Способ измерения вязкоупругих характеристик материалов

( 9) (11) 320 1/16 4 (51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 21) 3615081/24-25(22) 07 (46) 23 (72) Л (71) Це бюро ун НаучноАН СССР (53) 53 (56) 1. У 589562. Ф рукция исследо для нау 07.8306.85. Бюл. Мф 23.Ульяновтральное конструкторское кального приборостроения ехнического объединения ,137(088,.8)Авторское свидетельство СССкл. С 01 М 11/16, 1967. рган Р.П. Улучшенная конструтильного вискозиметра для ания полимеров, - "Приборы ных исследований", 1965, 53-60 (прототип).(54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ, основанный на измерении угла закручивания и крутящего момента при вынужденных крутильных колебаниях испытуемого образца, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностейспособа, испытуемый образец закрепляют в подвесках с известной жесткостью в осевом напряжении, дополнительно измеряют амплитуду и Фазуколебаний второй гармоники осевыхколебаний, изменяют жесткость подвесок с последующим измерением амплитуды и Фазы второй гармоники, арасчет искомых характеристик осуществляют по известным формулам.Изобретение относится к областиизмерения вязкоупругих характеристик материалов с помощью сдвиговогодеформирования образцов в широкойобласти низких частот, 5, Известен способ измерения вязкоупругих характеристик материалов,основанный на параметрической компенсации управляющего (возмущающего)воздействия, благодаря чему с высокой точностью определяют компонентыкомплексного модуля сдвига1.Наиболее близким к изобретениюявляется способ измерения вязкоупругих характеристик материалов, заключающийся в том, что измеряют уголзакручивания и крутящий момент привынужденных крутильных колебанияхиспытуемого образца и по измереннойамплитуде деформаций или измеренном 20крутящем моменте и сдвигу фаз междунапряжением (крутящим моментом,сдвиговым усилием) и деформациейрассчитывают. с учетом фактора формыкомпоненты комплексного модуля сдвига другие характеристики материала 2 1.Однако при кручении образца материала, как просто при,сдвиге,практически возникают нормальные напряжения, в некоторых случаях (эффект Вайссенберга) на десятичныепорядки превышающие тангенциальные.В динамическом режиме деформирования под воздействием нормальныхнапряжений возникают соответствующие деформации образца, перпендикулярные сдвиговому деформированию,на которые расходуется неучитываемая часть энергии. Величина этихдеформаций зависит от комплексныхупругостей держателей образца в нормальном направлении и, в конечномсчете, от формы образца и конструктивных особенностей испытательноймашины, прибора, на которых изучаются динамические механические характеристики материалов. В зависимостиот величины нормальных деформацийбольшая или меньшая часть приложенного крутящего момента ипи сдвигового усилия идет на возбуждениенормальных деформаций, величина которых до сих пор не учитывалась,а следовательно, значения сцвиговыххарактеристик материалов получалисьбольшей или меньшей степени ошиочными. Этот факт является одной из главных причин невоспроизводимости характеристик одногои того же материала, полученных на различных по конструкции приборах.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа испытаний при крутильных колебаниях образца материала за счет учета взаимного влияния сдвиговых и объемных деформаций образца.Поставленная цель достигается тем, что при способе измерения вязкоупругих характеристик материалов, основанном на измерении угла закручивания и крутящего момента при вынужденных крутильных колебаниях испытуемого образца, последний закрепляют в подвесках с известной жесткостью в осевом направлении, дополнительно измеряют амплитуду и фазу колебаний второй гармоники осевых колебаний, изменяют жесткость подвесок с последующим измерением амплитуды и фазы второй гармоники, а расчет характеристик осуществляют по известным формулам.На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения вязкоупругих характеристик материалов.Устройство состоит из генератора 1 механических крутильных колебаний, образца 2 с задаваемыми амплитудой и частотой деформирования, датчика 3 крутящих моментов, датчика 4 нормальных деформаций, подвеса 5 с задаваемой комплексной упругостью, держателей 6 образца и анализирующего устройства 7Устройство работает следующим образом.Генератором 1 задаются амплитуда и частота сдвигового деформирования образца 2, закрепленного в держателях 6. При этом с помощью датчика 3 измеряется приложенный к образцу 2 крутящий момент, а с помощью. датчика 4 измеряются амплитуда и фаза второй гармоники осевых колебаний верхнего держателя, возникающих, например, вследствие существования эффекта нормальных напряжений. Данные измерений датчиков 3 и 4, а также заданные значения амплитуды и частоты деформирования образца и комплексной упругости подаются на анализатор 7, с помощью которого вычисляются искомые характеристики,1163206 Составитель В.КрутинТехред О.Неце Корректор О.Луговая Редактор И.Николайчук Заказ 4097/42 Тираж 897 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4 П р и м е р. Берут образец моно" дисперсного полибутадиена с молекулярной массой 85000, наружным диаметром 4 10 м, внутренним диаметром 3,2 10 м и высотой 3 10 и. На частоте 100 Гц задается амплитуда крутильных колебаний 0,002 рад и устанавливается жесткость подвеса 5 0,88 "10 н/м. Измеренный комплексный крутящий момент по модулю 8,00 10 н м, амплитуда второй гармоники 310м.Жесткость подвеса 5 изменяется вдвое и составляет 1,76.10 н/м. При этом амплитуда второй гармоники 1,45 10 м, а крутящий момент 7,9 х х 10 н м. Вычисленные значения по модулю комплексного модуля сдвига и модуля растяжение-сжатие соответственно 1,0 - 10 и 1,410 Па.Таким образом, изобретение расширяет функциональные возможности 5 известных способов и позволяетполучить уточненные значения комплексного модуля сдвига, а такжеизмерить и вычислить комплекснйймодуль растяжение-.сжатие, амплиту 1 б ды осевых и радиальных деформацийи осевых сил (напряжений) . Но этимвеличинам, в свою очередь, могутвычисляться такие качественно новые характеристики материалов, как 1 коэффициент объемного деформирования, коэффициент трансформациикрутящего момента в нормальные напряжения, шаровой и скашивающийтензоры сил и деформаций.