Устройство для измерения внутреннего трения и модуля сдвига материалов

О П И С А Н И Е р) 59 О 646ИЗОБРЕТЕНИЯ Сове Соеетских Социалистическим Республик(23) Приоритет Государственный комете. Совета Министров СССГ ,но делам изобретенийи открытий(43) Опубликовано 30,01.78. Бюллетень(45) Дата опубликования описания 09,02.78(53) УД 0,172 88,8) 72) Авторы изобретения В. Н. Трегубов, А, П. Платонов и В. И. КукушкинОтделение ордена Ленина института химической физики АН 71) Заявит В НУТРЕ Н Н ЕГОТЕРИАЛОВ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕР ТРЕНИЯ И МОДУЛЯ СДВИ авнени пряже ва воз ойствеостьюен испоремещсравпн впис, в этого в предлагаемом устр жим установлен с возможн ного перемещения и снабж м механизмом этого пе юченпым и выходу элемента ик обратной связи выполнс азователя тока в напряже о на выходе регулятора тока чертеже изображена схема устройства. Для ний з тикал тельнь подкл а дат преоб ченно На емоговер- линнп 51,ени, виде клюпредлага Изобретение касается устройств, предназначенных для определения механических характеристик материалов, а именно устройств для измерения внутреннего трения и модуля сдвига методом затухания свободных колеба ний, например, вязких жидкостей, высоко- эластичных и жестких вязко-упругих материалов.Известно устройство для измерения внутреннего трения и модуля сдвига материалов, 10 содержащее зажимы для установки образца, крутильный маятник, инерционное тело которого жестко связано с одним из зажимов, неподвижную опору, электромагнит, установленный соосно с инерционным телом, систему 15 возбуждения и регистрации колебаний.Однако наличие на измеряемом образце постоянно действующей растягивающей силы, создаваемой весом инерционного тела не позволяет производить измерения механичес ких характеристик пластичных материалов, а также измерения при чистом кручении.Известно также устройство для измерения внутреннего трения и модуля сдвига материалов, содержащее крутильный маятник, вклю чающий для установки образца нижний и верхний зажимы н жестко сосдинснное с последним инерционное тело, магнитную подвеску, состоящую из электромагнита и регулятора ока, систему компенсации продоль ных усилии, содержащую элемент ср я и подключенные к нему задатчик на ния и датчик обратной связи, и средст буждения и регистрации колебаний.Это устройство позволяет компенсировать продольную переменную силу, возникающую в образце при крутильных колебаниях, и обеспечивает бесконтактную подвеску кру тильного маятника.Однако оно не исключает импульсного нагружения измеряемого образца в момент включения электромагнита магнитной подвески, что недопустимо прп измерении высоко- пластичных образцов, изменяющих структуру межмолекулярных связей, в связи с чем снижается надежность устройства и достоверность измерений.Целью изобретения является повышение надежности устройства в работе,55 60 б 5 3Устройство содержит крутильный Маятник 1, у которого верхний зажим 2 образца 3 жестко соединен с инерционным телом 4, выполненным в виде диска со вставкой 5 и свободно установленным на опоре 6, Для крепления второго конца образца 3 служит нижний зажим 7. Магнитная подвеска инерционного тела 4 включает электромагнит .8, установленный с зазором над инерционным телом 4, Внутри электромагнита 8 вставлен сердечник 9, подвешенный на тонкой металлической проволоке 10 к неподвижной опоре 11. Вставка 5 инерционного тела 4 и сердечник 9 выполнены из магнитно-мягкого железа. Для демпфирования невращательных колебаний инерционного тела 4 и сердечника 9 последний помещен в ванну 12 с маслом. Кроме того, устойчивость инерционного тела 4 в горизонтальной плоскости обеспечена формой магнитного поля электромагнита 8, интенсивность поля которого максимальна по вертикальной оси инерционного тела 4 и электромагнита 8, соединенного с регулятором 13 тока. Для стабилизации положения инерционного тела 4 по вертикали регулятор 13 тока снабжен обратной связью, включающей дифференциальный датчик 14 положения, выполненный, например, в виде спаренного фотоэлемента, регистрирующего световой сигнал от источника 15 света, перед которым на верхнем зажиме 2 закреплен флажок 16, закрывающий наполовину каждый из двух фотоэлементов датчика 14 положения. Нижний зажим 7 закрепления образца 3 установлен в подшипнике 17 и снабжен поводком 18, кинематически связанным с двухходовым электромагнитом 19, обеспечивающим поворот нижнего зажима 7 на заданный угол и являющимся элементом средств 20 возбуждения и регистрации колебаний в измеряемом образце 3, Для компенсации продольной переменной силы, возникающей при уменьшении длины образца в результате его закручивания, нижний зажим 7 через шарнир 21 и направляющие 22 вертикального перемещения кинематически связан с исполнительным механизмом 23, выполненным, например, в виде пары винт-гайка, и реверсивного электропривода 24, подсоединенного к выходу элемента 25 сравнения, выполненного на базе дифференциального усилителя. Один вход элемента 25 сравнения соединен с задатчиком 26 напряжения, а другой вход - с датчиком 27 обратной связи, выполненным в виде преобразователя тока в напряжение и включенным последовательно в цепи электромагнита 8 и регулятора 13 тока,Кроме двухходового электромагнита 19, средства 20 возбуждения и регистрации колебаний включают оптическое устройство с фоторегистратором (на чертеже не показаны), регистрирующими колебания инерционноо тела 4 по установленному на крутильном маятнике 1 зеркалу 28, являющемуся элементом оптического устройства. 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 Устройство работает следующим образом.Образец 3 закрепляют в верхнем 2 и ниж нем 7 зажимах, при этом инерционное тело 4 установлено на опоре 6. Затем подают ток в электромагнит 8, создающий тяговое усилие, равное по величине сумме весов инерционного тела 4, верхнего зажима 2 с измеряемым образцом 3 и заданного усилия растяжения на последнем. Вертикальное положение всей системы определяет и задает дифференциальный датчик 14 положения, регистрирующий положение флажка 16 по изменению освещенности дифференциального датчика 14 положения от источника 15 света, при этом сигнал с датчика 14 положения поступает на регулятор 13 тока, с помощью которого ток в электромагните 8 и действующее на инерционное тело 4 тяговое усилие изменяют так, чтобы восстановить равновесие сил и прежнее положение инерционного тела 4 с закрепленным на нем флажком 16. Такое выполнение устройства, обеспечивающее жесткое положение по вертикали инерционного тела 4, позволяет иметь стабильную тяговую характеристику,11 ри возбуждении колебаний в системе образец 3 - верхний зажим 2 - инерционное тело 4, производимом посредством двухходового электромагнита 19, происходит скручивание образца 3 и изменение его длины, в результате чего на образец 3 действует дополнительная продольная сила. 11 ри этом величина тока в электромагните 8 имеет тенденцию к периодическому изменению, однако это возмущение, регистрируемое элементом 2 о сравнения посредством датчика 27 обратной связи и задатчиком 26 напряжения, компенсирует исполнительный механизм 23, получающий сигнал от элемента 25 сравнения и перемещающий нижний зажим 7, обеспечивая таким образом стабилизацию заданной величины растягивающей силы на образце 3.Скручивая образец при помощи двухходового электромагнита 19 и регистрируя колебания инерционного тела 4 через оптическое устройство на фоторегистраторе, измеряют амплитуды колебаний и производят расчеты механических характеристик материала по существующим методикам,Формула изобретенияУстройство для измерения внутреннего трения и модуля сдвига материалов, содержащее крутильный маятник, включающий для установки образца нижний и верхний зажимы и жестко соединенное с последним инерционное тело, магнитную подвеску, состоящую из электромагнита и регулятора тока, систему компенсации продольных усилий, содержащую элемент сравнения и подключенные к нему задатчик напряжения и датчик обратной связи, и средства возбуждения и регистрации колебаний, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройбй 0646 ства в работе, йижний зажим установлен с возможностью вертикального перемещения и снабжен исполнительным механизмом этого перемещения, подключенным к выходу элеставнтсль Г. Коновалов Техред Н, Рыбкинаедактор О. Юрко ректор О. Тюрина Подппс Тираж 1109мптета Совета Мпнпстробретснпй и открытий, пр. Сапунова, 2 ног Изд.182 Государственного по делам и 113035, Москва, 6мента сравнения, а датчик обратной связй выполнен в виде преобразователя тока в напряжение, включенного на выходе регулятора тока.