Способ определения предельного напряжения деформации вязко пластичных материалов

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ ВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ57) Изобретение относится к испытанию язкопластичных материалов и позволяет определять их физико-механические свойства, Цель изобретения - повышение прочности и упрощение реализации способа путем исключения механических операций измерения; По предлагаемому способу о свойствах материалов судят по результатам пенетрирующего нагружения их сжатым воздухом, а величину пенетрирующей нагрузки измеряют по максимальной величине нарастающего воздуха. 4 ил., 1 табл,е ( вматериалом нается измененимопривода.Недостаткается низкая точность результатов измерений за счет того, что измеряется не конечная величина - сила, а косвенная - перемещение с нарастающим усилием, По измеренной величине перемещения (индентора или исследуемого образца) судят о величине приложенной силы, Точность при реализации способа теряется эа счет производства косвенных измерений.Цель изобретения - повышение точности и упрощение реализации способа путем исключения механических операций измерения.Поставленная цель достигается тем, что со;ласно способу определения предельного напряжения деформации вязкопластичных материалов преимущественно с малым сопротивлением, заключающемуся в том, что осуществляют пенетрирующее нагружение исследуемого материала и в.момент разруам опойст ГОСУДАР СТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(56) Мачихин Ю.АМачихин С,А, Инжененая реология пищевых материалов. МЛегкая и пищевая промышленность, 198с. 47-49.Авторское свидетельство СССРМ 1141309, кл. 6 01 М 11/10,Изобретение относится к спосления физико-механическихпластичных материалов, аделению их прочностных ха реде св в вязко именно к апре рактеристик,Известны способы определения проч. ностных характеристик вязкопластичных материалов путем наращивания механической нагрузки, действующей на исследуемый материал, а расчет параметров исследуемого материала производят по сопротивлению, которое исследуемый материал оказывает перемещению элемента;Недостатком известных способов является низкая точность измерений.Наиболее близким к предлагаемому является способ определения прочностных характеристик вязкопластичных материалов, преимущественно в области малых нагрузок путем обеспечения. квази- неподвижности индентора и перемещения кюветы с исследуемым материалом навстречу индентору, причем желаемая скорость перемещения кюветы с исследуемым встречу индентору достигаем давления воздуха пневЬФм известного способа явля40 45 50 лаборантом шения поверхностного слоя измеряют величину пенетрирующей нагрузки, по которойсудят о предельном напряжении, нагружение осуществляют сжатым воздухом постоянного расхода, а величину пенетрирующейнагрузки измеряют по максимальной величине нарастающего давления воздуха,В предлагаемом способе отсутствуютприемы измерения геометрических величин, характеризующих проникновение пенетрирующего элемента в поверхностныйслой исследуемого материала. Предлагается измерять непосредственную нагрузку(силу) на поверхность исследуемого образца путем прямого ее преобразования в электрический сигнал.В качестве пенетрирующего элементаиспользован газ, например воздух. Давление воздуха в герметичной линии можноизменять практически как угодно без усложнения реализации способа, Форма газового"пузыря" на поверхности исследуемого образца практически копирует форму наконечника известных пенетрирующихэлементов, Достигается это герметичнойпосадкой трубки со сжатым воздухом наповерхность исследуемого образца (за счетвеса трубки),На фиг. 1 дана схема устройства дляреализации предлагаемого способа; на фиг,2 - сопла для подачи сжатого воздуха; нафиг. 3 - схема зажима сопла подачи воздухадля удержания его в. неподвижном состоянии на время проведения измерений; нафиг, 4 - диаграммная лента практическогоизмерения предельного напряжения сдвига.Устройство включает основание 1 с вертикальной стойкой 2, кювету 3 для исследуемого материала, направляющую 4 с соплом5 для подачи сжатого воздуха, упор 6 с пружиной 7 растяжения, пневмотрубку 8, сое диненную с регулятором 9 расхода воздухаи аналого-цифровым преобразователем 10давления воздуха, вычислительное устройство 11, связанное своими выходами с устройствами индикации 12 и регистрации 13,Устройство работает следующим образом.Подготавливают кювету 3 с исследуемым материалом. Приготовленную кюветуставят на основание 1 под сопло 5 для подачи сжатого воздуха. Регулятором 9 расходавоздуха подают необходимый расход воздуха но пневмотрубке 8 в сопло 5 для подачивоздуха. Расход воздуха задают в зависимости от желаемой скорости нарастания нагрузки на исследуемый материал. Включаютв работу аналого-цифровой преобразовагель 10 давления воздуха, вычислительное 5 10 15 20 25 30 35 устройство 11, устройства индикации 12 и регистрации 13, Отодвигают упор 6 (преодолевая усилие пружины 7 растяжения) до момента передвижения сопла 5 для подачи сжатого воздуха под действием силы тяжести, При прикосновении торца сопла 5 поверхности исследуемого материала в кювете 3 отпускают упор 6, который под действием пружины 7 растяжения фиксирует сопло 5 в направляющей 4. Так как расход воздуха постоянный, давление в пневмотрубке 8, а следовательно и на торце сопла 5 для подачи сжатого воздуха будет постоянно увеличиваться. Это нарастание давления преобразуется аналого-цифровым преобразователем 10 давления в унифицированный цифровой код, который воспринимается вычислительным устройством 11, Вычислительное устройство 11 преобразует цифровой код в вид, удобный для приема цифровым индикатором 12 (позиционный цифровой код и код, который воспринимает алфавитно-цифровое печатающее устройство 13), В зависимости от алгоритма обработки информации возможен вывод на устройство 13 печати графика повышения нагрузки (давления) на исследуемый материал в кювете 3. При достижении в сопле 5 подачи воздуха давления, равного предельному напряжению сдвига, поверхностный слой исследуемого материала в кювете 3 разрушается, Давление в сопле 5 и пневмотрубке 8 резко падает, Этот момент отмечают аналого-цифровой преобразователь 10 давления и вычислительное устройство 11; которое выдает эту информацию в виде текущего значения давления на цифровой индикатор 12 и устройство 13 печати. Возможен вариант работы вычислительного устройства, когда оно выдает на печать только номер эксперимента и конечное (предельное) значение давления. На этом первый эксперимент заканчивается, В случае, если необходима работа с несколькими образцами, проводится и соответствующее количество экспериментов. Конечные результаты каждого эксперимента запоминаются вычислительным устройством 11. По завершении серии экспериментов вычислительное устройство вычисляет арифметическое среднее этих опытов, Возможен вариант исключения результатов эксперимента, явно неудавшегося, например, по причине плохой подготовки исследуемого эксперимента Возможен вариант исполнения устройства без аналого-циФрового преобраэователя 10 давления и вычислительного устройства 11, При этом варианте устройства индикации 12 и оегистрации 13 должнывоспринимать и преобразовывать аналоговый пневматический сигнал,Устройство в этом варианте еще болееупрощается. Но технические характеристики несколько ухудшаются. Уменьшается 5точность измерений за счет работы с аналоговыми сигналами (до 1,0-1,5 о ), а такжеуменьшается количество выполняемых функций (производятся только единичные эксперименты). 10П р и м е р. Используемые техническиесредства: основание 1 с вертикальной стойкой 2; кювета 3 для исследуемого материала; направляющая 4 с соплом 5 для подачисжатого воздуха; упор 6 с пружиной 7 растяжения; пневмотрубка 8 (6 мм х 1 мм), соединенная с регулятором 9 расхода воздуха(РРВ- серийно-выпускаемый регулятор).В качестве устройства 13 регистрации использован серийно-выпускаемый миллиамперметр КСУ, Для преобразованияпневматического сигнала от сопла 5 в электрический сигнал 0-5 мА использован серийно-выпускаемый преобразовател ь.П 3-55 М. 25Исследуемый материал - студень израствора агар-агар,Характеристика агар-агара: страна-производитель - Япония; контакт 3905/70080А; сорт 1; влажность 20 о ; прочность по Валенту 509 г; температура застудневания35 С; температура плавления 93 С, зола27 ф ; кислотность 6,45 ед, рН.Приготовление студня из раствора агарагар производят следующим образом, . 35На техно-химических весах берут навеску 1 г сухого исследуемого вещества. Отмеривают 10 мл дистиллированной воды.Навеску переносят без потерь в сухую коническую (или плоскодонную) колбу, куда порциями по 5 мл при энертичномвзбалтывании прибавляют отмеренную воду, По образовании однородной густой жидкости туда выливают остальную воду,смывая со стенок колбы приставшие частицы. Колбу закрывают ватной пробкой.При осторожном перемешивании кругообразными движениями жидкость доводятдо кипения. Операцию повторяют три раза(до трехкратного вспенивания). Признаком 50растворения является появление крупнопузырьчатой пены.Полученный горячий раствор медленноразливают в сборные цилиндрики по 30 мл.Заполняют три цилиндрика, 55 Цилиндрики выдерживают в термостатном сосуде в течение 20 мин при 20 С. После этого на стекло или кафельную плитку (100 х 100) кладут кусочек фильтровальной бумаги (40 х 40),, Вынув цилиндрики из термостатного сосуда и держа их наклонно(верхним краем к листу бумаги), свинчивают дно цилиндрика, Нажимом в бок, сдвигают вкладной диск и, увеличивая величину наклона, дают столбику студня выскользнуть на бумагу. Поверхность столбика студня надо оберегать от повреждений.Полученные таким образом столбики студня используют для проведения опытов по определению предельного напряжения сдвига известным способом и предлагаемым.Условия проведения экспериментов: температура окружающего воздуха. 23 С; скорость нарастания пенетрирующей нагрузки 10,5 г/с; скорость продвижения диаграммной ленты 2400 мм/ч; диапазон измерений нагрузки 1000 г.Результаты экспериментов согласно фиг, 4 сведены в таблицу.Предлагаемый способ позволяет измерять величину. предельного напряжения сдвига со средней погрешностью 0.471 опо отношению к средней величине измерений по Валенту (и рототипу),Аппаратурное оформление экспериментов резко сокращается.Эксплуатация средств измерения облегчается за счет практически полной автоматизации экспериментов. Формула изобретения Способ определения предельного напряжения деформации вязкопластичных материалов преимущественно с малым сопротивлением, заключающийся в том, что осуществляют пенетрирующее нагружение исследуемого материала и в момент разрушения поверхностного слоя измеряют величину пенетрирующей нагрузки, по которой судят о предельном напряжении, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения реализации способа путем исключения механических операций измерения, нагружение осуществляют сжатым воздухом постоянного расхода, а величину пенетрирующей нагрузки измеряют по максимальной величине нарастающего давления воздуха.П р и м е ч а н и е. Взята средняя для пяти образцов прочн о Валенту1744565 8 л Л 8 жф 8 Составитель Н. ЧефоновРедактор А. Лежнина Техред М.Моргентал Кор Т. Лонска Госу КНТ СССР роизводственно-издательский к(мбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 219 ВНИИТираж Подписноественного комитега по изобретениям и открытиям пр 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5