Устройство для измерения времени запаздывания текучести материалов при динамических испытаниях

ИслытуЕныииотериояДч.1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Авторское свидетельство СССРУ 888004, кл. 6 О 1 К 3/48, 1979.Волошенко-Климовицкий Ю.Я. Динмический предел текучести. - М.:Наука, 1965, с.99-120.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕЗАПАЗДЫВАНИЯ ТЕКУЧЕСТИ МАТЕРИАЛОВПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ(57) Изобретение относится к облаисследования физико-механическихсвойств материалов. Цель изобретения - повышение точности и сокращ ние времени за счет автоматизации процесса измерения и обработки. Сигнал с выхода фильтра 6 нижних частот через дифференциаторы 7 и 20 и компаратор 21 поступает на второй КБ- триггер, на выходе которого формируется импульс, поступающий через второй преобразователь 23 время код на вход вычитателя 19, на второй вход которого поступает сигнал с выхода первого преобразователя 18 время - код. Разность с выхода вы- И читателя 19, характеризующая времязапаздывания текучести, поступает в виде цифрового кода на индикатор 16, куда также подается сигнал с аналого-цифрового преобразователя 15, пропорциональный начальной скорости бойка 2. 2 ил.Изобретение относится к исследованиям физико-механических свойств металлов и сплавов и может быть использовано для измерения времени за.паздывания текучести цри динамических испытаниях.Цель изобретеция - повышение точности и сокращецис времени испытаний за счет автоматизации процесса и исключения операций цо дополнительной обработке информации.На фиг,1 показана блок-схема устройства; на фиг,2 - эпюры напряжений на выходах э:ектронных блоков (цомера выходных напряжений соотце гствуют номерам блоков).Устроиство со;гержит корпус 1, ,стацовлеццнй в цем боек 2 со сферическим индецтором 3, последовательно соединенные пьезоакселерометр 4, устацов:генцнй ца бойке 2, согласующий усилитель 5 и фильтр 6 нижних частот, соединенные с его выходом ,цфферецггиатор 7, пиковый детектор Я, цер 0 ый и второй комггараторы 9 и 10 и интегратор 11, генератор 12 тактовых импульсов, последовательно соединенные третий комцаратор 13, вход которого соединен с выходом дифференцггатора 7, соединенйый управляющим входом второггг пиковый детектор 14, сигнальный вход которого соединен с интегр, тором 11, аналого-цифровой преобразователь 15 (ЛЦП), тактовый вход которого соединен с третьим выходом генератора 12 тактовых импульсов,и индикатор 16, последовательно соединенные КБ-триггер 17, Б- и К-входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго компараторов 9 и 10, а выход - с управляющим входом АЦП 15, преобразователь 18 время - код, второй вход которого соединен с первым выходом генератора 12 тактовых импульсов, и внчитатель 19, выход которого соединен с вторым входом индикатора 16, последовательно соединенные второйдифференциатор 20,вход которого соединен с выходом первого дифференциатора 7, четвертый компаратор 21, соединенный К-входом с вторым КБ-триггером 22, второй преобразователь 23 время -код, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора 12 тактовых импульсов, а выход - с вторым входом вьлитателя, и пятый компаратор 24, 10 15 20 30 35 40 45 50 55 вход которого соединен с выходом согласующего усилителя 5, а выход - с Б-входом второго КБ-триггера 22, выход которого соединен с управляющим вхо;ом первого пикового детектора 8, выход которого соединен с вторым вхоедом первого компаратора 9.Устройство работает следующим образом.Корпус 1 устанавливают на поверхность испытуемого материала. Блок 2 под действием силы тяжести или с помощью пружины (не показана) разгоняется до рпределенной начальной скорости Ч, и ударяет индентором 3 по поверхности испытуемого материала.Прц динамических (ударцьгх или высокоскоростных) испытаниях различных материалов параметры соударения бойка 2 с материалом служат надежными критергями контроля физико-механических свойств последних. Зависимость ударного ускорения бойка 2 при соударении его с поверхностью испытуемого материала получают с помощью ударного пьезоакселерометра, установленного на бойке 2 и преобразующего ударное ускорение в эквивалентное ему изменение выходного напряжения Г а(г.) = Ца (С) . Зависимость дарного ускорения а(С) в процессе внедрения индектора 3 в материал позволяет выявить характерные точки (длительности, амплитуды), характеризующие переходы материала из стадий упругого деформирования в стадию пластического течения на этом нагружении соударяющихся тел (времяфиг,2 а) и в стадию упругого восстановления или разгрузки соударяющихся тел (времяна фиг,2 а). При этом точка перегиба на кривой 0(г.) на этапе нагружения надежно характеризует начало пластического течения материа:;а: длительность 1, - время его начала, а мгновенное значение . апряжения П г- величину динамического предела текучести ( 1 ). На этапе разгрузки длительности восстановления упругих деформаций определяются, в основном, упругими свойствами бойка и испытуемого материала и не зависят от вида нагружения. Поэтому можно считать, что длительность с. (фиг,2 а) при изменении ударного ускорения на этапе разгрузки от значения, пропорционального динамическому пределу текучести до окон13 б 49 чания соударения, соответствует времени восстановления упругих деформаций испытуемого материала точно также, как если бы он был сжат соответствующей этому ударному ускорению статической контактной силой (Р- а , , имея ввиду, что Р= а, х ш. , а прочность бойка ) прочбойяр фности материала10На фиг.2 а показано, что длительность С , соответствующая упругому1деформированию на этапе нагрузки, больше длительности разгрузкина этапе восстановления. Эта разница оп ределяется именно динамичностью нагружения и характеризуется временем запаздывания текучести при высокоскоростных (ударных) нагружениях (испытаниях) материалов, т.е, , карп 20с (фиг.2 а). Величина залаздывания текучести служит важнейшей характеристикой при оценке влияния динамичности нагружения и определения момента зарождения пластической 25 деформации при испытаниях различных материалов.Электрический сигнал с пьезоакселерометра 4, преобразующего ускорение движения бойка 2 в процессе соударения с испытуемым материалом в пропорциональное ему напряжение, поступает на вход согласующего усилителя 5, предназначенного для согласования электронных обрабатывающих блоков с выходным импедансом пьезоакселерометра 4, и далее на входы фильтра б нижних частот, отфильтровывающего импульс напряжения от высокочастотных составляющих, и пятого компара тора 24. Передним фронтом сигнала с пятого компаратора 24 (фиг.2 з) второй КБ-триггер 22 переводится в состояние логической "1" (фиг.2 д).Одновременно сигнал с выхода фильтра 45 6 нижних частот (фиг.2 а), дважды продифференцированный с помощью дифференциаторов 7 и 20, поступает на вход четвертого компаратора 21, которыи формирует положительныи перепад 50 напряжения на своем выходе в момент перехода второй производной сигнала (фиг.2 в) через нуль (фиг,2 к), Второй КБ-триггер 22 этим перепадом устанавливается в состояние логического "0" (фиг.2 д). Таким образом, на выходе второго КБ-триггера 22 формируется прямоугольный положительный импульс, длительность которого 54 4равна интервалу времени от ндчала ударного импульса до наступления динамического предела текучести испытуемого материала. Длительность этого импульса с помощью второго преобразователя 23 время - код преобразуется в эквивалентный цифровой код, например двоичный, который поступает на один из входов вычптателя 19.Во время действия импульса на выходе второго Ю-триггера 22 открыт первый пиковый детектор 8 и, таким образом, в течение временина. обоих входах первого компара 1тора 9 находятся равные между собой по амплитуде сигналы (фиг,2 а и г), В момент времени С 1 от начала ударного импульса первый пиковый детектор 8 закрывается и на его выходе остается напряжение, пропорциональное ударному ускорению в момент времени 11 от начала ударного импульса, т,е. Б, , (фиг,2 г), До тех пор, пока сигналы на входах первого компаратора 9 равны или сигнал на выходе фильтра 6 нижних частот больше, чем сигнал на выходе пикового детекторд 8, на выходе первого компаратора 8 сохраняется состояние логического 0". Как только напряжение на выходе фильтра 6 нижних частот станет меньше напряжения на выходе первого пикового детектора 8 на величину дБ, которая определяется чувствительностью первого компаратора 9 и, следовательно, может быть пренебрежительно мала, на выходе первогокомпаратора 9 устанавливается логическая "1" (фиг.2 е). Этим переходом первый КБ-риггер 17 устанавливается в состсояние логической "1" (фиг,2 и), В момент окончания ударного импульса срабатывает второй компаратор 10, который положительным перепадом на своем выходе сбрасывает первый КЯ-триггер 17 в "0", Таким образом, на выходе перво.- го КБ-триггера 17 формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна интервалу времени от момента достижения напряжения величины, пропорциональной ускорению на динамическом пределе текучести испытуемого материала в фазе отскока бойка до окончания ударного им-, пульса, Этот интервал времени с помощью первого преобразователя 18 вре мя - код преобразуется в эквивалент 5 136ный цифровой код, например двоичный,который поступает на второй вход вычитателя 19, на выходе которого формируется цифровой код, например двоичный, эквивалентный разности времени С, - С 1 , т.е, времени запаздыва-.ния с, текучести материала при динамическом нагружении, Величина времени запаздывания индицируется индикатором 16 в удобной для оператораформе, например в цифровой,Очень важным моментом при динамических испытаниях является знание величины начальной скорости соударенияиндентора 3 с материалом, котораяслужит основным критерием оценки постоянства начальных условий проведения испытаний и, кроме того, является величиной, позволяющей проводитьсравнение результатов различных испытаний. Для оценки величины скорости соударения импульс напряженияс выхода фильтра 6 нижних частотинтегрируется интегратором 11, напряжение с выхода которого (фиг,2 м)поступает на вход второго пиковогодетектора 14, Третий компаратор 13вырабатывает на своем выходе прямоугольный импульс (фиг,2 л), длительность которого равна времени упругопластического нагружения материала С , т.е. времени от начала удармфного импульса до его максимума . Этотимпульс открывает второй пиковый детектор 14 на это время, Известно,что площадь под кривой ударного ускорения от начала ударного импульсадо его максимума равна начальной ско рости Ч бойка .2, Следовательно,мгновенная величина напряжения(фиг. 2 м) на выходе интегратора 11 в момент времени е м будет пропорциональна начальной скорости 7. В моментвремени С второй пиковый детектор14 закрывается и на его выходе остается напряжение, которое преобразуется АЦП 15, запускаемым по переднемуфронту импульса с выхода первого КБ-триггера 17, в эквивалентныйцифровой код, например двоичный. Ве 1личина, пропорциональная начальнойскорости Ч индицируется индикатором 16 и служит для оценки постоянства начальных условий соударения.Таким образом, устройство позволяет значительно повысить точностьконтроля времени запаздывания текучести материалов при динамических4954 испытаниях за счет исключения этапов осциллографирования, фотографирования и последующих геометрическихпостроений. Вместе с тем, предлагаемое устройство значительно сокращает время проведения испытаний засчет полной автоматизации процессаконтроля и обработки результатов,атакже за счет исключения изготовления специальных контрольных образцов,что приводит к значительной экономииматериалов и изделий. Кроме того,устройство позволяет производить измерения начальной скорости бойка, чтоявляется весьма важным для сопоставления результатов измерений временизапаздывания текучести, проводимыхв различных условиях. 20 Формула которого соединены соответственно 45 50 55 51015 25 30 35 40 изобретения Устройство для измерения времени запаздывания текучести материалов при динамических испытаниях, содержащее корпус, установленный в нем боек со сферическим индентором,установленный на бойке пьезоакселерометр, соединенный с его выходом согласующий усилитель, генератор тактовых импульсов и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с ,елью повышения точности и сокращеия времени измерения, оно снабжено соединенным с выходом согласующего усилителя фильтром нижних частот, соединенными с его выходом дифференциатором, пиковым детектором, интегратором и первым и вторым компараторами, последовательно соединенными КБ-триггером Б- и К-входы с выходами первого и второго компараторов, и преобразователем времякод, второй вход которого соединенс первым выходом генератора тактовых импульсов, последовательно соединенными третьим компаратором,входкоторого соединен с выходом дифференциатора, соединенным управляющим входом с вторым пиковым детектором, сигнальный вход которого соединен с выходом интегратора, и аналого-цифровым преобразователем, управляющий вход которого соединен с выходом КБ-триггера, тактовый вход -с третьим выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с индикатором, последовательно соединеннымивторым дифференциатором, вход котои ф Составитель 1 О.Круглов Техред Л. ОлийныкКорректор С.Шекм едактор Н.Гуньк каз 6544/3 Тираж 717 Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 оизводственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул,Проектная,4 7 1364954 8рого соединен с выходом первого диф- код, а выход - с вторым входом индиференциатора, четвертым компаратором, катора, и пятым компаратором, вход соединенным К-входом с вторым КБ- которого соединен с выходом согласу- триггером, вторым преобразователем ющего усилителя, а выход - с Я-вховремя - код, второй вход которогодом второго КЯ-триггера, выход косоединен с вторым выходом генератора торого соединен с управляющим входом тактовых импульсов, и вычитателем,. первого пикового детектора, выход ковторой входкоторого соединен с выхо- торого соединен с вторым входом пердом первого преобразователя время вого компаратора.