Способ исследования демпфирующих свойств материалов при поперечных колебаниях Советский патент 1979 года по МПК G01N11/16 

1

Изобретение относится к области исследования вибропоглощающих свойств конструкционных материалов, а именно к способам исследования демпфирующих свойств.

Известен способ исследования демпфирующих свойств материалов при продольных колебаниях, заключающийся в том, что образец в виде стержня укрепляют за его верхний конец к массивной плите, подвешенной на длинных тонких струнах, на нижнем конце образца укрепляют инерционный груз, возбуждают в образце продольные колебания, регистрируют параметры этих колебаний, по которым судят о демпфирующих свойствах материала образца 1.

Недостатком известного способа является низкая точность, обусловленная тем,что в местах крепления образца к инерционному грузу и массивной плите очень быстро происходит нарушение плотности. А это приводит к появлению дополнительного источника утечки энергии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ исследования демпфирующих свойств материалов при поперечных колебаниях, заключающийся в том, что образец в виде призматического стержня с утолщениями на его концах консольно закрепляют в подвешенной на тонких струнах массивной плите, к свободному концу образца прикрепляют инерционный груз, возбуждают в образце поперечные резонансные колебания, регистрируют параметры этих колебаний и по этим параметрам судят о демпфирующих свойствах материала образца 2. Указанный способ не содержит недостатков предыдущего способа, однако точность его также невысока.

Это объясняется тем, что, даже находясь в условиях чистого изгиба, напряжения по сечению образца распределяются по линейному закону, а при консольном закреплении образца имеет место неоднородное напряженное состояние при колебаниях не только по сечению образца, но и по его длине. А поскольку величина логарифмического декремента зависит от уровня напряжений циклически деформируемого материала, при неоднородном напряженном состоянии колеблющегося элемента сечения различные его участки, находясь при

различном уровне напряжений, рассеивают неодинаковые количества энергии, т. е. логарифмический декремент при этом является некоторой интегральной величиной и не характеризует истинное рассеяние

энергии в материале при колебаниях.

Целью изобретения является повышение точности исследования.

С этой целью используют образец в виде бруса равного сопротивления изгибу, имеющий две расположенные под углом одна к другой боковые стенки с одинаковыми и постоянными сечениями, которые образованы сквозным вырезом в виде равнобедренной трапеции в плоскости, перпендикулярной к плоскости колебаний при этом геометрические параметры груза и угол между боковыми стенками выбирают из условия пересечения средних линий нродольных центральных сечений этих стенок в центре тяжести груза.

На фиг. 1 показан образец с закрепленным на его конце грузом, разрез; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - структурная схема установки для изучения демпфирующих свойств материалов, на которой используется предлагаемый образец.

Образец представляет собой стержень 1 с прямоугольным поперечным сечением. На концах стержня имеются верхнее 2 и нижнее 3 утолщения. Рабочая часть образца - равнонаклоненные к оси ОО; стержня 1 боковые стенки 4 и 5, образующие брус равного сопротивления изгибу, получена сквозным вырезом 6 в виде равнобедренной трапеции. Наклон стенок 4 и 5 выполнен таким, что средние линии этих стенок пересекаются в центре тяжести груза 7 (точка А), прикрепленного к утолщению 2 посредством болта 8 и шайбы 9.

Установка для изучения демпфирующих свойств материала имеет подвешенную с целью сведения к минимуму потерь энергии в фундамент на длинных тонких струнах 10 массивную плиту 11, в прямоугольном вырезе которой консольно крепится утолщением 3 образец с помощью клинового устройства 12.

С целью исключения влияния воздушной среды на демпфирующие свойства материала образца при колебаниях окружающее его пространство ограничено стеклянным герметическим колпаком 13 и связано с помощью трубопровода 14 с вакуумными насосами 15. Установка содержит также электромагнит 16, связанный с усилителем 17, генератором 18, реле 19, осциллографом 20 и системой 21 регистрации колебаний.

Способ осуществляется следующим образом.

Утолщением 2 образец прикрепляют к грузу 7 с помощью болта 8 с пружинной шайбой 9, а затем утолщением 3 образец с грузом 7 консольно крепят с помощью клинового устройства 12 в плите 11.

Поперечные колебания образца, при которых его рабочая часть - стенки 4 и 5 будут испытывать однородное напряженное состояние растяжение-сжатие, возбуждаются с помощью электромагнита 16, установленного снаружи колпака 13 и питаемого От усилителя 17 типа ТУ-5-4. Частота возбуждаемых колебаний обеспечивается звуковым генератором 18 типа ГЗ-34, включенного на входе усилителя 17 через контакты реле 19 типа МКУ-48, связанного с контактным размыкателем осциллографа 20 системы 21 регистрации колебаний образца. Таким образом, могут быть получены поперечные резонансные колебания консольного образца по первой форме с требуемой амплитудой. Синхронизация срыва возбуждения с началом процесса съемки осциллограмм свободных затухающих колебаний образца обеспечивается реле 19.

При необходимости проведения эксперимента в условиях вакуума образец накрывают стеклянным колпаком 13, из которого с помощью вакуумных насосов 15 откачивается воздух.

Затем включают систему возбуждения колебаний образца. При этом на обмотки электромагнита 16 от усилителя 17 и звукового генератора 18 подается электрический ток. Звуковым генератором 18 подбирают частоту возбуждаемых колебаний такой, чтобы возникли поперечные резонансные колебания образца по первой форме, а также регулируют величину амплитуды колебаний образца.

Затем с помощью осциллографа 20 производится запись на фотобумагу осциллограмм свободных затухающих колебаний образца. При этом контактный размыкатель осциллографа 20 через реле 19 отключает систему возбуждения колебаний, т. е. прекращается подача электрического тока на обмотки электромагнита 16. Этот момент характеризует срыв возбуждения колебаний и начало свободных затухающих

колебаний образца, которые регистрируются на фотобумаге осциллографа 20.

После соответствующей обработки указанных осциллограмм получаем значения логарифмического декремента колебаний в

функции амплитуды циклического деформирования материала. Благодаря тому, что рабочая часть образца для поперечных колебаний выполнена в виде двух стенок, т. е. удалена средняя слабонапряженная

при изгибе часть сечения образца, циклически деформируемый материал рабочей части образца находится в условиях однородного напряженного состояния, а следовательно пол)чаемые при этом значения

логарифмического декремента колебаний являются характеристикой истинного рассеяния энергии.

Исследование демпфирующих свойств некоторых конструкционных материалов

(сталь 45, сталь 30) с использованием предлагаемого образца при поперечных его колебаниях показали большое преимущество методики как за счет существенного упрощения конструкции образца по сравнеПИЮ с таковыми при использовании продольных колебаний, так и за счет существенного упрощения установки и ироцесса подготовки самих испытаний при значительном уменьщении габаритов установки и потребляемой мощности для проведения эксперимента, а в сравнении с известными методиками исследования демпфирующих свойств при изгибных колебаниях образцов предлагаемая методика обеспечивает однородное напряженное состояние в рабочей части образца при циклическом деформировании.

Формула изобретения

Способ исследования демпфирующих свойств материалов при поперечных колебаниях, заключающийся в том, что образец в виде призматического стержня с утолщениями на его концах консольно закрепляют в подвешенной на тонких струнах массивной плите, к свободному концу образца прикрепляют инерционный груз, возбуждают в образце поперечные резонансные колебания, регистрируют параметры этих колебаний и по этим параметрам су.7;

дят о демпфирующих свойствах материала образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, используют образец в виде бруса равного сопротивления изгибу, имеющий две расположенные под углом одна к другой боковые стенки с одинаковыми и постоянными сечениями, которые образованы сквозным вырезом в виде равнобедренной трапеции в плоскости,

перпендикулярной к плоскости колебаний, при этом геометрические параметры груза и угол между боковыми стенками выбирают из условия пересечения средних линий продольных центральных сечений этих стенок в центре тяжести груза.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Вобропоглощающие свойства

конструкционных материалов. Киев, «Наукова думка, 1971, с. 74-79.

2.Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Виброноглощающие свойства конструкционных материалов. Киев, «Наукова думка, 1971, с. 102-104.

Т

.13