Способ моделирования структуры и демонстрации механических свойств поликристаллических тел

(39) и51)5 С 09 В 23/О ГОСУДпо иэоПРИ ГННТ ПИ САНИ К АВТОРСКОМ лических тел в зави компонентов структу ретения: модель тег эквивалентного мате его силовому воздей руют деформацию. Эк риал помещают в про выполняют из сгрупп лекты элементов куб Свойства элементов же состоянии, что и руемых реальных ком комплекте количеств пропорционально про нию соответствующег туры в единице объе тела. 3 ил. нс М.Сдели 6 - 27,(54) СПОСОБ МОИ ДЕМОНСТРАЦИИ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧ .(57) Использов люстрации дефо таллических тел, закчто модель тела выалентного материалаиловому воздействию еформацию.анного способа явость наглядной илируемости поликрисв зависимости от тов структуры.ения является пости моделирования ния индивидуальности та структуры. 4 1 ф,Мрачнутнымовомуистра емкость заполняют экатериалом, подвергаютвоздействию с последуюией деформации, при вивал его с щей р ТВЕННЫЙ КОМИТЕТРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ СССР(56) Глушихин Ф.П., ЗолотникоЭквивалентные материалы для мрования горного давления. - МЦНИЭИуголь, 1979, с. 15 " 18,ЕЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СКИХ ТЕЛние: для наглядной ил мируемости поликриста Изобретение относится к области учебных пособий и может быть использовано для наглядной иллюстрации деформируемости поликристаллических тел в зависимости от свойств компонентов структуры.Известна учебная модель по механи" ке грунтов, у которой для повышения демонстрационного эффекта на символы частиц грунта, размещенных горизон" тальными рядами, прикладывают .силовое воздействие.Недостатком такой модели является невозможность демонстрации деформационного эффекта, вся модель сориентирована на определение составляющей силы, действующей на каждую частицу ,Известен способ моделирования структуры и демонстрации механических,своиств поликрис люцающийся в том полняют иэ эквив подвергают его с и регистрируют дНедостатком д ляется невоэможн люстрации деформ таллицеских тел свойств компоненЦелью иэобрет вышение наглядно путем представле каждого компонен симости от своиств ры. Сущность изоба выполняют иэ риала, подвергают ствию и регистрививалентный матезрацную емкость и ированных в комп.- ической формы.находятся в том свойства моделипонентов. В каждом о элементов прямо центному содержао компонента струк ма моделируемого3 17 этом эквивалентный материал выполняют из сгруппированных в комплекты элементов кубической формы, свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры, а их количество в каждом комплекте прямо пропорционально процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема поликристаллического тела.Причинно-следственная связь, Эквивалентный материал выполняют из сгруппированных в комплекты элементов кубической Формы, свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры, для того, чтобы демонстрировать раздельное влияние свойств компонентов структуры на свойства поликристаллического тела (структуры) в целом. Принятие элементов кубической Формы обусловлено необходимостью Формирования беззазорной (между элементами) .модели структуры, что соответствует фактическому структурному состоянию твер" дых тел, а также удобством компоновки модели и регистрации деформации.Количество элементов в каждом комплекте прямо пропорционально процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема поликристаллического тела, что необходимо для иллюстрации в модели реального соотношения количественного содержания компонентов структуры в поликристаллическом теле и его влияния на свойства. Эквивалентный материал помещают в прозрачную емкость, что необходимо для усиления наглядности и упрощения регистрации деформации.Предлагаемый способ отличается от известного тем, что эквивалентный материал помещают в прозрачную ем" кость и вшеолняют из сгруппированных в комплекты элементов кубической формы свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры, а их количество в каждом комплекте прямо пропорционально про" центному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объе" ма поликристаллического тела.На фиг.1 изображено устройстводля реализации способа моделирования 42845структуры и демонстрации механических свойств поликристаллических тел;на фиг.2 - модель для демонстрации5свойств сплава БрС 30 на фиг.3то же, под нагрузкой,Устройство для реализации способасостоит из пресса 1, включающеговинт 2 с рукояткой 3 для созданияусилия, динамометр 4, контролирующийвеличину прикладываемой силы Р,поршня 5 обеспечивающего равномерность распределения нагрузки, создаваемой прессом 1, и прозрачной .емкости б, открытой с одной стороны,на боковой поверхности которой нане"сена миллиметровая шкала 7. В емкости6 сгруппированы комплекты из элементов 813 п кубической фор 20 мы, свойства которых находятся в томже соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры.Способ моделирования структуры2 д и демонстрации механических свойствполикристаллических тел осуществляется следующим образом,Перед началом демонстрации опытав зависимости от свойств компонентовструктуры производят группированиекомплектов из элементов 813 п,свойства (о) которых находятся в томже соотношении, что и свойства компонентов структуры в количестве, прямо пропорциональном процентномуЗ содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема поликристаллического тела, размещают ихпослойно в емкости так, цтобы внутри одного слоя находились элементыс одинаковыми свойствами (из одногоматериала), устанавливает заполненную емкость под пресс 1, регистрируют по шкале 7 начальное положениекаждого комплекта, производят нагру жение элементов с требуемым усилиемР, Фиксируют под нагрузкой конечноеположение аждого комплекта и всегостолбца элементов в целом,П р и м е р. Моделированиеф структуры свинцовистой бронзы БрС 30содержащей 304 свинца (РЬ) и 70(Си)и демонстрация раздельноговлияния свойств зерен свинца и медина жесткость (деформируемость) бронзы.Структура укАзанного сплавапредставляет собой механическую смесьзерен свинца и меди, а его свойствл42845 6 5 17 определяются по правилу аддитивности. Если рассматривать жесткость материала в области .упругого нагружения, то при прочих равных условиях она пропорциональна модулю Юнга. Следовательно, свойство материалов элементов (жесткость) должно находиться в .том же соотношении, что и значение модулей упругости меди и свинца, зерна которых являются моделируемыми компонентами структуры, т.е. 12,5 х 104 МПа/ 1,6 л 10+ МПа = 7,8.Большой возможностью в обеспечении различных соотношений жесткости обладают саженаполненные резины, В зависимости от вида сажи и ее количественного содержания жесткость резиновых смесей на основе синтетического каучука, определяемая по ГОСТУ, может изменяться в 14 раз, Основываясь на этом, для элементов, являющихся типовыми представителями зерен меди, в качестве материала принят каучук, на 100 вес.ч. которого приходится 80 вес.ч, канальной газовой сажи, жесткость которого по ГОСТУ равна 5 б Н. Для элементов, имитирующих зерна свинца, прийят каучук с 40 вес.ч. ламповой сажи, жесткость которого составляет 7 Н. Таким образом, отношение жесткостей модельных материалов равно 56/7 = 8, что достаточно близко к отношению жесткостей реальных компонентов структуры и вполне приемлемо для иллюстративных целей.В указанном примере используют элементы кубической Формы с размером ребра, равным 20 мм. Размер куби" ка и прикладываемое усилие принимают" ся в зависимости от материала элементов, исходя из обеспечения нагляд" ности деформирования модели и точл,. ностных возможностей способа оценки ее величины. В одном слое разме". щаются 1 б элементов. С учетом про" центного соДержания свинца .и меди в сплаве количество элементов в комплекте, имитирующих зерна РЬ, составляет 48 шт., т.е. три слоя, Си -12 шт., т.е. семь слоев (фиг.2).После формирования модели структуры сплава БрС 30 и размещения ее под преосом производится регистрация начального положения комплектов. Затем модель подвергают силовому воздействию при Р = 450 Н. Сила 5 1 О Ф 5 10 25 30 35 40 45 50 55 выЬирается с таким расчетом, чтобысоздаваемая ею деформация элементовмогла быть оценена с достаточнойстепенью точности, конкретным спосоФбом измерения. После этого осуществляют повторную регистрацию положения комплектов. В опытеотмецено, чтодеформация части столбца комплекта,имитировавшего зерна свинца, составляет Н-Н=б 0"Зб=24 (мм). Другаячасть столбца приобретает деформациюНо-Н =140-132=8 (мм),На Фиг.3 показано влияние жесткости отдельных компонентов структуры на деформируемость сплава в целом. В значительной степени деформируемость БрС 30 обусловлена малойжесткостью зерен свинца и его сравнительно высоким процентным содержанием в сплаве. Имеется также возможность определения по модельнымиспытаниям Фактических свойств компо-нентов структуры или поликристаллического тела в целом. Например, еслинеизвестно свойство (жесткость) какого-либо структурного компонента,то его можно определить следующимоЬразом.Первонацально рассчитывается коэфФициент перехода К от известнойвеличины свойства (Ж) А Р реальногокомпонента структуры к величине этого свойства А, материала - имитатора в виде отношения А/Ащ. Затемпутем пробных нагружений производится подбор материала элемента, имитирующего компонент структуры, свойство(Ж) которого неизвестно так, чтосвойство (Ж) модели в целом соответствует его расчетному значению сучетом коэффициента перехода.отсвойства (Ж) реальной структуры, Узнавтаким образом материал и свойство (Ж)элемента, через коэффициент перехода определяется фактическое свойствореального компонента структуры,Способ моделирования структурыи демонстрации механических свойствполикристаллических тел возможноиспольэовать в применении к другимвидам испытаний. Аналогичным оЬразом,подбирая соответствующие материалыэлементов, можно демонстрировать иизуцать влияние отдельных компонентовструктуры и их процентного соДержания на плаСтичность поликристалличес"ких тел. Кроме того, способ модели уМ 85рования структуры позволяет изучать на моделях теплопроводность и элект-ропроводность, объемное расширение в зависимости от свойств компонентов структуры.Таким образом предлагаемый способ моделирования и демонстрации механических свойств расширяет иллюстра.- тивные и информационные возможности в изучении механических свойств по" ликристаллических тел. формула изобретенияСпособ моделирования структуры и демонстрации механических свойств поликристаллических тел заключающийся в том что модель тела выпол"няют из эквивалентного материала,подвергают ее силовому воздействию ирегистрируют деформацию, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения наглядности моделирования,эквивалентный материал помещают впрозрачную емкость и:выполняют изсгруппированных в комплекты элементов кубической формы, свойства которых находятся в том же соотношении,что и свойства моделируемых реальныхкомпонентов структуры, а их количество в каждом комплекте прямо пропорционально процентному содержанию со"ответствующего. компонента структурыв единиЦе объема поликристаллического тела.1.742845 Составитель А.ПронинТехред М.Моргентал КорректоР С.Черниф едактор И.Оул В издательский комбинат "Патент, г.ужгород,л. Гагарина, 101 Производствен каз 2287 Тираж ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5