Устройство для испытания материалов на ударное сжатие

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ип 922581 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет -Опубликовано 2304.82. Бюллетень Мо 15 511 М. Кл.з а О 1 В 3/30 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий153 УДК 620.178.73088.8) Дата опубликования описания 230482- щ-ь(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА УДАРНОЕСЖАТИЕ Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов,а именно к устройствам для испытанияматериалов на ударное сжатие,Известно лазерное устройство дляиспытания материалов на ударное сжатие, содержащее лазер, кварцевуюпластину с полостью, заполненной светопоглощающей жидкостью, пьезоэлектрические датчики, закрепляемые наторцах испытуемого образца 1.Однако устройство обладает .недостаточной точностью измеренных прииспытаниях параметров, обусловленнойтем, что пьезоэлектрические датчики,закрепленные на испытуемом образце,изменяют динамические характеристики последнего.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяустройство для испытания материаловна ударное сжатие, содержащее лазер,формирователь ударного импульса,первую и вторую цепи измерения перемещения соответственно торца образца, воспринимающего ударный импульс, и противоположного торца,каждая иэ которых включает последовательно соединенные интерферометр,интегратор и пиковый детектор, первый и второй блоки сравнения, входы которых соединены с выходами интерферометра и пикового детектора соответ 5 ственно первой и второй цепей измерения, последовательно соединенные одновибратор, вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, измеритель временных интервалов и блок обработки; к второму входу которого подключен выход второго блока сравнения, ключ и фотоприемник.В известном устройстве формирователь ударного импульса выполнен в виде деформируемого элементана который сбрасывается.образец. Лазер используется в качестве источника излучения для интерферометра 2).Недостатком известного устройстваявляется существенный разброс результатов измерения характеристик материала, обусловленный нестабильностью параметров ударного импульса иэ-за изменения свойств деформируемого элемента при многократных ударах и разброса силы трения в направляющей образца.Цель изобретения - повышение воспроизводимости результатов измере- ЗО ния характеристик материалов.Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя каналами для подачи светового потока лазера на торцы образца, первый изкоторых включает первое, второе итретье полупрозрачные зеркала и поджимаемый одной гранью к торцу образца светоделительный кубик, расположенный на,пересечении оптическихосей лазера и интерферометра первойцепи измерения, а второй - четвер- Щтое полупрозрачное зеркало, расположенное на оптической оси лазера эапервым полупрозрачным зеркалом, первое и второе зеркала и пятое полу прозрачное зеркало, расположенное на пересечении оптических осей лазера и интерферометра второй цепи измерения, задатчиком уровня, нуль- органом, один вход которого подключен к выходу интерферометра первой цепи измерения, другой вход - к выходу эадатчика уровня, а выход - к управляющему входу ключа, соединенного сигнальным входом с выходом Фото" приемника, расположенного на одной оптической оси с первым и вторым полупрозрачными зеркалами, вторым одновибратором, подключенным к выходу интерферометра первой цени измерения и второму входу измерителя временных интервалов, формирователем синхроимпульса, включенным между выходом интегратора первой цепи измерения и третьим входом измерителя временных интервалов, и установленным иа оптической оси лазера после четвертого полупрозрачного зеркала электрооптическим затвором, управляющий вход которого подключен к выходу ключа, а Формирователь ударного импульса выполнен в виде квар цевого стержня с полостью, заполненной светочувствительной жидкостью, который поджат к второй граии светочувствительного кубика.На Фиг. 1 представлена блок-схема 45 устройства; на Фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.Устройство содержит лазер 1 установленный на его оптической оси формирователь ударного импульса, выполненный в виде кварцевого стержня 2 с полостью, заполненной светочувствительной.,жидкостью 3 (например., раствор хлорида меди в метиловом спирте), первую и вторую цепи измерения перемещения соответственно торца 4 образца 5, воспринимающего ударный импульс, и противоположного торца 6 образца 5.Первая цепь измерения включает интерферометр 7, интегратор 8,. пи ковый детектор 9, а вторая - ин-. терферометр 10, интегратор 11 и пиковый детектор 12; Кроме, того, устройство содержит первый и второй блоки 13 и 14 сравнения, входы кото рых подключены к выходам интерферометров 7 и 10 и пиковых детекторов 9 и 12, одновибратор 15, подключенный к выходу интерферометра 7 и входу измерителя 16 временных интервалов, блок 17 обработки, последовательно соединенные задатчик 18 уровня, нуль-орган 19, ко второму входу которого подключен выход интерферометра 7, и ключ 20, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемника 21, управляющий вход - к выходу нуль-органа 19, а выход - к управляющему входу электрооптическо,го затвора 22, одновибратор 23, подключенный к выходу первого блока 13 сравнения и входу измерителя 16. Первый канал для подачи светового потока лазера 1 на торец 4 образца 5 включает первое, второе и третье полупрозрачные зеркала 24-26 и поджа тый одной гранью к торцу 3 образца 5светоделительный кубик 27, расположенный на пересечении оптических осей лавера 1 и интерферометра 7.Второй канал для подачи светового потока лазера 1 на торец 6 образца 5 включает четвертое полупрозрачное зеркало 28, расположенное на оптической оси лазера 1 эа первым полупрозрачным зеркалом 24, первое и второе зеркала 29 и 30 и пятое полупрозрачное зеркало 31, расположенное на пересечении оптических осей лазера 1 и интерферометра 10.Ддя Формирования одиночного импульса в момент окончаниядействия ударного импульса на образец 5 устройство снабжено формирователем 32 синхроимпульса. Устройство содержит также столик 33 для установки образца, имеющий окно 34 для ввода светового потока, и средства (на чертежене показаны) для поджатия кварцевого стержня 2 к грани светоделительного кубика 27 и противоположной грани Последнего - к торцу 4 образца 5.Устройство работает следующим образом.В момент запуска 1 электрооптичес" кий затвор 22 открыт, импульс света проходит через первое полупрозрачное зеркало 24, четвертое полупрозрачное зеркало 28, электрооптический затвор 22 и попадает на кварцевый стержень 2.В результате повышения температуры и последующего температурного расширения в облученной жидкости 3 возникает .большой градиент давления, что вызывает импульс сжимающего напряжения, который через светоделительный кубик 27 передается на испытуемый образец 5Одновременно луч света через первое и второе полупрозрачные зеркала 24 и 25 попадает на фотоприемник 21,а через третье полупрозрачное зеркало 26 и светоделительный кубик 2781 6вибратор 23, который ген,ерирует одиночный импульс (фиг. 2 з), поступающий на второй вход измерителя 16 вре"менных интервалов.Измеритель 16 временных интервалов вырабатывает сигнал (фиг, 2 м),уровень которого пропорционален отрезку времени 19- между появлениемимпульсов на его входах. Этот сигналподается на один иэ входов блока 17.обработки, Сигналы с интерферометров 7 и 10, поступающие на входы интеграторов 8 и 11, пропорциональныскорости перемещения торцов 4 и 6испытуемого образца 5. Сигнал с выхода интегратора 8 (фиг. 2 н), характеризующий суммарную дефОрмацию испытуемого образца 5 и столика 33,подается через пиковый детектор 9 навход блока 14 сравнения. Сигнал с(фиг, 2 п) . Блок 14 сравнения формирует раэностный сигнал (фиг. 2 с),пропорциональный максимальной деформации образца 5. Этот сигнал подает"ся на один из входов блока 17 обра-ботки.В момент С окончания ударного импульса формирователь 32 вырабатыва-.ет одиночный импульс, который подается на вход измерителя 16 временныхинтервалов, вырабатывающего сигнал,пропорциональный разности В-Ф, т.в.длительности ударного импульса. Знаядлину образца и время распространенияударной волны, определяют скоростьраспространения, а также относительную деформацию .при ударном нагружении, Информацию о Форме и длительности ударного импульса получают спомощью осциллографа (яа чертеже непоказан),Устройство повышает воспроизводимость результатов испытаний образцов за счет получения стабильных параметров ударного импульса и обладает. высокими метрологическими характеристиками. 45 формула изобретения Устройство для испытания материалов на ударное сжатие; содержащее лазер, Формирователь ударного импульса, первую и вторую цеди измерения перемещения соответственно торца образца, воспринимающего ударный импульс, и .противоположного торца, каждая из которых включает последовательно соединенные интерферометр, интегратор и пиковый детектор, первый и второй блоки сравнения, входы которых соединены с выходами интерферометра и пикового детектора соответственно первой ивторой цепей изме 5 9225не передний торец 4 испфуемогообразца 5, Через оптический канал,включающий четвертое полупрозрачноезеркало 28, первое и второе зеркала29 и 30, пятое полупрозрачное зеркало31, луч света от лазера 1 попадает на 5.торец 6 испытуемого образца 5.Отразившись от .торцов 4 и 6 образца 5, луч света попадает на вхо"ды цепей измерения перемещенияВмомент времени 1, когда импульссжимающего напряжения достигнет фпереднего торца 4 испытуемого образца5; сигнал с первого интерферометра 7превысит нулевое значение (фиг. 2 э),Сигнал с выхода первого интерферометра 7 поступает на вход нуль-орга 15иа 19, где сравнивается с сигналомэадатчика 18 уровня (фиг. 2 г), В мо-.мент времени , когда эти сигналыравны, нуль-орган 19 вырабатываетсигнал (фиг. 2 д), открывающий ключ20, и напряжение с фотоприемника 21подается на управляющий вход электрооптического затвора 22 и запираетпоследний, после чего луч света лазера 1 не попадает на кварцевыйстержень 2.Таким образом, регулируя уровеньнапряжения на выходе задатчика 18,можно регулировать длительность воздействия луча лазера на светочуэстви тельную жидкость 3, а следовательно,и уровень ударного воздействия яа испытуемый образец 5.Одновременно импульс с первого интерферометра 7 попадает на входы пер вого блока 13 сравнения, интегратора 8 и одновибратора 15, который эа"пускается передним фронтом импульсаи вырабатывает одиночный импульс(фиг. 2 л), который .поступает на первый вход измерителя 16 временных интервалов.Импульс со второго интерферометра. 10 (фиг, 2 и) поступает на второйвход первого блока 13 сравнения ина вход интегратора 11,С моментаначала удара до момента времени з, равному временираспространения ударной волны от переднего до заднего торцов испытуемого образца 5, сигналы с выходов интерферометров 7 и 10 равны по величине и противоположны по знаку; Приравенстве сигналов интерферометров7 и 10 сигнал с выхода первого бло,ка 13 сравнения отсутствует. С момен та времени 1 Э, когда сигнал с выходаинтерферометра 7 превысит по абсолютному.значению сигнал с выхода интерферометра 10, до момента временикогда сигналы с интерферометров 607 и 10 сравняются, на выходе блока13 появляется выходной сигнал(Фиг. 2 к), величина которого равнаразнице сигналов с интерферометров7 и 10. Этот сигнал включает однорения, последовательно соединенные одновибратор, вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, измеритель временных интервалов и блок обработки, к второму входу которого подключен выход второго блока сравне ния, ключ и фотоприемник, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения .воспроизводимости результатов измерения характеристик материалов, оно снабжено двумя каналами 10 для подачи светового потока лазера на торцы образца, первый из которых включает первое, второе и третье полупрозрачные заркала и поджимаемый. одной гранью к торцу образца светоделительный кубик, расположенный на пересечении оптических осей лазера и интерферометра первой цепи измерения, а второй - четвертое;полупрозрачное зеркало, расположенное на оптической оси лазера за первым полупрозрач 20 ным зеркалом, первое и второе зеркала и пятое полупрозрачное зеркало, расположенное на пересечении оптических осей лазера и интерферометра второй цепи измерения, задатчиком25 уровня, нуль-органом, один вход которого подключен к выходу интерферометра первой цепи измерения, другой вход - к выхбду задатчика уровня, а выход - к управляющему входу ключа,Соединенного сигнальным входом с выходом фотоприемника, расположенногона одной оптической оси с первым ивторым полупрозрачными зеркалами,вторым одновибратором, подключеннымк выходу интерферометра первой цепиизмерения и второму входу измерителявременных интервалов, формирователемсинхроимпульса, включенным между выходом интегратора первой цепи измерения и третьим входом измерителявременных интервалов, и установленным на оптической оси лазера послечетвертого полупрозрачного зеркалаэлектрооптическим затвором, управляющий вход которого подключен к выходуключа, а формирователь ударного импульса выполнен в виде кварцевогостержня с полостью, заполненной светочувствительной жидкостью, которыйподжат к второй грани светоделитель"ного кубика.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Эллис А.Т., феликс И.П. Лазерный возбудитель напряженЬя в материалах, Экспресс-информация. Испытательные приборы и стенды. ВИНИТИ, М.,1975, 9 5, с. 1-2.2, Авторское свидетельство СССРВ 682001, кл, 6 01 М 3/30, 1979