Устройство для определения модуля упругости материала с нелинейными упругопластическими свойствами Советский патент 1982 года по МПК G01N3/00 G01N3/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ МАТЕРИАЛА С НЕЛИНЕЙНЫМИ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИМИ

1

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для определения модуля упругости и секущего модуля материала с нелинейными упругопластическими свойствами.

Известно устройство для определения 5 модуля упругости материала с нелинейными упругопластическими свойствами, содержащее узел деформирования образца материала, датчики напряжения и деформации и регистрирующее устройство для ,Q построения диаграммы напряжение-деформация 1.

Недостатком известного устройства является низкая точность определения модуля упругости и секущего модуля графическим путем по диаграмме напряжение-деформа- 15 ция.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения модуля упругости материала с нелинейны- 2о ми упругопластическими свойствами, содержащее узел деформирования образца материала, датчики напряжения и деформации, электронные усилители сигналов датчиков

СВОЙСТВАМИ

напряжения и деформации и связанный с ними блок дифференцирования. В известном устройстве непрерывно регистрируют производную (угол наклона) диаграммы напряжение-деформация. А затем при обработке полученных результатов определяют модуль упругости материала 2.

Недостатком известного способа является низкая точность определения модуля упругости и сложности обработки результатов измерений. Кроме того, в известном устройстве не определяется секущий модуль.

Целью изобретения является повыщение точности и упрощение обработки результатов измерений при определении модуля упругости и дополнительного измерения секущего модуля.

Указанная цель достигается тем, что устройство для определения модуля упругости и секущего модуля материала с нелинейными упругопластическими свойствами, содержащее узел деформирования образца материала, датчики напряжения и деформации, электронные усилители сигналов датчиков напряжения и деформации и связанный с ними блок дифференцирования, снабжено двумя запоминающими конденсаторами, двумя реле, усилителем, имеющим коэффициент усиления, равный двум, блоком вычитания, переключателем, масштабным усилителем, измерительным прибором и двумя пороговыми блоками, уровень срабатывания первого из которых в два раза выше, чем уровень срабатывания второго, запоминающие конденсаторы параллельно соединены через нормально открытые контакты соответствующих реле с выходом блока дифференцирования, вход усилителя соединен с выходом блока дифференцирования, вход усилителя соединен с одним из конденсаторов, выход усилителя соединен с входом блока вычитания, с другим входом которого соединен второй конденсатор, а с выходом - контакт переключателя, с двумя другими контактами которого соединены сигнальные обкладки обоих конденсаторов, общий контакт переключателя соединен через масштабный усилитель с измерительным прибором, входы пороговых блоков соединены параллельно с выходом электронного усилителя сигнала датчика деформации, выход первого порогового блока соединен с управляющей обмоткой первого реле, а выход второго порогового блока соединен с управляющей обмоткой второго реле. На чертеже изображена блок-схема предлагае.мого устройства. Устройство содержит узел 1 деформирования образца, который включает неподвижный захват 2, подвижный захват 3 образца 4 и силовозбудитель 5, управляемый блоком 6 нагрузки, датчик 7 напряжения, датчик 8 деформации, электронные усилители 9 и 10 сигналов датчиков напряжения и деформации и связанный с ними блок 11 дифференцирования, запоминающие конденсаторы 12 и 13, реле 14 и 15, усилитель 16, имеющий коэффициент усиления, равный двум, блок 17 вычитания, переключатель 18, масштабный усилитель 19, измерительный прибор, например, цифровой вольтметр 20, и пороговые блоки 21 и 22, при этом уровень срабатывания порогового блока 21 в два раза выше, чем уровень срабатывания порогового блока 22. Запоминающие конденсаторы 12 и 13 параллельно соединены через нормально открытые контакты соответствующих реле 14 и 15 с выходом блока 11 дифференцирования, вход усилителя 16 соединен с конденсатором 13, выход усилителя соединен с входом блока 17 вычитания, с другим входом которого соединен конденсатор 12, а с выходом - контакт 23 переключателя 18, с двумя другими контактами 24 и 25 которого соединены соответственно сигнальные обкладки конденсаторов 13 и 12. Общий контакт 26 переключателя 18 через масштабный усилитель 19 соединен с измерительным прибором 20, входы пороговых блоков 21 и 22 соединены параллельно с выходом электронного усилителя 10 сигнала датчика 8 деформации, выходы пороговых блоков 21 и 22 соединены с управляющими обмотками соответствующих реле 14 Устройство работает следующим обраОбразец 4 для испытания закрепляют в захватах 2 и 3 узла 1 деформирования, При помощи силовозбудителя 5 ручным управлением с использование.м режима пускостановка (кратковременными включениями выбирают зазоры в захватах 2 и 3, после чего устанавливают нулевые сигналы на выходах усилителей 9 и 10. Для определения модуля упругости Е и секущего модуля ES при деформации на шкалах пороговых блоков 21 и 22 устанавливают значения деформаций соответственно S и в интервале деформаций, где зависимость 6 - достаточно полно может быть представлена полиномом второй степени .. При этом в устройстве используются следующие свойства диаграммы деформирования. Касательный модуль Et, секущий модуль и модуль упругости ES связаны соотнощениямиEt (72) ES (), Е 2Es()-Et(), при которых не требуются данные о начальном участке деформирования и облегчается обработка результатов измерений, После устранения зазоров между образцом и захватами привод 5 включают в автоматический режим. При этом происходит деформирование образца 4, в результате чего постоянно увеличиваются сигна лы датчиков 7 и 8 напряжения и деформации, которые усиливаются соответственно усилителями 9 и 10. Усиленные сигналы напряжения 6 и деформации €. поступают на входы блока 11 дифференцирования, который непрерывно вырабатывает сигнал, пропорциональный производной d6/d. Этот выходной сигнал поступает одновре.менно на нормально открытые контакты реле 12 и 13 и, вследствие того, что эти контакты открыты, он дальше не проходит. Усиленный сигнал датчика 8 деформации поступает также на входы пороговых блоков 21 и 22. По .мере продолжающегося деформирования деформация достигает первого установленного значения У2, срабатывает пороговый блок 22, на выходе которого появляется сигнал- длительностью - 0,2 с. На это же время включается реле 15, и замыкаются его контакты. Сигнал (d6/d) с выхода блока 11 дифференцирования поступает .. ..,,..„.. на конденсатор 13 и заряжает его до потенциала, пропорционального производной напряжения 6 по деформации при деформации /2, т. е. до потенциала, пропорционального величине (f ).V2 Et ( ) ES(). После отключения реле 15 заряд на конденсаторе 13 сохраняется до конца измерения. По мере дальнейшего деформирования образца 4 деформация его достигает величины .. При этом срабатывает пороговый блок 21 и на время 0,2 с, замыкаются контакты реле 14. Конденсатор 12 заряжается до потенциала, пропорционального производной напряжения 6 по деформации , при деформации t, т. е. (-d)a Et(). Одновременно выходной сигнал порогового блока 21 поступает на блок 6 нагрузки и останавливает силовозбудитель 5. Нагружение прекращается. После отключения реле 14 заряд на конденсаторе 12 сохраняется до конца измерения. Сигнал с конденсатора 13 поступает на вход усилителя 16, имеющий коэффициент усиления, равный двум, а также на контакт 24 переключателя 18. Так что на выходе усилителя 16 формируется сигнал, пропорциональный величине 2Es (-). Чтобы не возникла большая погрешность измерения, связанная с разрядом конденсатора 13, входное сопротивление усилителя 16 должно быть не менее 10 MOM. Выходной сигнал усилителя 16 поступает на один из входов блока 17 вычитания. Сигнал с конденсатора 12 поступает на контакт 25 переключателя 18 и на второй вход блока 17 вычитания, входное сопротивление которого также не менее 10 MOM. На выходе блока 17 вычитания формируется сигнал, равный разности входных сигналов, т. е. пропорциональный модулю нормальной упругостиE 2Es()-Et(). Этот сигнал поступает на контакт 23 переключателя 18. Путем подключения контактов 23-25 к общему контакту 26 потенциалы, пропорциональные соответственно Е, ES( f) и Et(), подаются последовательно на масщтабный усилитель 19, который имеет такой передаточный коэффициент, что показания связанного с ним цифрового вольтметра 20 равны либо значениям измеряемых модулей, либо их значениям, уменьщенным в 10 раз (ш - целое число). Переключение контактов переключателя 8 и запись показаний цифрового вольтметра 20 производят вручную. При больших объемах непытаний опрос контактов автоматизируют, а к выходу вольтметра 20 подключают автоматическое цифропечатающее устройство. Устройство позволяет повысить точность и упростить обработку результатов измереНИИ при определении модуля упругости и секущего модуля, поскольку его блок-схема дает возможность оптимально использовать соотношения между касательным модулем, секущим модулем и модулем упругости на основании аппроксимации диаграммы полиномом второй степени. Формула изобретения Устройство для определения модуля упругости материала с нелинейными упругопластическими свойствами, содержащее узел деформирования образца материала, датчики напряжения и деформации, электронные усилители сигналов датчиков напряжения и деформации и связанный с ними блок дифференцирования, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения обработки результатов измерения при определении модуля упругости и дополнительного измерения секущего модуля, оно снабжено двумя запоминающими конденсаторами, двумя реле, усилителем; имеющим коэффициент усиления, равный двум, блоком вычитания, переключателем, масштабным усилителем, измерительным прибором и двумя пороговыми блоками, -----уровень срабатывания первого из которых в два раза выше, чем уровень срабатывания второго, запоминающие конденсаторы параллельно соединены через нормально открытые контакты соответствующих реле с выходом блока дифференцирования, вход усилителя соединен с одним из конденсаторов, выход усилителя соединен с входом блока вычитания, с другим входом которого соединен второй конденсатор, а с выходом - контакт переключателя, с двумя другими контактами которого соединены сигнальные обкладки обоих конденсаторов, общий контакт переключателя соединен через масщтабный усилитель с измерительным прибором, входы пороговых блоков соединены параллельно с выходом электронного усилителя сигнала датчика деформации, выход первого порогового блока соединен с управляющей обмоткой первого реле , а выход второго порогового блока соединен с управляющей обмоткой второго реле, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов. Под ред. А. Т. Туланова, т. П. М., «Машиностроение, 1974, с. 24-37 2.Патент США № 3948091, кл. 73-95, 1976 (прототип).