Способ определения модуля упругости материалов

(72) В,К.Кононенко, Б.М.Драпкин, В.М.Воздвиженский и С.В.Лобанов (71) Рыбинский авиационный технологический институт(53) 534.282:620.178 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР В 807130, кл. С 01 И 3/32, 1979.2. Авторское свидетельство СССР У 102989, кл. С 01 И 3/32, 1982 (прототип)(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что исследуемый материал помещают в оболочку из материала с известными характеристиками упругост ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОПИСАНИЕ ВТОРСНОМУ СВИДЕТ и температурои плавления выше температуры плавления исследуемого мате- .риала, образуя составной образец,создают тепловое поле в образце, воз"буждают изгибные колебания-образцаи измеряют собственную частоту егоколебаний, по которой определяютмодуль упругости исследуемого материала, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности опре"деления модуля упругости при плавлении и кристаллизации исследуемогоматериала, тепловое поле создаютнеравномерным с распределением, обес"печивающим концентрацию усадочныхдефектов в области узлов колебаний,;преимущественно в плоскости, перпендикулярной плоскости, колебаний образца и проходящей через его ось.1 1 1Изобретение относится к областимеханических испьпаний материалов,а именно к способам определениямодуля упругости материалов, иможет быть использовано при определении динамического модуля упругостиматериалов в широком диапазонетемператур, включая температуруплавления и кристаллизации материала.Известен способопределения модуляупругости материалов, заключающийсяв том, что исследуемый материалпомещают в оболочку из материала сизвестными характеристиками упругости и температурой плавления вышетемпературы плавления исследуемогоматериала, образуя составной образецвозбуждают изгибные колебания образца и измеряют собственную частотуего колебаний в процессе нагреваобразца, по которой определяютмодуль упругости исследуемого матери.ала 1,Недостатком этого способа является сравнительно низкая точность определения модуля упругости при плавлении и кристаллизации, обусловленная усадочными дефектами, приводящими к неконтролируемому изменениюгеометрических параметров образца.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения модуля упругости материалов, заключающийся в том, что иссле дуемый материал помещают в оболочку иэ материала с известными характеристиками упругости и температурой плавления выше температуры плавления исследуемого материала, образуя составной образец, создают равномерное тепловое поле в образце, возбуждают изгибные колебанияобразца и йзмеряют собственную частоту его колебаний, по которой определяют модуль упругости исследуемого материала 21.Согласно этому способу образец устанавливают вертикально и консоль- но закрепляют его со стороны верхне. го конца ниже уровня усадочных дефектов.Однако этот способ лишь частично устраняет влияние усадочных дефектов на точность определения модуля упругости, так как при плавлении и кристаллизации усадочные дефекты могут возникать не только выше места закрепления образца, но и в любой другой его части, в том, числе и на его расчетной длине, 1 Целью изобретения я: ляется повы -шение точности определения модуля6349 5 1 О15 20 25 3035 40 45 50 55 упругости при плавлении и кристалли зации исследуемого материала,Цель достигается тем, что согласно способу определения модуля упругости материалов, заключающемуся в том что исследуемый материал помещают в оболочку из материала с известными характеристиками упру- гости и температурой плавления выше температуры плавления исследуемого материала, образуя составной обраэец, создают тепловое поле в образце, возбуждают изгибные колебания образца и измеряют собственную Фчастоту его колебаний, по которой определяют модуль упругости исследуемого материала, тепловое поле создают неравномерным с распределением, обеспечивающим концентрацию усадочных дефектов в области узлов колебаний, преимущественно в плоскости, перпендикулярной плоскости колебаний образца и проходящей через его ось.Создаваемая таким образом концентрация усадочных дефектов не приводит к изменению собственной частоты колебаний образца в результате неконтролируемого изменения объема исследуемого материала.На фиг, 1 изображен составной образец; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.Способ осуществляют следующим образом.Исследуемый материал 1 помещают в оболочку 2 из материала с известными характеристиками упругости и температурой плавления выше температуры плавления исследуемого материала 1, образуя таким образом составной образец, закрывают оболочку 2 пробками 3, создают неравномерное тепловое поле в образце, обеспечивающее концентрацию усадочных дефектов 4 в области узлов колебаний, преимущественно,в плоскости, перпендикулярной плоскости колебаний образ. ца и проходящей через его ось, напри мер, путем соответствующего размещения теплоизоляции и помещения образца в печьне показана)или установкой дополнительных нагревателей 1,не показаны ). Затем в образце возбуждают изгибные колебания и измеря. ют собственную частоту его колебаний, по которой определяют модуль упругости исследуемого материала.и Составитель В,ПастушинРедактор М.Петрова Техред Т.фанта Коррект акаренк каз 6922/35 ВНИИПИ по 11303Тираж 822 осударственного лам изобретений Москва, Ж, Ра Подписноемитета СССРоткрытийская наб., д.4/5 П "Патент", г, Ужгород, ул. Про и 3 1П р и м е р, Определяют модуль упругости кадмия, Цилиндрический образец из кадмия марки Сд -1 диаметром 8 мм и длиной 0 =1.60 мм помещали в оболочку из алюминиевого сплава АД. Таким образом, получают составной образец. В узлах колебаний на расстоянии 36 мм 10,2240) от торцов образца укрепляют асбесто вую теплоизоляцию с двух сторон симметрично плоскости колебаний образца. Размеры теплоизоляции, мм; /10 7.4 (4 шт 1 Подготовленный составной образец с теплоизоляцией подвешивают к вибровозбудителю и датчику на проволочках диаметром 0,08 мм, одна из которых выполнена из сплава хромель, а другая в ,из сплава алюмель, что позволяет точно контролиро. вать температуру образца и проводить дифференциальный термический анализ, Подвешенный составной образец .с теплоизоляцией помещают в рабочем пространстве печи, В образце возбулдают изгибные колебания и измеряют резонансную частоту при нагреве от 293 до 594 К (температу 16349 4ра плавления кадмия 1. Об этапахпроцесса плавления кадмия судятпо дифференциальной термическойкривой, которая записываетсяграфопостроителем Н.Параллельно 5с частОтой измеряют логарифмический декремент затухания колебаний,что позволяет судить о диссипатив-ных потерях в образце при фазовом 1 Опереходе. Все эти измерения проводятпри плавлении кадмия и его кристаллизации. В процессе плавления и кристаллизации температура образца поддерживается постоянной и равной 594 К.По измеренным резонансным частотам 15рассчитывают по формуле модуль Юнга.Создание неравномерного тепловогополя, приводящего к концентрацииусадочных дефектов в узлах колебаний,преимущественно в плоскости, перпендикулярной плоскости колебаний образца и проходящей через его ось, приводит к повышению точности определения модуля упругости исследуемогоматериала при его плавлении и кристаллизации вследствие усчранениявлияния усадочных дефектов.