Способ определения упругих свойств материалов Советский патент 1935 года по МПК G01N3/32 

Предлагаемое изобретение касается способа определения упругих свойств материалов, основанного на измерении в различных точках исследуемого тела амплитуды колебаний, возбуждаемых в нем каким-либо внешним источником и измеряемых при помощи симметрично расположенных на поверхности исследуемого тела микрофонов. Изобретение основано на применении уравнения распространения упругой волны изгиба по пластинке или стержню, выполненному из исследуемого материала. Как известно, такое уравнение имеет вид

d4i ,Eh

дд« о

Г- I2(l-r)p

dt

ЛИ

12 (Т -;..) о

fSr

Здесь ij. - коэфициент Пуассона, р - плотность материала пластинки, Е - ее модуль Юнга, h - ее толщина, ДД«-двойной оператор Лапласа, примененный к малому отклонению и упругой поверхности пластинки от положения ее равновесия. Это выражение может быть представлено через конечные разности в надлежащем приближении так:

ДДн «1 -f 2ih + th + 2«4 -г «5 +

+ 2Ис; + «7 + 2Ms - Siig - SZtjo - SWj i -

- 8«i-: -l-20iijb.

Упругие постоянные пластинки можно определить, если привести последнюю в колебание, например ударами молотка,

ААм

И одновременно измерить отношение -,-

d

в любой точке пластинки посредством какого-либо устройства.

Согласно предлагаемому способу, осуществляемому по изображенной на чертеже электрической схеме, на поверхности пластин исследуемого материала располагаются на малых расстояниях друг от друга микрофоны, причем число последних подбирают согласно числу членов указанного уравнения, а чувствительность каждого из них - согласно коэфициенту соответствующего члена.

Таким образом чувствительности А этих микрофонов относятся друг к другу согласно следующей таблице

Лз Лб Л7; ,

А, Л4 Лб Л8;

5:8:2:1

Ад .-110

Дальнейшая операция сводится к электрической схеме для совместного решения уравнения при помощи потенциометра 14, на который подаются напряжения, созданные в цепях последовательно включенных микрофонов /-J3. объединенных в две группы соответственно To.iy, какой знак „плюс или

„минус имеют члены уравнений. Обе группы включены диференциально на потенциометр через емкость /5. Один из микрофонов, а именно микрофон 13, включен отдельно на тот же потенциометр через самоиндукцию 16.

Ток через емкость 15 будет пропорdv,

ционален-jr, а падение напряжения, создаваемое этим током на катушке самоиндукции 16, пропорционально .

Коэфициенты пропорциональности должны быть определены раз навсегда отдельно для каждого комплекта.

Падение напряжения на самоиндукции

16сравнивается посредством телефона

17(снабженного, если окажется нужным, усилителем) и градуированного потенциометра 14 с электродвижущей силой всей группы микрофонов. Именно, отсчитывают по потенциометру 14, во сколько

А А,-d-U

раз величина ДДк больше величины -, каковое число равно определяемому

п 1 ..2

коэфициенту

ЕКВсе описанное устройство, раз проградуированное, может служить для определения упругих свойств пластинок из различных материалов в известном диапазоне изменений этих величин.

Очевидно, что все изложенное выше целиком может быть применено к определению упругих свойств упругих стержней и балок (рельсов и т. п.). В этом

случае, во-первых, вместо величины 12(1 )р -j. будет определяться величина

Рб

, где О- площадь сечения стержня,

а / - момент инерции сечения относительно надлежащей оси деформации, во-вторых, вместо группы из тринадцати микрофонов достаточна группа из пяти микрофонов /, 9, 13, 11 и 5, чувствительности коих должны соответствовать следующей таблице: Ai A5 1

л А,,:А,:А, 3-Л-Л.

J

Невозможность получить полную компенсацию в электрической цепи будет служить признаком того, что по данному упругому телу распространяются упругие колебания не по тому закону, который написан в начале описания, а по другому, каковое обстоятельство в свою очередь послужит указанием того, что данное упругое тело находится, например, под действием растягивающих усилий, в силу чего приближается по своим упругим свойствам к перепонке или струне.

Предмет изобретения.

Способ определения упругих свойств материалов, основанный на измерении в различных точках исследуемого тела амплитуды колебаний, возбуждаемых в нем, например, с помощью удара и измеряемых при помощи симметрично расположенных микрофонов, отличающийся тем, что, с целью получения всех определяющих упругие свойства параметров колебаний, согласно диференциальному уравнению

ЕЪДД11 0

1211

число и чувствительность микрофонов подбирают соответственно числу и коэфициентам отдельных членов указанного уравнения после разложения его на ряд по конечным разностям, каковые микрофоны включают так, чтобы можно было получить искомые величины по сравнению амплитуд колебаний одного из микрофонов, включенного через емкость и самоиндукцию, с амплитудами остальных микрофонов, включенных таким образом, что в зависимости от знака при отдельных членах уравнения микрофоны разбивают на две последовательно соединенные группы, включенные навстречу друг другу.