Способ определения рассеяния энер-гии b материале при колебаниях

Союз Советски СоциалистическиРеспублик . ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(22) Заявлено 03,04.79 (2 8804/25 с присоединением заявки РЙ ссударстеенный камите(72) Авторы изобретен амарин и А. П, Яковле(7 ) Заявител ем прочности АН Институт ск(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЭНЕРГИИ В МАТЕРИАЛЕ ПРИ РАССЕЯ НИ ЛЕБАНИЯХ неству Изобретение относится к исследованию механических свойств материалов, а именно к способам определения рассеяния энергии в ьфатериале при колебаниях в условиях низких температур.Известны способы определения рассеяния в материале, заключающиеся в том, что образец исследуемого материа- ла помешают в теплоизолированную камеру с жидким хладагентом, возбуждают установившиеся колебания образца, из.меряют параметры колебаний, например собственную частоту и ширину резонансного пика, и рассчитывают по ним характеристику рассеяния энергии, например15 декремент колебаний 1 . Недостатком известных способов, ос-. нованных на косвенном методе оттределения рассеяния энергии, т.е. по параметрам колебаний, является недостаточно высокая достоверность получаемых результатов, обусловленная, в частности, тем, что исследования в низкотемнературных средах осуществляются при низком уровне деформации образца.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения рассеяния энергии в материале при колебаниях, заключающийся в том, что образец исследуемого материала помещатот в теплоизолированную камеру с жидким хладагентом, возбуждают установившиеся колебанияобразца, измеряют частоту колебаний, определяют количество тепла, выделившегося в образце за определе ный промежуток времени, и по колич тепла и частоте колебаний рассчитывают энергию, рассеяную в материале за один цикл колебаний. Количество тепла определяют по изменению температурыхладагента. Применение прямого (калориметрического) способа определения рассеяния энергии повышает достоверность результатов, 2Однако при низкотемпературных исследованиях достоверность получаемых3 82результатов, недостаточно высока, таккак не учитывается потеря энергии наиспарение хладагента.Цель изобретения - повышение достоверности результатов пРи низкотемпературных исследованиях.Поставленная цель достигается тем,что после охлаждения образца камеругерметизируют, а в процессе колебанийобразца периодически измеряют дамение газа в камере и по изменению давлв.ния определяют количество тепла, выделившегося в образце.На чертеже изображена схема устройства для осуществления предлагаемогоспособа,Устройство содержит теплоизолированную камеру - криостат 1; возбудитель 2 колебаний, захват 3 образца 4,Трубка б для подвода хпадагента вкриостат 1 и трубка 6 для отводапаров хладагента снабжены запорными устройствами 7 и 8, а полостькриостата 1 соединена с манометром 9,Йля контроля процесса исследования устройство снабжено оптической системой10 и частотомером 11.Способ осуществляется следующимобразом,Криостат 1 заполняют через трубку 5жидким хладагентом до уровня, обеспечивающего охлаждение рабочей части образца 4, Устанавливают заданную программой исследования амплитуду когебаний, и при помощи запорных устройств7 и 8 перекрывают трубки 8 и 6, герметизируя тем самым криостат 1, Впроцессе колебаний образца 4 черезопределенные промежутки времени (илипосле некоторого числа циклов колебвний) измеряют с помощью .манометра 9 давление газа в камере,Отсюда ЗО занимает 1 г газа при температуре ки 45 пения, находим вес газа, соответствующий весу испарявшейся жидкостиЬьВ=(5)М(6) о Ч 55 Для жидких хладагентов, имеющихтемпературу кипения ниже температурыокружающей среды, например жидкихазота, водорода и т,п при установившемся тепловом равновесии в рабочей камере тепло, вводимое в камеру,вызывает испарение хладагента. Количество тепла, рассеиваемое системойобразец-возбудитель колебаний за каждыйцикл, при установившихся колебанияхпостоянно и зависит только от амплитуды колебаний образпа. При этом количество тепла,вводимого в камеру впропессе работы установки, можнорассчитать по количеству испарявшегосяхлад агента,3962По известному объему камеры иобъему залитого до определенного уровня хладагента определяют объем газа,находящегося в камере в момент перекрытия трубок, служащих для подводажидкого хладагента и отвода его паровиз камеры. В момент перекрытия трубок давление в камере равно атмосферному или давлению в трубопроводе, 1 о отводящему пары в газосборник. Пренебрегая изменением объема газа, увеличивающегося за счет объема испарявшейся жидкости, можно составить уравнение15 и кюмораае ЩЖ . ( 4.)(2) Но, так как Фк= еи+ьщ ( ) з 5 где ь гп - количество газа, испарявшегося за данный промежутоквремени,после подставки в уравнение (2) получаемЬ е = - гп -е н = п 1-- 1, (, ) Н НРазделив Ьга на объем 1 который 50 Зная удельную теплоту испаренияхладагента С и определив Ь М, находим количество тепла, выделившегосяв камере Для нахождения тепла О р, выделенного образцом за счет рассеяния энергии в материале при колебаниях, отнифр (о (вгде 5 82маем от. найденного Я, тепло, выделен-ное возбудителем колебаний - ЦКоличество тепла, выделенного возбудителем колебаний, и теплоприток потепловым мостам определяют по и.иенению давления в камере при работающем возбудителе колебаний, без образцаили, например, в случае резонанснойэлектромагнитной нагружаюшей системы,подавая на обмотки электромагчитовэлектрическое напряжение с частотой,о т л и ч а ю.ш е й с я от резонансной. При этом образец не колеблется ииспарение хладагента происходит эа счетвыделения тепла в обмотках электромагнитов и теплопритока по тепловым мосуам. Изменение давления в камере прииспарении хладагента только за счеттеплопритока устанавливают, измеряядавление в течение определенного времени при неработаюшем возбудителеколебаний,После определения Я рассеиваниеэнергии АЪ .в материале эа один циклколебаний определяется по известнойформуле Яр(6)частота колебаний обраэца,временный интервал,Использование предлагаемого способапозволяет проводить испытания при криогенных (до -253 С) температурах, ооойоветствуюших температурам кипеня применяемых хладагентов, и обеспечиваетопределение рассеяния энергии в материале в широком диапазоне амплитуд напряжений в образце как при продольных; так и при поперечных и крутильных колебаниях.Повьппение точности определяемыхвеличин рассеянной энергии достигаетсявведением в расчеты поправок на изменение температуры хладагента при по-.вышении давления в камере, на изменение объема за счет испарившейся жидкости поправок Ван-дер-Ваалъса.10 Ф орм ула изо бр е тения.Способ определения рассеяния энергии в материале при колебаниях, заключающийся в том, что образец исследуемого материала помешают в теплоизо 15 лированную камеру с жидким хладагеитомвозбуждают установившиеся колебанияобразца, измеряют частоту колебаний;определяют количество тепла, выделившегося в образце за определенный проме 20 жуток времени, и по количеству теплаи частоте колебаний рассчитывают энергию, рассеянную в материале за одинцикл колебаний, о т л и ч а ю ш и й с ятем, что, с целью повышения достоверно 25 сти результатов при низкотемпературныхисследованиях, после охлаждения образцакамеру герметиэируют, а в пропессе колебаний образца периодически измеряютдавление газа в камере и но изменениюЗЕ давления определяют количество тепла,выделившегося в образце.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе. 3., Новиков Н. В Лебедев А, А3и Ковальчук Б, И. Механические испытания конструкционных материалов принизких температурах. Киев, "Наукрвадумка, 974, с, 118-121.2, Писаренко Г. С., Яковлев А. Пи Матвеев В. В, Вибропоглошаюшие40свойства конс-рукпионных материалов.Киев, "Наукова думка", 1971, с, ЗЗСостаипепь И. ШехтерРедактор О. Черниченко Техред М.Табакович Коррек2094/59 Тираж 907 Подпнс ВЯИИПИ Государственного, комитета СССР но дедам изобретений л открытий 113035, Москва, Ж;35, Раущскаа наб.,д. 4/Б ППП Патент, 1, Ужгород, ул, Прректн