Способ ударно-прочностных испытаний материала и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 560 А й 3/30//6 0 5) ЕНИЯ:ОП НИЕ АВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬС, 1982.ы динамическихерных материаельст й 3/30 Метод полим 78, с. ПРОЧНОСТНЫХ ИС ЛА И УСТРОЙСТВО ЛЕНИЯри оценке физико-мепруго-эластичных маупругих деформаций ри ударных воздейстетения: образец иссбразца и пол амплитудно с последую йств. Испытаниосуществляютзистатическомможности полфизико-механиее ударном нагне скоростей,вид нагруженилогических про я образца в т или в статичесрежимах, не учить достовер ческих свойст ружении в шир тогда как на и я имеет место цессов. аком способе ком или в квадающих возные данные о вах кожи при оком диапазорактике такой в ряде технонап дал ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Центральныйский институт промьлокон(56) Авторское сеидеМ 1134906, кл, О 01Кокошвили С.М.испытаний жесткихлов, Рига: Знание, 19 16научно-исследовательшленности лубяных во(54)СПОСОБУДАРНО ПЫТАНИЙ МАТЕРИА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВ (57) Использование: п ханических свойств у териалов, в частности кожи, картона и т,п. и виях, Сущность изобр Изобретение относится к легкои промышленности и может быть использовано дя оценки физико-механических свойств упруго-эластичных материалов, в частности для оценки упруго-деформирующих свойств кожи, картона и др.Известен способ ударно-прочностных испытаний материала, при котором к образцу прикладывают нагрузку и регистрируют частоту колебаний образца с последующей оценкой его физико-механических свойств,В таком способе к образцу материала.ример кожи, прикладывают синусоиьную нагрузку и регистрируют резонанледуемого материала размещают на торце стержня-наковальни, сбрасывают на него с заданной высоты стержень-волновод тех же размеров, что и наковальня, и регистрируют ускорение стержня-волновода, возникающее после приложения нагрузки через интервал времени, не меньший времени взаимодействия стержня-волновода с образцом и равный времени пробега одной упругой волны, отраженной от рабочего торца стержня-волновода. По ускорению определяют упругую деформацию образца. В устройстве для реализации способа датчик ускорения стержня волновода установлен на его нерабочем. торце и электрически соединен с блоком преобразования сигналов и определения величины деформации образца, Изобретение позволяет регистрировать сигнал ударного импульса малой амплитуды и большой длительности при применении небольших ударных нагрузок, не вызывающих разрушения образца. 2 с.п. ф;лы, 1 ил 1 табл. ную частоту колебаний оину резонансной кривойотной характеристикиценкой механических своИзвестен способ ударно-прочностныхиспытаний материала, заключающийся в том,что к поверхности образца испытываемогоматериала прикладывают ударно-импульсную нагрузку посредством стержня-волновода, регистрируют один из параметроввзаимодействия его с образцом и по его величине судят о прочнностных свойствах материала.Известное устройство для ударно-прочностных испытаний материала содержит установленные вертикально и расположенныесоосно металлические стержень-наковальнюи стержень-волновод, имеющие одинаковыеразмеры, и датчик параметров взаимодействия стержня-волновода с образцом, установленный на поверхности стержня-волноводаи электрически соединенный с блоком преобразования сигналов и определения величины деформации образца,Недостаток известных способа и устройства заключается в том, что в них необеспечивается возможность получения достоверных результатов испытаний низкоплотных материалов на разных стадиях ихдеформации.Это обусловлено тем, что известные решения применяются в основном для оценкимеханических свойств материалов с высокой акустической жесткостью (металлов, жестких полимеров и т и ), так какпредполагают применение ударных наг 1 эузок большой амплитуды, но малой длительности, что в случае испытаниянизкоплотных материалов (кожи, картона ит,д.) приведет к их неизбежному разрушению, что не позволит осуществлять оценкупрочностных свойств материала на разныхстадиях его деформации.Уменьшение в известном способе ударных нагрузок в соответствии с прочностными характеристиками низкоплотныхиспытуемых материалов снижает достоверность информации о происходящей в материале деформации; так как амплитуда егосигнала будет недостаточна для ее регистрации, а длительность сигнала будет маладля точной оценки величины деформации.Целью изобретения является повышение достоверности результатов испытанийнизкоплотных материалов на разных стадиях их деформации.Цель достигается тем, что в способе,заключающемся в том, что к поверхностиобразца испытываемого материала прикладывают ударно-импульсную нагрузкупосредством стержня-волновода, регистрируют один из параметров взаимодействияего с образцом и по его величине судят опрочностных свойствах материала, соглас- сца прикладывают путем свободного падения стержня-волновода с заданной 5 высоты, в качестве параметра взаимодейст-,вия его с образцом регистрируют ускорение стержня-волновода, возникающее после 10 да. 20 50 55 25 30 35 40 45 но предполагаемому изобретению, ударно- импульсную нагрузку к поверхности образприложения нагрузки через интервал времени, не меньший времени взаимодействия стержня-волновода с образцом и равный времени пробега одной упругой волны отраженной от рабочего торца стержня-волновоПоставленная цель достигается такжетем, что в устройстве, содержащем установленные вертикально и расположенные соосно металлические стержень-наковальню и стержень-волновод, имеющие одинаковые размеры, и датчик параметров взаимодействия стержня-волновода с образцом, установленный на поверхности стержня-волновода и электрически соединенный с блоком преобразования сигналов и определения величины деформации образца, согласно изобретению, датчик параметра взаимодействия стержня-волновода с образцом установлен на нерабочем торце стержня-волновода, при этом, в качестве датчика параметра использован датчик ускорения стержня-волновода,На чертеже изображено устройство, общий вид.Устройство содержит установленные в вертикальной направляющей 1 и расположенные соосно металлические стержень - наковальню 2 и стержень-волновод 3, имеющие одинаковую длину и поперечные размеры.На поверхности стержня-волновода 3 на его рабочем торце установлен датчик 4, например пьезоакселерометр ускорения стержня-волновода при его взаимодействии с образцом. Датчик 4 электрически соединен с блоком 5 преобразования сигнала, и определения. величины деформации образца например электронным осциллографом,Способ осуществляют следующим образом.Образец материала 6, например, кожи располагают на торце стержня-наковальни 2 и воздействуют на него свободно падающим с заданной высоты Н стержнем-волноводом 3 в течение заданного времени воздействия (19) за один ударный импульс, Датчиком 4 регистрируют сигналы, соответствующие возникающему после приложения нагрузки ускорению а(с) нерабочего торца стержня-волновода,Эти сигналы, зарегистрированные в каждый из текущих моментов времени 1 в выбранном временном интервале Ь 1, преобразуют в блоке 5 и записывают в виде осциллограммы.По величинам этих сигналов судят о деформационных процессах материала и о его прочностных свойствах,Регистрацию сигналов ускорения осуществляют через интервал времени ЬсВеличину интервала Ь 1 выбирают не меньшем времени (1 д) его взаимодействия с образцом и равным времени пробега одной упругой волны, отраженной от рабочего торца стержня-волновода.Математически это условие выражается следующим соотношением:Дт(1) где Со - скорость распространения упругой волны в стержне-волноводе;по - начальная толщина образца;е - заданная относительная деформация образца;Чо - скорость свободного падения рабочего торца стержня-волновода в момент начала взаимодействия с поверхностью образца.Выражениеполучают путем решения уравнений;Я пробега = Со пр, (2)8 пробега--С ПоР)огде 3 пробега - путь пробега одной упругой волны, отраженной от рабочего торца стер; жня-волновода до его нерабочего торца;тпр - время пробега одной упругой волны, отраженной от рабочего торца стержняволновода до его нерабочего торца,При этом выбор величины пути Я пробега одной упругой волны осуществляют путем экспериментального подбора длиныстержня-волновода. Задачей такого подбора является выбор такой длины Ь, которая соответствует пути Я пробега одной упругой волны за время, не меньшее времени 1 д воздействия стержня-волновода на образец.Время тд воздействия на образец задают заранее исходя из условий эксперимента, вида материала и т.д,При оценке прочностных. свойств материала по величине ускорения а нерабочего торца стержня-волновода исходят из того, что ускорение а(т) и относительная деформация образца связаны междусобой следующим соотношением:Е(1) = Чот - /, б,/, а СЬ(4) где Чо - скорость свободного падения стержня-волновода в момент удара о поверхность образца; м/с1 - текущее время деформации;5 а(т) - ускорение нерабочего торца стержня-волновода в текущий момент временис, зарегистрированное датчиком;по - начальная толщина образца,Значения а(т) м/с в текущий момент10 времени вычисляют по величинам ординатУ отклонения луча осцилограмм с помощьюсоставленных заранее татировочных таблиц.П р и м е р осуществления способа.15 Исследуемый материал - кожа хромовая сначальной толщиной Ьо = 1,6 мм,Для проведения эксперимента были выбраны стержень-волновод и стержень-наковальня со следующими габаритами:20 диаметр Д = 200 мм; длина 1 = 1,5 м.Материал стержней - сталь ЗОХГСА, длякоторого Со = 5000 мыс - скорость распросткг сранения упругой волны; ро =800 425плотность материала стержня.Эксперименты производились при параметрах, аналогичных экспериментам, результаты которых отражены в таблицеПри этом регистрировали сигналы в текущие моменты времени т с временным шагом т = 0.5 10 с в заданном интервалевремени Ьс = 3,0 104 с,Предлагаемый способ и устройствообеспечивают возможность регистрации .сигнала ударного импульса малой амплитуды и большой длительности при применении небольших ударных нагрузок.Этим достигается достоверность ре 40 зультатов и испытаний низкоплотных материалов на разных стадиях их деформаций,ф о р м у л а и з о б р е.т е. н и й1, Способ. ударно-прочностных испытаний материалов, заключающийся в том, что45 к поверхности образца испытываемого материала прикладывают ударно-импульснуюнагрузку посредством стержня-волноводэ,регистрируют один из параметров взаимодействия его с образцом и по его величине50 определяют прочностные свойства материала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения достоверности результатов испытаний низкоплотных материалов на разных стадиях их деформации,55 ударно-импульсную нагрузку к поверхностиобразца прикладывают путем свободногопадения стержйя-волновода с заданной высоты, параметр взаимодействия его с образцом регистрируют после взаимодействия собразцом через интервал времени, не мень1730560 ковые.размеры, и датчик параметра взаимодействия стержня-волновода с образцом, установленный на поверхности стержняволновода и электрически соединенный с блоком преобразования сигналов и определения величины деформации образца, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что датчик параметра взаимодействия стержня-волновода с образцом установлен на нерабочем торце стержня-волновода, при этом в качестве датчика параметра использован датчик ускорения; а м/с Се ия М Н,м Умм т,с 681,25 953,8 817,5 545,0 Н=0,05 Н=0,1 Н=0,15 Н - высота свободного падения стержня-волновода, мУ - ордината отклонения луча осциллограммы, м. ший времени взаимодействия стержня-волновода с образцом и равный времени пробега одной упругой волны, отраженной от рабочего торца стержня-волновода, при этом в качестве параметра 5 взаимодействия стержня-волновода с образцом используют ускорение нерабочего торца стержня-волновода.2. Устройство для ударно-прочностных испытаний материала, содержащее уста новленные вертикально и расположенные соосно металлические стержень-наковальню и стержень-волновод, имеющие одина 0,5 101,0101,5102,0102,5103,0 100,5 1041,0101,5 102,0 102,5 103,0100,5101,0101,5 102,0102,5 103,010 5 7 6 4 0 0 9 15 16 10 4 11 18 23 17 7 0 1226,2 2043,8 2180,0 1362,5545,0 1498,8 2452,5 3133,8 2316,3 953,8 4,42 10.7,94 10 10,12 10 11,09 10 11,3 10 11,02 10 э 20,3 10 26,6 10 29,93 10 31,10 10 з 31,32 10 15,610 29,08 10 38,82 10 44,2610 46,2910 46,67 1017305 бО оставитель В,Созоненехред М. Морге нтал Реда кто Корректор О,Кравцо ат Гагарина, 101 венно-издательский комбинат "Патент", г, Уж рои аз 1509 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4(5