Устройство для исследования динамических характеристик материалов с внутренним трением, например, пассиков и магнитных лент

) (1) В 27/1 ЕТЕНИЯВУ ИЗО ОПИСАНИ Н АВТОРСКОМ,Ф ЕЛ к задатч вязанному мныи переключате альных отклонений ционным элементо тчиком начальных еж а соединен клонений н с е второи второтретииходом ии ока изетвер ерени опряж у ото ока Кния информации ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Ленк А. Злектромеханические системы, М., "Мир", 1978, с. 56.2, Нагиневичене Л.С., Нагиневичюс В.А. Деформативные свойства магнитных лент во времени, - Научные труды вузов Лит. ССР, "Вибротехника", 2(23), 1974, с. 21-26 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ С ВНУТРЕННИМ ТРЕНИЕМ, НАПРИМЕР ПАССИКОВ И МАГНИТНЫХ ЛЕНТ, содержащее блок задания величины растягивающего усилия, соединенный сподвижным и неподвижным зажимамидля установки образца исследуемогоматериала, а также инерционный элемент, блок отображения информации,блок измерения деформации образца,связанный с подвижным зажимом, исвязанный с инерционным элементомдатчик колебаний, подключенньй квходу усилителя, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения динамических характеристик материалов прирасширении диапазона статическихи динамических нагрузок, в неговведены формирователь параметровимпульсной переходной характеристикблок сопряжения, вычислитель, первый и второй режимные переключатели, арретир, блок измерения натяжения образца, датчик начальных отклонений, блок установки начальныхотклонений и задатчик начальных отклонений,при этом усилитель подключен через формирователь к первому входу блока сопряжения, первыйрежимный переключатель - к арретирусоединенному с подвижнйм зажимом,:первьй выход датчика начальных отклонений подключен через последовательно соединенные блок установки начальных отклонений и второй выход которого подключ входу блока сопряжен вход которого соедине лока измерения деформ ый вход - с выходом б натяжения, а выход б ния через вычислитель1150659 Изобретение относится к технике магнитной записи, а именно к измерению динамических характеристик пассиков и магнитных лент.Известно устройство для исследо вания динамических характеристик вязкоупругого материала, содержащее два зажима для закрепления образца исследуемого материала, датчик колебаний, усилитель и блок отображения инфор мации, при этом один из зажимов связан с инерционным элементом, а второй - с электродинамическим возбудителем колебаний. Устройство позволяет оценить модуль упругости и 15 коэффициент потерь вязкоупругого материала Г 13.Недостаток известного устройства - невысокая точность измерения, которая обусловлена несовпадением экспе риментально получаемой зависимости параметров затухания с реальной зависимостью из-за поддержания амплитуды входного ускорения в устройстве при снятии амплитудно-частотной 25 характеристики постоянной. Поскольку в реальных системах с внутренним трением поглощение зависит от амплитуды перемещения, в результате испытаний имеет место искажение действи- З 0 тельной зависимости поглощения от частоты. Наиболее близким к предлагаемому но технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее блок задания величины растягивающего усилия, соединенный с подвижным и неподвижным зажимами для установки образца исследуемого материала, а также инерционный элемент, блок отображения информации, блок измерения деформации образца, связанный с подвижным зажимом, и связанный с инерционным элементом датчик колебаний, подключенный к входу усилителя. Это устройство поз" воляет исследовать деформативные свойства материала нагруженных магнитных лент 23. К недостаткам этого устройства относятся невозможность получения количественных характеристик внутреннего трения в материале испытуемого образца из-за отсутствия в устройст ве режима свободных затухающих колебаний и большая погрешность измерений вследствие влияния на результаты измерений случайных флуктуаций условий проведения эксперимента и изменений ненаблюдаемой остаточной деформации.Цель изобретения - повышение точности определения динамических характеристик материалов при расширении диапазона статических и динамических нагрузок.Для достижения поставленной цели в устройство содержащее блок задания величины растягивающего усилия, соединенный с подвижным и неподвижным зажимами для установки образца исследуемого материала, а также инерционный элемент, блок отоб. ражения информации, блок измерения деформации образца, связанный с подвижным зажимом, и связанный с инерционным элементом датчик колебаний, подключенный к входу усилителя, введены формирователь параметров импульсной переходной характеристики, блок сопряжения, вычислитель, первый и второй режимные переключатели, арретир, блок измерения натяжения образца, датчик начальных отклонений, блок установки начальных отклонений и задатчик начальных отклонений, при этом усилитель подключен через формирователь к первому входу блока сопряжения, первый режимный переключатель - к арретиру, соединенному с подвижным зажимом, первый выход датчика начальных отклонений подключен через последовательно соединенные блок установки начальных отклонений и второй режимный переключатель к задатчику начальных отклонений, связанному с инерционным элементом, соединенным с датчиком начальных отклонений, второй выход которого подключен к второму входу блока сопряжения, тре тий вход которого соединен с выходом блока измерения деформации, четвертый вход - с выходом блока . измерения натяжения, а выход блока сопряжения через вычислитель - к блоку отображения информации. Введение в известное устройство перечисленных узлов обеспечит высокую достоверность и воспроизводимость результатов измерений, увели/чит точность и быстродействие оценки нелинейных составляющих вязкоупругих сил, позволит провести распознавание отдельных их составляю3 1150 щих в широком диапазоне статических и динамических нагрузок, автоматизи", ровать процесс вычисления динамических характеристик определения нелинейной зависимости параметров внутреннего трения от амплитуды колебаний, величины входного воздействия и конструктивных параметров лентопротяжного механизма.На фиг.представлена функцио- О нальная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - его структурная схема, на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство для исследования дина мических характеристик материала с внутренним трением образца 1 содержит подвижный зажим 2 и неподвижный зажим 3 для установки образца, блок 4 измерения натяжения, арретир 5, уд подключенный к первому режимному переключателю 6, блок 7 задания величины растягивающего усилия, блок 8 измерения деформации образца, инерционный элемент 9, закрепляемый на 2 образце 1 исследуемого материала на одинаковом расстоянии от зажимов 2 и 3, датчик 10 начальных отклонений, блок 11 установки начальных отклонений, второй режимный переключатель 12, задатчик 13 начальных отклонений, датчик 14 колебаний, усилитель 15, формирователь 16 параметров импульсной переходной характеристики, блок 17 сопряжения, подключенный вы ходом через вычислитель 18 к блоку 19 отображения информации.Блок 4 измерения натяжения состоит из чувствительного элемента 20, преобразователя 21 и усилителя 22.Блок 7 задания величины растягивающего усилия состоит иэ основания 23, стойки 24, узла 25 грубой установки величины растягивающего усилия и узла 26 точной установки величины растягивающего усилия.Блок 8 измерения деформации образца состоит из чувствительного элемента 27, преобразователя 28 и усилителя 29.0Блок 11 установки начальных отклонений состоит из схемы 30 сравнения, реостатного делителя 31 и регу" лируемого источника 32 питания.Формирователь 16 параметров им пульсной переходной характеристики состоит из детектора 33 моментов перехода через нуль, дифференциатора 659 434, преобразователя 35 частота-напряжение, формирователя 36 экстремумов и схемы 37 выборки-хранения.Образец исследуемого материала связан с чувствительным элементом 20 блока 4 измерения натяжения. Арретир 5 механически связан с подвижным зажимом 2 и подключен к первому режимному переключателю 6, Датчик 10 начальных отклонений подключен к инерционному элементу 9 и соединен одним из своих выходов с одним из ,входов схемы 30 блока 11 уста- новки начальных отклонений. Выход регулируемого источника 32 питания являющийся выходом блока 11, через второй режимный переключатель 12 подключен к задатчику 13 начальных отклонений, связанному с инерционным элементом 9, подключенным одним из выходов к датчику 10, а другим выходом через последовательно соединенные датчик 14 колебаний, усилитель 15, формирователь 16 к первому входу блока 17 сопряжения, к второму входу которого подключен второй выход датчика 10 начальных отклонений, к третьему входу-выход блока 8 измерения деформаций образца, а к четвертому входу - выход блока 4 измерения натяжения. Зарю 2 и 3 выполнены с возможностью регулировки усилия захвата. Чувствительный элемент 20 выполнен в виде датчика струнных колебаний. Арретир 5 представляет собой электромагнитную муфту с большим удерживающим усилием. Режимные переключатели б и 12 выполнены в виде электронных ключей, причем первый режимный переключатель 6 включен в цепь питания обмотки арретира 5. Чувствительный элемент 27 и датчик 10 начальных отклонений представляет собой индуктивные датчики перемещений. Инерционный элемент 9 представляет собой зажим из магнитомягкого материала и является сердечником электромагнита - задатчика 13 начальных отклонений. Датчик 14 колебаний выполнен в виде пьезоакселерометра типа КД. Вычислитель 18 и блок 19 отображения информации представляют собой соответственно микроЭВМ "Электроника" и дисплей типа РИНс термопечатающим устройством ТПУВВ. Устройство работает следующимобразом, 1150659Образец 1 исследуемого материала закрепляется в зажимах 2 и 3.На одинаковом расстоянии от последних закрепляется инерционныйэлемент 9. В исходном состоянии 5 устройство работает в режиме "ползучести". При этом ключевая схема первого режимного переключателя 6 обесточивает обмотки арретира 5 и поэтому осевые перемещения подвижного зажима 2 не имеют ограничений, С помощью узлов 25 и 26 соответственно грубой и точной установки растягивающего усилия блока 7 задания величины растягивающего усилия 15 подвижный зажим 2 перемещаетсявдоль стойки 24 относительно основания 23, что приводит к появлению сигналов на выходе чувствительного элемента 20 блока 4 измерения натя жения и на выходе чувствительного элемента 27 блока 8 измерения деФормации образца, которые после преобразования и усиления поступают соответственно на четвертый и третий 2 входы блока 17 сопряжения. С выхода последнего сигналы через вычислитель 18 поступают на вход блока 19 отображения информации, где регистрируются и считываются. С помощью узла 26 точной установки растягиваю- щего усилия по показаниям блока 19 отображения информации задается величина растягивающего усилия из диапазона исследуемых статических нагрузок. В ячейках памяти вычислителя 18 происходит при этом запоминание величины усилия и соответствующей ему деформации. Затем устройство с помощью режимного переключателя 6 переводится в режим "релаксации напряжения". Для этого с помощью ключевой схемы первого режимного переключателя 6 запитывается обмотка арретира 5, т.е. Фиксируется положение 4 подвижного элемента 2 в осевом направлении при сохранении ранее установленной величины растягивающего усилия. Кроме того, выход блока 11 установки величины начальных откло нений подключается с помощью ключевой схемы второго режимного переключателя 12 к входу задатчика 13 начальных отклонений. С помощью блока 11 установки начальных отклонений, а также,задатчика 13 и датчика 10 начальных отклонений задается начальное отклонение инерционного элемен та 9 от положения равновесия, приводящее к появлению сил упругого сопротивления образца 1 исследуемого материала. После завершения переходныхпроцессов сигнал с выхода датчика10 поступает через блок 17 сопряжения и вычислитель 18 на вход блока19 отображения информации, где счи=тывается и регистрируется, При этомпроисходит запоминание начальных условий отклонения Х (О) и скорости Х (О), Х (О), , Х (О) Х (О), Х,(0), , Х (О)(2) с помощью блока 11 установки начальных отклонений. Шаг задаваемых начальных условий определяется с помощью вычислителя 18 по крутизнезависимости нелинейных состачляющихсил вязкоупругого сопротивленияот амплитуды колебаний, Для опредеХ (О) =Х, (1) в ячейках памяти вычислителя 18. Затем с помощью ключевой схемы второго режимного переключателя 12 задатчик 13 отключается от выхода блока 11 и инерционный элемент 9 совершает свободные затухающие колебания, которые измеряются и усиливаются соответственно датчиком 14 и усилителем 15. С выхода последнего сигнал поступает на вход формирователя 16 параметров импульсной переходной характеристики, с выхода которого сигналы, несущие информацию о периоде и экстремумах (фиг. 3) поступают через блок 17 сопряжения на вход вычислителя 18, где производится обработка сигналов и разбиение на классы составляющих сил вязкоупругого сопротивления, а также вычисление их количественных характеристик, Поскольку по своей физи-" ческой природе процессы внутреннего трения в материалах являются нелинейными процессами, то измерение параметров импульсной переходной характеристики производится для всего диапазона допустимых деформаций исследуемого материала путем возвращения устройства периодически в исходное состояние с помощью переключателя 12 и задания начальных усло- вий(5) 35 фив. Ф ления количественных характеристик-сил внутреннего трения используетсяаппроксимация этих сил функцией В этом случае выражение для коэффициента поглощения Ч имеет видФ где М(А) = Ы А - рассеиваемаяэа цикл энерго,гия.По измеренным величинам А,. в вычислителе 18 определяется экспериментальная зависимость коэффициента р 0 поглощения от амплитуды колебаний где ЬА,= А;,- А;,С использованием метода наименьших квадратов для экспериментально снятой зависимости М(А) определяются параметры аппроксимирующей зависимости (4), Расчет повторяется для начальных условий (2). Степень нелинейности упругих сил 1определяется на основании зависимости угловой частоты свободных колебаний от полураэмаха 4 Результаты вычислений по соотношениям (4), (5) и (6) выводятся на блок 19 отображения информации. По-. лученные результаты позволяют. одновременно построить кривые ползучести или релаксации и зависимость из-. менения динамических характеристик от развития процессов ползучести или релаксации.Использование изобретения позволит уменьшить разброс в определении величины динамических характеристик материалов с внутренним трением с 30 до 17. по сравнению с прототипом для жесткостных параметров, для демпфирующих параметров снижение погрешности не оценивается, так как в прототипе нелинейные составляющие диссипативных сил не определяются. Кроме того, изобретение позволит существен- но повысить оперативность контроля путем снижения времени, необходимого для получения информации о динами-, ческих характеристиках по сравнению с прототипом за счет исключения руч-. ной обработки результатов измерения, а также повысить, воспроизводимость н достоверность результатов измерения динамических характеристик и чувствительность устройства за счет автоматизации процесса исследования.1150659 Составитель Ю.ЕузовлевРедактор Л.Алексеенко Техред Т.Дубинчак Еоррек 2150/39 ПодписноВ комитета СССРи открытий0 ская наб., д. 4/5 113Ти НИИПИ Госуд ло делам 35Москва