Способ измерения внутреннего трения материалов

( 9) (11) 4(5 С 01 М 3/56госуда стюнный номитет сссРпО делАм изОВРетений и ОтнРМТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный заочный политехнический институт(56) 1. Пластмассы. Резонансный метод определения динамических модулей упругости н коэффициентов механических потерь при колебаниях консольно закрепленного образца. ГОСТ 19873-74.2, Крнштал М,А., Головин С.А. Внутреннее трение и структура металлов. М., "Металлургия" 1976, с. 98 (прототип). .(54)(57) 1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ, основанный иа создании свободных затухающих колебаний образца, измерении амплитуд, о т л и ч а вщ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения внутреннего трения в материалах, обладающих большим затуханием и.нелинейной зависимостью рассеяния колеба" тельной энергии от амплитуды колебания, измеряют временной интервалот положения максимума отклоненияобразца .до момента прохождения имположения равновесия, а также значение угловой скорости в моментпрохождения образцом положения равновесия, при этом внутреннее трение(1 1 определяют по формуле где Ф - максимальная начальнаяамплитуда колебаний;Т 0/4 - временной интервал от пбложения максимума отклонения образца до моментапрохождения им положенияравновесия;Изначение угловой скорости " С т 14 в момент прохождения образцом положения равновесия.2, Способ по. и, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью определения зависимости внутреннего трения материала от амплитуды колебаний образца, измерения произ. водят на каждом цикле колебаний, 1532 б 7 2Изобретение относится к измерительной технике, использующей неразрушающие методы контроля для измерения внутреннего трения на образцах материала. 3. Известен способ измерения ннутреннего трения, основанный на создании вынужденных колебаний образца и измерении параметров амплитудно-частотной характеристики. резо ц нансной частоты и ширины области резонанса на опоеделенных уровнях амплитуд колебания при постоянной величине внешней возбуждающей силы 11 .Наиболее близким по техническойсушности к предлагаемому являетсяспособ измерения внутреннего тренияоснованный на создании свободныхзатухающих колебаний образца и измерении амплитуд 12).ЮНедостатками известных способовявляются низкая точность измерениявнутреннего трения в материалахобладавших большим затуханием илинелинейной Функцией рассеяния колебательной энергии, а также ограниченные Функциональные возможностипри выявлении зависимости внутреннего трения от амплитуды колебания -нсе это возникает из-эа наличия суЩщественной величины методическойпогрешности, присущей известным способам измерения: погрешности вследствие нелинейной зависимости внутреннего трения от амплитуды, погрешности усреднения, возникающей при З 5измерении н усреднении результатов,соответствующих различным амплитудам,а также погрешности, обусловленнойнеизохронностью колебаний,цель изобретения -повышение точ Оности измерения внутреннего тренияв материалах, обладающих большимзатуханием и нелинейной зависимостьюрассеяния. колебательной энергии отамплитуды, а также определение зависимости внутреннего трения от амплитуды колебаний образца.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу измерениявнутреннего трения материалов основанному на создании свободных затухающих колебаний образца, измеренииамплитуд, измеряют временной интервал от положения максимума отклонения образца до момента прохождения им положения равновесия, а такжезначение угловой скорости в моментпрохождения образцом положения равновесия, при этом внутреннее трение О определяют по формуле1Ро о =-е.ТдС т,/+ где 9 - максимальная начальная)амплитуда колебаний; То/4 - временной интервал от положения максимума отклонения образца У до момента прохождения нм положения равно несия; 341 - значение угловой скорости д. фтой в момент прохождения образцом положения равновесия,Кроме того, измерения производят на каждом цикле колебаний.На фиг. 1 изображен пример устройства, реализующего предлагаемый способ измерения; на Фиг. 2 - вре.;-; в .иные диаграммы работы устройства.Способ основан на косвенных методах измерения, использующих известную зависимость амплитуды 1 свободно затухающих колебаний образца (Фиг. 2 б) от времени ; 4= .е соб.,-,)е гдеи и - соответственно начальная амплитуда и угловая частота. После дифференцирования (1) по времени и подстановки СТо/4 (и ф =/2) получаем значение угловой скорости образца в момент прохождения им положения равновесия (с) где То/4 - четверть периода свободных колебаний, т.е. временной интервал от положения максимума отклонения образца до момента прохождения им положения равновесия. Решая 1,2) относительно с 1 и используя известное соотношение между ннутренним трением Я и декрементом затухания СС, получаем:26 Ф фо ф1 4 .т,В частном случае реализацию предлагаемого способа можно осущестнить на примере крутильного маятника, обладающего значительным затуханием. При этом значение угловой скоРости 1 - 1 1=Т /4. может быть оцене с 11 дно по конечным приращениям 6 С /д. В этом случае н качестве обобщенной координаты принимают угол закручи- О нания образца Я, характер изменения которого при свободных колебаниях (Фиг. 26) описывается выражением (1),Устройство для измерения внутреннего трения (фиг. 1) содержит кру тильный маятник (не показан и измерительный блок, н состан которого входят датчикии 2 углов, фиксирующие прохождение координатой Определенного значения угла Ьс = с- с 1 с 1 20 установленные по обе стороны на достаточно малом расстоянии от положения равновесия маятника, Положение равновесия маятника (угол0 ) Фиксируется датчиком 3. Указанные датчикии 2 служат для из-мерения угловой скорости маятника и вырабатывают импульсы при пересечении маятником положительного угла С, и отрицательного угла ( . (Фиг, 2 в, г) . Выходы датчиков 1 и 2 соединены с раздельными входами триггера 4 выход которого соединен с первым входом элемента И 5. Второй вход элемента И 5 соединен с эталонным им 35 пульсным генератором б а выход элемента И 5 соединен с входом счетчика 7 к разрядам которого подсоединен индикатор 8. Выход датчика 3 соединен с первым входом второго триггера 9 второй вход которого фО соединен с входом "Пуск" устройства. Выход триггера 9 соединен с первым входом элемента И 10 выход которого подключен к счетчику 11 и индикатору 12. Второй вход элемента И О 45 соединен с выходом генератора 6 эталонных импульсов. В качестве датчиков 1-3 в простейшем случае могут быть использованы 50 фотодиоды. расположенные в одну линию, которые пересекает световой луч отражаемый от зеркальца, закрепленного на маятнике.Устройство работает следующим бб разом.Импульсом на входе "Пуск (фиг.2 а) снимается усилие, удерживающее маятник на начальном угле закручиванияи он начинает сонершать свободофные колебания (фиг, 26), которые вследствие большой величины внутреннего трения быстро затухают(н течение одного-двух периодов).В моменты времени с и с, соответствующие заранее известным фиксированным углам С, и ( , датчики 1 и 2 вырабатывают положительные импульсы (фиг, 2 н, г), которые по раздельным входам вначале опрокидывают триггер 4, а затем устанавливают н нем исходное состояние. Импульс с выхода триггера 4 (фиг. 2 д) длительностью 1 открывает на это время элемент И 5, и эталонные импульсы генератора б просчитываются счетчиком 7 (фиг, 2 е) и фиксируются индикатором 8,Если обозначить 6 с =Ч,-(1, .то из треугольника АВС (фиг. 26 следу 1 дсрасрет, что-С=Т /4 -- . Таким обс 11 . еразом, угловая скорость образца при с=0 может быть вычислена делением известного угла на временной интервал,код которого записан в счетчике 7. Одновременно с началом свободных колебаний маятника импупьсом,на входе Пуск" устройства опрокидывается триггер 9 (фиг, 2 ж). Возвращение триггера 9 в исходное состояние осуществляется импульсом с датчика 3, фиксирующего прохождение маятником положения равновесия. Следовательно, число импульсов от генератора б, записанное в счетчик 11 (фиг.2 з) через элемент И 10 пропорционально четверти периода свободных колебаний То/4.По показаниям индикаторов 8 и 12 при известной начальной амплитуде ф, рассчитывается по формуле (3) внутреннее трение.Предлагаемый способ позволяет исследовать зависимость внутреннего трения от амплитуды колебаний. С этой целью производят аналогичные измерения, но при различных значениях начальной амплитуды колебаний У.Отличительная особенность предлагаемого способа заключается вуменьшении погешности измерениявнутреннего трения с увеличениемзатухания образцов (вследствие увеличення временного интервала ьС).1153267 Чяказ 2499/37 Типаж 897 Лодписно НИИПИ лиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Пр я,Предлагаемый способ может эф" фективно использоваться при больших потерях в исследуемом образце, т.е. в диапазоне значений внутреннего трения, где измерения другими способами практически неосуществимы из-за очень большой погрев"ности.