Устройство для измерения внутреннего трения и модуля сдвига материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N3/32 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ И МОДУЛЯ СДВИГА МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к исспедованию вязкоупругих свойств материалов, а именно к устройствам для измерения низкочастотного внутреннего трения и моду ля сдвига различных материалов. Известно устройство для измерения внутреннего трения и модуля сдвига материалов, содержащее крутильный маятник включающий нижний и верхний зажимы для установки образца и жестко соединен ное с верхним зажимом инерционное тело, магнитную подвеску, состоящую из электромагнита и регулятора тока, компенсатор осевых деформаций, содержащий элемент сравнения, и подключенные к нему задатчик напряжения, датчик обратной связи, причем элемент сравнения подключен к механизму вертикального перемещения нижнего захвата . Недостатками этого устройства являются наличие поперечных колебаний системы, что снижает точность испытаний, а также то, что использовать такой компенсатор осевых деформаций образца возМОЖНО только в крутильных маятниках с магнитной подвеской, которые не имеют щирокого распространения. Наиболее близким по технической сущности и достегаемому результату к пред« лагаемому является устройство дпя измерения внутреннего трения и модуля сдвига материалов, содержащее неподвижный нижний захват для крепления исследуемого образца, колебательную систему, включающую верхний захват для крепления (исследуемого образца, связанную с верхним захватом траверсу с инерционным грузом, шарнирно закрепленный на станине уравновешивающий рычаг, вертикальную рамку, закрепленную на верхнем захвате так, что ее ось симметрии совпадает с осью захвата, две нити, оогни концы которых закреплены на противоположных сторонах рамки по ее вертикальной оси симметрии, пружину, один конец которой скреплен со свободным коном нижней нвти, а другой- суравиовешивак шим рычагом, дополнительный рычаг, од- 3 9-457 ним своим концом шарнирно закр епленный на станине, а другим соединенный с нижним концом пружины, возбудитель крутипьных колебаний образца и средства регистрации этих колебаний CsJ.5 Недостатком известного устройства являются погрешности и ненадежность результатов измерений, возникающие от до- полни1-ельного-нагружения образца усипиями растяжения-сжатия, которые, в своюю очередь, возникают в результате изменения длины образца, например от нагрева. Иегаь изобретения - повыщение точное ти и надежности измерений путем устранения напряже тй растения-сжатия в ис-,д спедуемом образце. Поставленная цель достигается тем, ; что известное устройство снабжено компенсатором осевых деформаций образца включаюшим жесткий элемент, соединен-20 ный с пружиной и верхней нитью, дополнительную пружину, связанную с уравновещивающим рычагом и жестким элементом. упругий стержень, один конец которого шарнирно соединен с уравновешивающим25 рычагом, а другой связан с жестким эпементом, нормально разомкнутые контакты, установленные на уравновешивающем рычаге,размещенный меншу ними контакт. установленный на упругом стержне, ревер-зо сивный двигатель, в цепь управления ко торого включены упомянутые контакты, и закрепленную на валу двигателя гибкую нить, соединяющую его с уравновешиваюшим рычагом.„ На фиг. 1 изображено устройство, обший вид; на фиг. 2 -компенсатор осевых деформаций образца. Устройство содержит неподвижный нижНИИ захват 1 для крепле1дая исследуемого образца 2, колебатепьную систему, включающую верхний захват 3, связанную с верхним захватом 3 траверсу 4 с инерционным грузом 5, шарнирно закрепленный на станине 6 уравновешивающий рычаг 7, вертикальную раму-8, закрепленную на верхнем захвате 3 так, что ее ось симметрии совпадает с соью захвата 3, верхнюю и нижнюю нити 9 и 10 ветс-твенно, одни концы которых закреплены на противоположных сторонах рамки 8 по ее вертикальной оси симметрии, пру,. жину i 1, один конец которой скреплен со свободным концом нижней нити 10, а другой с уравновешивающим рычагом 7, дополни те Шэный рычаг 12, одним своим концом шарнирно закрепленный на станине 6, а другим соединенный с нижним концом пружины 11. 24 Кроме того, устройство содержит возбудитепь крутильных колебаний образца, средства регистрации этих колебаний (не показаны) и компенсатор осевых деФормаций образца 2, включающий жесткий элемент 13, соединенный с пружиной 11 и верхней нитью 9, дополнитепьную пружину 14, связанную с уравновешивающим рычагом 7 и жестким элементом 13, упругий старжень 15, один конец которого шарнирно соединен с уравновещивающим рычагом 7, а другой связан с жестким элементом 13/ нормально разомкну- ые контакты 16 и 17, установленные на уравновешивающем рычаге 7, размещенный между ними контакт 18, установлен- ный на упругом стержне 15, реверсивный двигатель 19, в цепь управления котороРО включены упомянутые контакты 1618, и закрепленную на валу двигателя 19 гибкую нить 20, соединяющую его с уравновешивающим рычагом 7, Для устранения затухания механичес ких колебаний при трении о воздух и кор- розии образца при термообработке весь маятник помещен в герметичный вакууми- рованный корпус (не показан), который в то же время играет роль станины 6. Уравновешивающий рычаг 7 через сияьфон 21 выходит из корпуса устройства. Устройство работает следующим образом. При удпйнении по какой-либо причине образца 2 (повысилась температура, . вставлен новый образец бопьшей длины) жесткий элемент 13 поднимается, контакты 16 и 18 замыкают электрическую цепь двигателя 19, который, вращаясь, наматывает на вал нить 2О и тянет урав- новешивающий рычаг 7, пружина 14 рас- тягивается и снова уравновешивает вес верхнего захвата 3 с рамкой 8, в результате чего нагрузка на образец 2 компенсируется. При этом, в результате поворота уравноешиваюшего рычага 7 по часовой стрепке, контакты 16 и 18 размыкаются, враШение двигателя 19 прекращается. Нри сокращении размеров образца 2 работа устройства аналогична. Теперь замыкаются контакты 17 и результате чего полярность напряжения, подаваемого на двигатель, меняется, последний вращается в обратную сторону, ослябляя нить 2О. Рычаг 7 поворачивается против часовой стрелки, и контакты 17 и 18 размыкаются. Таким образом, в течение всего времени поддерживается близкая нулю предельная нагрузка на образце 2. Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить надежность и точность измерений на крутильном маятни ке с механической подвеской, поскольку гарантирует устранение oceBoix нагрузок на образец и исключает его Деформаии. Кроме того, значительно упрощается техника проведений испытаний, так как нет необходимости точного соблюдения длины образца. Формула изобретения Устройство Для измерения внутреннего трения и модуля сдвига материалов,содер жащее неподвижный нижний захват для крепления исследуемого , колебательную систему, включающую верхний захват дня крепления исследуемого., образца, связанную с верхним захватом тра версу с инерционным грузом, шарнирно закрепленный на станине уравновешивающий рычаг, вертикальную рамку, закрепленную на верхнем захвате так, что ее ось сим метрии совпадает с осью захвата, две нити одни концы которых закреплены на противо положных сторонах рамки по ее вертикальной оси симметрии, пружину, один конец которой скреплен со свободным концом нижней нити, а другой-суравновешивающим рычагом, дополнительный рычаг, одним своим концом шарнирно закреппенный на станине, а другим соединенный с нижним концом пружинь, возбудитель крутигшных колебаний образца и средства регистрации этих колебаний, о тличаюшее с я тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений путем устранения напряжений растяженвя-сжатня в иоЬледуемои образце, оно снабжено компенсатором осевых деформаций образца, включа- юпшм жесткий элемент, соединенный с пружиной и верхней нитью, дополнительную пружину, связанную с уравновешивающим рычагом и жестким элементом, упругий стержень, один конец которого шарнирно соединен с уравновешивакшшм рычагом, а другой связан с жестким элементом, нормально разомкнутые контакты, установленные на .уравновешивающем рычаге, размешенный между ними контакт, установленный на упругом стержне ревёр сивный двигатель, в цепь управления которого включены упомянутые контакты, и закрепленную на валу двигателя гибкую нить, соединяющую его с уравновешива1ошим рычагом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР Nfe 590646,кл.в 01 N 11/16, 1975; 2.Авторское свидетельство СССР NO 724975, кл. &О1Ы 3/Э2, 1976 (прототип).

Т

/

;а

/ / f7 /5

V.

п

пз

и.

/

19

4

Фиг. г