Устройство для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона при растяжении эластичных материалов

Номер патента: 5663

Опубликовано: 30.12.2003

Авторы: Бодрунов Николай Николаевич, Шилько Сергей Викторович

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА ПРИ РАСТЯЖЕНИИ ЭЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Шилько Сергей Викторович Бодрунов Николай Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона при растяжении эластичных материалов на основе испытательного стенда, отличающееся тем,что содержит связанный с компьютером шаровой манипулятор типа мышь для преобразования положения на поверхности деформируемого путем растяжения образца в информацию о перемещении указанной поверхности. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шаровой манипулятор снабжен дополнительным устройством для прижима шара к поверхности деформируемого образца.(56) Малкин А.Я. и др. Методы измерения механических свойств полимеров. - М. Химия,1978. - С. 210-217. 5663 1 Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования механических характеристик материалов, в частности определения модуля упругости (модуля Юнга) и коэффициента Пуассона при растяжении. В известных устройствах для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона реализуют методы испытаний, в которых создаются легко контролируемые виды напряженно-деформированного состояния. Наиболее часто с этой целью используют стандартное испытательное оборудование,позволяющее получить условия одноосного растяжения. При этом образец в виде полосок или лопаток устанавливают в захваты испытательной машины и производят растяжение заданной нагрузкой, а в качестве регистрируемых параметров используют поперечную и продольную компоненты перемещения или деформации 1-6. Для регистрации перемещений в известных устройствах используются оптические и акустические средства (интерферометры, катетометры, измерительные микроскопы), а также экстензометры (индикаторы часового типа, индуктивные и емкостные датчики) 2. Недостатком устройств, основанных на оптических и акустических методах, является их сложность, связанная с необходимостью использования специального регистрирующего оборудования (интерферометров, генераторов и измерителей частоты колебаний). Этот недостаток преодолевается при использовании серийно выпускаемых датчиков деформаций, например тензорезисторов (проволочных, фольговых и полупроводниковых), размещаемых на боковой поверхности образца 2. Однако при значительном удлинении образца затруднительно обеспечить работоспособность датчиков, что ограничивает их применение для определения механических характеристик высокоэластичных материалов в условиях больших деформаций. Длительность установки тензорезисторов и невозможность их повторного использования на других образцах снижает производительность и эффективность измерения модуля упругости и коэффициента Пуассона. Кроме того, при использовании тензорезисторов имеет место погрешность регистрации продольных и поперечных деформаций, связанная с конечными размерами базы измерения (активной решетки датчиков). Задачей изобретения является повышение производительности определения модуля упругости и коэффициента Пуассона в условиях растяжения высокоэластичных материалов на основе стандартного оборудования. Поставленная задача решается тем, что в качестве устройства для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона при растяжении эластичных материалов используется известное устройство в виде шарового манипулятора типа мышь 7, связанное с компьютером, используемое для преобразования своего положения на плоской поверхности в позицию курсора на экране. Для обеспечения надежного контакта шара с поверхностью образца может быть использовано дополнительное прижимное устройство. На фиг. 1 показан чертеж шарового манипулятора, используемого в соответствии с предлагаемым изобретением для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона при растяжении эластичных материалов. Устройство содержит корпус 1, внутри которого установлен шар 2 с фрикционным покрытием и сопряженные с шаром два перпендикулярно расположенных валика 3. На концах валиков установлены диски с прорезями по окружности 4, размещенные в рабочих зонах оптоэлектронных преобразователей 5. Как показано на фиг. 2, шар устройства контактирует с поверхностью образца 6, установленного в захватах 7 испытательного стенда (на фигуре не приведен). Использование известного устройства по новому назначению заключается в том, что перемещение поверхности деформируемого образца вызывает качение сопряженного с ним шара манипулятора. Фрикционное резиновое покрытие шара в условиях сравнительно небольших нагрузок прижатия обеспечивает незначительный свободный ход и про 2 5663 1 скальзывание. Как показано на фиг. 3, с целью повышения точности измерения путем уменьшения проскальзывания может быть предусмотрено прижимное устройство 8 для обеспечения надежного контакта шара с поверхностью образца. При качении по поверхности образца шар вызывает вращение сопряженных валиков. Число оборотов валиков соответствует величине перемещения исследуемой точки по вертикали и горизонтали. На конце каждого валика расположен диск с прорезями по окружности. При вращении дисков происходит прерывание светового пучка между источником света и фотоприемником. Информация о числе прерываний, пропорциональном перемещению точки измерения по соответствующей координате, передается в компьютер через имеющийся порт мыши. Коэффициент Пуассона определяется по формуле где- поперечная деформация образца- продольная деформация образца- координата точки по оси х у - координата точки по оси у х - число срабатываний, соответствующих направлению х у - число срабатываний, соответствующих направлению у. Модуль упругости определяется по известной зависимости 6 где Р - усилие растяжения образца 0 - площадь поперечного сечения образца- смещение исследуемой точки поверхности образца по оси у. Смещениевычисляется по формуле.(3) Коэффициент передачи К зависит от соотношения диаметров шара и валика, а также числа прорезей диска и определяется тарировкой или по следующей зависимости где К - коэффициент передачи- диаметр шара- диаметр валика- число секторов на диске. Для уточненного определения деформацийуточн иуточнучетом больших деформа ций образца могут быть использованы известные зависимости 6 уточн(1) ,(5)(6) Проверку эффективности заявляемого устройства осуществляли путем растяжения призматического образца размером 34,58240 мм из практически несжимаемого материала в виде резины с известным значением коэффициента Пуассона, равным 0,49, и модулем упругости, равным 2,5 МПа. Использовался серийно выпускаемый шаровой манипулятор типа мышь для персональных компьютеров. Измеряемые перемещения и определяемые характеристики (модуль упругости и коэффициент Пуассона), рассчитывались по формулам и автоматически визуализировались на мониторе. Анализ экспериментальных результатов позволяет сделать следующие выводы 3 5663 1 1. Предложенное новое применение стандартного шарового манипулятора типа мышь позволяет с достаточной для практики точностью определить модуль упругости и коэффициент Пуассона материала. 2. Предложенное новое применение повышает производительность измерения по сравнению с базовым объектом за счет сокращения числа рабочих операций. Таким образом, при использовании предлагаемого изобретения представляется возможным повысить производительность определения модуля упругости и коэффициента Пуассона эластичных материалов без применения сложного измерительного оборудования. Использование устройства для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона материала обеспечивает по сравнению с известными техническими решениями следующие преимущества одновременно регистрируется две компоненты перемещения (продольное и поперечное), что повышает производительность измерения измерения могут производиться в любой локальной зоне образца благодаря точечному контакту шара с поверхностью образца, что повышает информативность измерения. Источники информации 1. Белл Дж. Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. В 2-х частях. Ч. 1. Малые деформации Пер. с англ. / Под ред. А.П. Филина. - М. Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984. - С. 325-391. 2. Малкин А.Я., Аскадский А.А., Коврига В.В. Методы измерения механических свойств полимеров. - М. Химия, 1978. - С. 210-217. 3. ГОСТ 9550-81. Пластмассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе. 4. ГОСТ 1497-84. Пластмассы. Методы испытания на растяжение. 5. ГОСТ 28840-90. Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. 6. Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. Изд. 2-е, перераб., - М. Химия, 1975. - С. 52-53. 7. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерамиПер. с англ. / Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. - М. Мир, 1992. - С. 475. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.

МПК / Метки

МПК: G01N 3/08

Метки: коэффициента, упругости, материалов, модуля, пуассона, определения, эластичных, устройство, растяжении

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/4-5663-ustrojjstvo-dlya-opredeleniya-modulya-uprugosti-i-koefficienta-puassona-pri-rastyazhenii-elastichnyh-materialov.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Устройство для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона при растяжении эластичных материалов</a>

Похожие патенты