Способ измерения вязкоупругиххарактеристик твердых материалов

Союз СфввтсннкСоцналнстнчесннкРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 1800830(22) Заявлено 22,03.79 (21) 2742398/18-25с присоединением заявки рйво делан кзвбретеннЯ н вткрыткЯ(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано приизмерениях механических свойств жестких полимеров,Известен способ измерения вязкоупругнх характеристик жестких полимеров,основанный на измерениях напряжений идеформаций, изменяющихся по синусоидальному закону, при этом тангенс угла сдвига между напряжением и деформацией является тангенсом угла потерьматериала, а отношение амплитуд напряжения и деформации, умноженное на косинус угла сдвчга фаз дает упругий модуль материала 1 ,4 Однако такой способ не обладает достаточной точностью, так как если размеры испытуемых образцов малы, го низка точность измерения иэ-за малых деформаний, если же размерыабраЖов велики, то возникают погрешности, связанные с волновыми эффектами, Поэтому чем больше размер образца, тем уже диапазон измерения, ограниченный областью низких частот.Известен также способ, основанный на экспериментальном определении резонансных характеристик (резонансной частоты, ширины резонансной кривой) образца из исследуемого материала с последующим пересчетом требуемых вяэкоупругих характеристик по формулам 2.Однако и этот способ не дает достаточной точности измерения из-за сильного влияния точности изготовления образца и любой местной неоднородности материала. Незначительные местные неоднородности материала и отклонения геометрических размеров образца в виде закрепленного консольно стержня существенно влияют на его резонансные характеристики. Кроме того, известный способ не позволяет вести измерения при заданной величине статического напряженного состояния материала, что также важно, если вязкоупругие характеристики зависят от статического напряжения в материале.з 80083диапазон измерений по частоте прииспользовании известных резонансных способов ограничен дискретными значениями,соответствующими модам колебаний и дляизмерения на промежуточных частотах 3или на более высоких, или на более низких требуются образцы разных размеров.Цель изобретения - повышение точности измерений, обеспечение возможности равномерно заданного статическогонагружения образца и,расширение диапазона измерения по частоте на одном образце.Поставленная цель достигается тем,что снимают частотные характеристикиобразца, выполненного в виде цилиндрической трубы из исследуемого материала,залитой жидкостью, например водой, приэтом синусоидальное нагружение образцапроисходит по всей поверхности контактажидкости со стенками трубопровода, благодаря чему достигается эффективноеосреднение вязкоупругих и геометрическихнеоднородностей материала, а следовательно, понижение их влияния на точность дизмерений, Поддержание заданного среднего давления в трубе позволяет производить измерения при заданном равномерном статическом нагружении всего образца. При измерении уровня жидкости втрубе изменяются резонансные частотыколебаний жидкости в последней, благодаря чему можно производить измеренияболее подробно и в более широком диаразоне частот, не меняя образец, а лишьзюизменяя уровень жидкости в нем.Кроме того, поддержание давления наодном конце трубопровода постоянным позволяет использовать простые формулы дляпересчета вязкоупругих характеристик порезонансным характеристикам трубы сжидкостью,В качестве исходных данных для рас- чета вязкоупругих характеристик используются резонансная частота и ширина резонансной частотной характеристики, выраженной отношением таких легко измеряемых параметров как амплитуда пульсаций давления ( беР ) и амплитуда пуль- р саций скорости (бО ). Частотные ха- рактеристики такого рода для цилиндрических труб, заполненных жидкостью, хорошо изучены теоретически и экспериментально, и на их базе получаются достаточ-но точные и простые формулы для расчета, Известно,что частотная характеристика (Ур I УО (импеданс трубопровода) при отсутствии пульсации давления на другом:1 рс( ) и где Я - плотность жидкости; С - скорость звука в трубопроводе;- длина залитой части трубопровода.Скорость звука (С) в трубопроводе определяется Формулой( 2. ) где П - диаметр трубы;- толщина стенки;Е, - модуль упругости;С- скорость звука в жидкости.Для вязкоупругих материаловЭЯ 1, ( з)Кроме того, модуль упругости (Е) для вязкоупругих материалов зависит от частоты деформации и выражается в комплаксной Фооме(,м): Е(6)+" Е (м ( 4.)илиЕСю)=е(,сю)(лЩ") (5)где (- - упругий модуль,Е - модуль потерь;- тангенс угла потерь,Йля твердых вязкоупругих материаловсу с(ь)С учетом выражений (3), (5) и (6)формулу (2) можно упроститьС1+ -"действительная часть скорости звукахарактеризует упругость материала стенок, а мнимая - рассеяние энергии,Максимум модуля (Рр/Юц ) с учетом небольшой величины )" практиче -ски находится на частоте сОр, при которой ЕЕЬ ( Я- :(Ео- , ( Е 1ЕЙоткудаь р) рХигде , - резонансная частота, Гц;РЕЬ- номер резонанса.Поведение щоД (8 р /Ео ) вблизи резонансной частоты, что отношение ширины резонансной кривой на уровне -Евысоты резонансного максимума к резонансной частоте равно цу, т,е.1 у- (10)рез. принятые1. феррполимеров.1963, с.2 Автор етения у л эмерениятвердых 1. Способхарактеристикнованный на ввозмущений вмерении резон вязкоупругих материалов, оссинусоидальных ом образце и иэактеристик, о тР ьство СССР11/16, 1972 ское свиде кл, 501 бужденни следуем(прототип) нсиых На фиг. 1 схематически представлено устройство для реализации способа; на фиг. 2 - частотная характеристика полностью залитой жидкостью полиэтиленовой трубы длиной 3 м, диаметром 110 мм с толщиной стенки 5 мм; на фиг 3- зависимости Е и Ьуот частоты.1Установка состоит из вертикального отрезка трубы 1 из исследуемого материала, укрепленного на пульсаторе 2 поршневого типа, приводимого в движение приводом 3 любого типа, с возможностью плавной или ступенчатой регулировки частоты хода поршня. На системе привода установлен частотомер 4. По замеренной частоте можно определить также амплитуду скорости жидкости, умножая амплитуду хода поршня на круговую частоту. Для измерения уровня жидкости предусмотрено прозрачное мерное стекло 5, отбор на которое делается в верхней части цилиндра пульсатора. К верхней, части цилиндра пульсатора подключены линии 6 заправки и 7 слива жидкости. Измерения амплитуд пульсаций давления производятся ма лоинерционным датчиком 8 давления, по ключенным в верхней части цилиндра пу сатора вблизи исследуемой трубы. Для осуществления статического нагружения материала до заданной величины и поддержания постоянного давления над свободной поверхностью жидкости к верхней части трубопровода подключается газовая емкость 9 с линиями 10 наддува и 11 сброса газа. давление в газовой емкости измеряется манометром 12. Объемгазовой емкости выбирается таким,чтобы при колебаниях жидкости давлениенад поверхностью последней оставалосьпостоянным. л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерений и обеспечения равномерного и регулируемого статического нагружения исследуемого образца, снимают частотную характеристикув виде отношения амплитуды пульсацийдавления к амплитуде пульсаций скорости жидкости на одном конце залитогожидкостью отрезка цилиндрической трубыиэ исследуемого материала при поддержании постоянного заданного давления надругом его конце, по измеренной резонансной частоте и ширине резонанснойкривой вычисляют упругий модуль и тангенс угла потерь по формулам упругий модуль, Н/м;тангенс угла потерь;резонансная частота, Гц;ширина резонансной кривой,Гц;длина участка трубы, залитой жидкостью, м;диаметр трубы, м;плотность жидкости" ,кг/м;толщина стенки трубы, м;тон собственных колебаний.поп. 1,отличаюем, что, с целью расширенияиапазона измерений, изменяжидкости в трубопроводе усвертикально.очники информации,о внимание при экспертизеЙж. Вязкоупругие свойстваМ., "Иностранная литература48-150.800830 8 Фа,ч с то. ОУрезСоставитель В. Вощанкин Редактор И. Михеева Техред А.Бабийец Корректор Н. Швыдкая Заказ 10408/57 Тираж 918 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, ЖРаушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4