Способ определения упругих свойств материалов и нагружающее устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к способам исследования упругих характеристик материалов, преимущественно скорости рас- пространения упругих колебаний в тонкопленочных материалах и нитях.

Известен способ измерения скорости распространения упругих колебаний в синтетических нитях, заключающийся в том, что исследуемую нить прикрепляют к рабочим плоскостям пьезоэлектрических преобразователей (излучателю и приемнику) ультразвукового измерителя скорости звука, например, с помощью расплавленного канифоля, растягивают ее до упругого состояния и измеряют время прохождения упругих колебаний через исследуемый образец фиксированной длины, а затем вычисляют скорость распространения упругих колебаний по формуле

С - скорость распространения упругих колебаний (скорость звука);

L- длина нити;

t - время распространения упругих колебаний, измеренное с помощью ультразвукового прибора.

Недостатком этого способа является низкая надежность эксперимента, так как трудно создать надежный акустический контакт и обеспечить достаточное натяжение нити. При натяжении нить часто отрывается от пьезоэлектрических преобразователей,а с уменьшением натяжения изменяется значение скорости звука. Кроме того, этот способ не позволяет проводить измерения в пленочных материалах, так как некоторые пленки расплавляются даже при температуре плавления канифоли.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения модуля упругоСЛ

о

сл

W

ю

сти материалов, заключающийся о том, что в исследуемом образце возбуждают изгиб- ные колебания в плоскости, перпендикулярной плоскости поверхности образца, определяют резонансную частоту образца, а затем возбуждают изгибные колебания в плоскости, совпадающей с плоскостью поверхности образца, определяют резонансную частоту образца и по соотношению измеренных частот вычисляют модуль упругости материала,

Недостатками этого способа являются трудность получения в тонкопленочных эластичных материалах изгибных колебаний в двух взаимно перпендикулярных плоскостях образца; невозможность применения этого способа для контроля нитеобразных образцов, так как последние имеют одну резонансную частоту изгибных колебаний.

Цель изобретения - расширение области применения путем обеспечения возможности контроля упругих свойств в тонкопленочных материалах и нитях.

На чертеже изображено нагружающее устройство, с помощью которого реализуется способ определения упругих свойств материалов.

Устройство состоит из двух дугообразных упругих пластин 1 с равными плоскими центральными участками, предназначенными для закрепления исследуемого образца 2. Концы дугообразных пластин 1 изолированы акустически при помощи войлочных изоляторов 3 и установлены в пазах ограничителей 4 и 5 таким образом, что их вогнутые поверхности обращены друг к другу, а плоские участки расположены аппозитно.

Механизм создания усилия выполнен в виде двух ограничителей 4 и 5 и винта 6, один конец которого жестко закреплен в ограничителе 4, а другой конец установлен s ограничителе 5 с возможностью перемещения и фиксации при помощи гайки 7. Винт б установлен в отверстиях ограничителей 4 и 5 между дугообразными пластинами 1 параллельно плоским участкам и равноотстоящим от пластин.

Способ определения упругих свойств материалов заключается в следующем.

Исследуемый образец 2, например, из полиэтиленовой пленки одним концом с помощью липкой ленты закрепляется на плоской части одной из дугообразных пластин 1, обертывают 3-4 раза вокруг обеих пластин и таким же образом закрепляют другой конец образца. Затем при закручивании гайки 7 осуществляют натяжение исследуемого образца 2 до упругого состояния. Участки исследуемого образца 2, расположенные на плоских участках дугообразных пластин 1,

смазывают техническим вазелином для обеспечения акустического контакта между исследуемым образцом 2 и пьезоэлектрическими преобразователями 8. Нагружающее

устройство вместе с исследуемым образцом помещают между пьезоэлектрическими преобразователями 9 ультразвукового прибора, например УК-10ПМ и др., возбуждают в исследуемом образце поверхностные упругие колебания в направлении приложения растягивающего усилия и измеряют скорость их распространения по формуле

15

г - L

1--ПО8 - Т

где Слов - скорость распространения поверхностных упругих колебаний;

L - база измерения (длина образца); t - время распространения упругих колебаний (определяется с помощью ультразвукового прибора).

Скорость распространения упругих поверхностных колебаний используется в ка- честве параметра для расчета упругих свойств материала, а именно скорость распространения продольных упругих колебаний и модуля упругости.

Скорость продольных упругих колеба- ний определяется по формуле

Спр -

0,51

35 где Спр-скорость распространения упругих продольных колебаний.

Модуль упругости определяют по формуле

40

Р -СПР Р

Е

5

0

5

где Е - модуль упругости (модуль Юнга);

р- плотность материала;

q - ускорение силы тяжести.

Формула изобретения

1. Способ определения упругих свойств материалов, заключающийся в том, что к образцу из контролируемого материала прикладывают растягивающее усилие, возбуждают в нем упругие колебания, измеряют параметры этих колебаний и по ним рассчитывают упругие свойства материала, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения возможности контроля свойств материала в тонкопленочных и нитеобразных образцах, в образце возбуждают поверхностные упругие колебания в

направлении приложения растягивающего усилия, измеряют скорость их распространения и используют ее в качестве параметра для расчета упругих свойств.

2. Нагружающее устройство для определения упругих свойств материала содержащее элементы крепления и механизм создания усилия, отличающееся тем, что, с целью обеспечения контроля упругих свойств в тонкопленочных и нитеобразных образцах, элементы крепления выполнены в виде двух упругих дугообразных пластин с равными плоскими центральными участками, расположенными оппозитно и пред

5

назначенными для закрепления исследуемого образца, а вогнутые поверхности ппа- стин обращены одна к другой, механизм создания усилия выполнен в виде двух ограничителей, имеющих пазы с размещенными в них акустическими изоляторами для закрепления дугообразных пластин и отверстия для установки винта, один кпнец которого жестко закреплен в одном из ограничителей, а другой конец размещен в другом ограничителе с возможностью перемещения и фиксации, винт установлен равноотстоящим от пластин параллельно их плоским участкам.

Изобретение относится к области исследования упругих характеристик материалов, преимущественно к исследованию скорости распространения упругих колебаний о тонкопленочных материалах и нитях Цель изобретения - обеспечение возможности контроля упругих свойств в тонкопленочных материалах и нитях - достигается тем, что исследуемый образец, например, из полиэтиленовой пленки, закрепляется на плоской части дугообразных пластин нагружающего устройства, с помощью винта растягивается до упругого состояния и в нем возбуждаются поверхностные упругие колебания в направлении приложения растягивающего усилия, по скорости распространения которых определяется модуль упругости исследуемого материала 2 с п.ф- лы, 1 ил.

К изперителнз скорости зёука

/

К иъперителю скорости звука