Способ определения механических свойств листовых материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) Я 753340 5 ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛ ЬСТВУ ВТО ОМУ С 1" : 2(21) 4727638/28",.; :. -,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАЙЙЧЕ- (22)07.08,89 " .:, ":;.:,: .:;.: СКИХ СВОЙСТВ .ЛИСТОВЫХ МАТЕРИА- (46) 07.08.92; Бюл. М 29 .,: ",.:.: ,";." ЛОВ(71) Электростальское научно-проиэводСт-, (57) Использование: приопределении модуля венное обьединение "Неорганика" .:,: .-: упругости высокоэластичных листовых мате- (72) Е.Н,Рыбин, И.М,Иванов и Е.В.Толстоно-.- риалов, Сущность изобретения: цейтральйую женко", : ." .,:,.,",- часть образца 1 в виде мембраны толщиной й (56) 1.Реэниковский М,МЛукомская А.И. . и радйусом г 1 закрепляют между Двумя дйскаМеханические испытайия каучука и резины -.:., ми 2 и 3 радиусом г 2. Затем растягивают,обра- М.-Л.; Химия, 1964. ". " :. :. :. зецрадиальными усилиями и "закрепляйт его2. Авторское свидетельство СССР, по контуру. Далее прикладывают к цейтруди-Ь 1649371, кл. 0 01 й 3/30, 1988,.;:,сков 2 и 3 осевое нормальное усилие, Фикси.,руют прогиб в центре мембраны, Подостижении заданного прогиба фиксируютосевое усилйе Р. Модуль упругости рассчитывают по приведенной формуле. 1 табл., 2 ил.йеуфмент достижения прогиба М, Далее судят омодуле упругости Е по формулее =-Я - ". -ф- р)где т - коэффициент Пуассона;К - безразмерный коэффициент, зависящий от геометрйческих размеров образцаи деформаций мембраны,Упругая сила мембраны Р, уравновеши 10 ян,гркуРР=2 к го 11 % 3 1 и Р, (2)гДе го - РаДиальное РаССтдЯние от оси симметрии мембраны,и - толщина мембраны;%- радйальное напряжение;Р- угол наклона касательной к кривойпрогиба мембраны в точке го.Согласно закону Гука+20 огг = (аа +1 Ох), (3)Е1 - Ргде та, аллу - главные компоненты тензорадеформаций,Если В/ и 0 - осевое и радиальное пере 25 мещение точек мембраны, то Изобретение относится к исследованиям механических свойств материалов, в ча-стности к способам определения модуляупругости высокоэластичных листовых материалов.Известен способ определения механических свойств листовых материалов, заключающийся в том, что образец материалав виде полоски закрепляют в захватах испытательной машины,"прикладывают к немурастягивающее усилие, измеряют деформацию образца и по значениям этих величинрассчитывают модуль упругости материалаИНедостатком способа является невысокая точность определения модуля упругости, так как из-зэ сложности картинынапряженно-деформированного состоянияобразца ограничиваются учетом лишь продольной деформации. которую находят поудлинению образца, и пренебрегают поперечной деформацией.Наиболее близким к предлагаемому является способ определения механическихсвойств листовь 1 х материалов, по которомуобразец в виде круглдй мембраны закрепляют "по контуру, прикладываютк центрумембраны нормальное усилие и фиксируютпрогиб в центре мембраны, по которому судят о свойствах материала 2),Недостатком способа является егоогра-ниченная информативность, В частности,данный способ не пригоден для определе-:ния механйческих свойств высокоэластичных материалов, например листов резины,полимерных пленок и т,п.Цель изобретения - расширение информативности способа определения механических свойств. листовых материалов,обеспечивающее определение модуля упру гости высокоэластичных материалов.На фиг,1 приведена схема радиальногорастяжения образца; на фиг.2 - схема воз- .действия усилий.(5) елу =О/го Го= Г 2,45 Так как 1 Р = Р, то из выражения (7)следует выражение (1).Коэффициент К не зависит от модуляупругости Е и всецело определяется параметРами г 1, г 2, Оо и.величиной осевого пеРе 50 мещения его центра уу,. Данныйкоэффициент находят либо численно, пользуясь выражением (8), либо опытным путем.Для опытного определения величины К не,обходимо иметь в наличии листовой матери 55 ал с известным модулем упругости Е,Изготовив из данного материала мембранус фиксированными значениями параметровг 1, г 2, Оо и нагрузив ее усилием Р до прогибаЧ/к, рассчитывают К по формуле Способ осуществляется следующим образом.Из материала толщиной и вырезают образец 1 в виде круглой мембраны радиусом рабочей части г 1, Закрепляют центральную часть образца 1 между двумя дисками 2 и 3 радиусом г, Растягивают образец 1 ради альными усилиями на величину Оо по каждому радиусу г 1 и закрепляют образец 1 по растянутому контуру между кольцевыми опорами 4 и 5. Затем к центру дисков 2 и 3 прикладывают нормальное осевое усилие до достижения заданного прогиба Юк, который фиксируется во время нагружения. Фиксируют величину Р осевого усилия в мог г 62 =( -) 4 (1+ ) - 1: (4) д гс1753340 РЗначения коэффициента К для различного набора параметров мембраны г 1, г 2, Оо и 9/ К = ----- - -- . (9)2 л г 2 6 ЕДля определения К численным методом решают на ЭВМ краевую задачу о напряженно-деформированном состоянии мембраны (данное состояние описывается системой двух нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка) при краевых условияхО(г 2)=0; Щг 2)=Ю, О(г 1)=Оо, Ю/(г 1)=0 (10 .Меняя условия (10) можно получать коэффициенты К для любых сочетаний параметров г 1, г 2, Оо, Ю/,Некоторые из найденных численйо значений коэффициента К для высокоэластич- ных материалов ( 1 =0,5) представлены в таблице,П р и м е р 1, Определяется модуль упругости листовой резины толщиной 6=0;3 мм, Из данной резины изготовлена мембрана с параметрами; г 1=80 мм, г 2=7,5 мм, Оо=20 мм, Мембрана принимает прогиб в центре Ю/=20 мм при осевой нагрузке на центр Р=0,38 кг. В данном случае К=0,376. Подставляя в формулу(1) значения Р, г 2, Ь, К :и и=0,5, находят модуль упругости исследуемой резины Е=5,4 кгlсм 2.П р и м е р 2, Определяется модуль упругости листовой резины толщиной 6=0,9 мм, Из резины изготовлена мембрана с параметрами: г 1=-80 мм, г 2=7,5 мм, О=20 мм. Мембрана принимает прогиб в центре Ю/=10 мм при осевой нормальной нагрузке Р=1,15 кг. Значение коэффициента К=0,211. Рассчитанный по формуле (1) модуль упру гости для исследуемой резины Е=9,6 кг/см,Формула изобретения Способ определения механических свойств листовых материалов, по которому образец из испытуемого материала в виде круглой мембраны толщиной г 1 закрепляют по контуру. прикладывают к центру мембраны нормальное усилие и фиксируют прогиб в центре мембраны, по которому судят о свойствах материала, о т л и ч аю щ и й с я тем. что, с целью расширения его информативности, предварительно до закрепления образца закрепляют центральную часть мембраны между двумядисками радиусом г и растягивают образец радиальнымиусилиями, закрепляют по контуру растянутый образец, при прикладйвании нормального усилия фиксируют его значение Р в момент достижения заданного прогиба, а о модуле упругости судят по формуле: Е =2 Л г 2 Йк . где Ч - коэффициент Пуассона;К - коэффициент, зависящий от геометрических размеров образца и деформаций мембраны