливают его в материал, измеряют глубину вдавливания индентора, регистрируют перемещение исходной поверхности материала и с учетом формы и размеров индентора определяют коэффициент Пуассона материала, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности, используют плоский индентор, регистрируют перемещение исходной поверхности материала в направлении, противоположном вдавливанию индентора, и с его учетом определяют коэффициент Пуассона материала.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению механических свойств материалов. Цель способа - повышение точности Производят нагруже- ние индентора, используя плоский индентор, вдавливают его в материал, измеряют глубину вдавливания, силу вдавливания и перемещения поверхности материала на границе ее контакта с поверхностью индентора в Направлении, противоположном направлению вдавливания индентора, по которым с учетом формы и размеров индентора судят о коэффициенте Пуассона, 1 ил.

J 5 в