Устройство для измерения параметров восстановления формы в материалах

Авторы патента:

Предлагаемое техническое решение относится к технике испытания материалов и области технологии измерения характеристик формовосстановления и измерения температурных зависимостей деформации материалов. Задачей технического решения является упрощение конструкции и расширение технических возможностей устройства путем создания системы для скручивания образца в увеличенном диапазоне степеней деформации для определения обобщенных характеристик эффекта запоминания формы в зависимости от величины заданной деформации при предварительной деформации кручением в диапазоне температур от -196 до 600°C. Устройство для измерения параметров восстановления формы в материалах, содержащее подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испытуемого материала, помещенного в термокриокамеру, неподвижный захват жестко соединен с нижней частью трубы, связанной с системой для скручивания образца, и систему регистрации, при этом оно дополнительно снабжено плитой, на которой установлена система для скручивания образца, состоящая из электродвигателя постоянного тока, соединенного с передаточным механизмом, связанным с зубчатыми колесами разного диаметра, последнее зубчатое колесо жестко связано с верхней частью трубы, в которой размещен стержень, нижний конец которого связан с подвижным захватом, а верхний конец установлен в приборных шарикоподшипниках и зафиксирован стопором, система регистрации выполнена из градуированной шкалы, нанесенной на последнее зубчатое колесо и указательной стрелки, закрепленной на стержне. 1 н.п.ф. 1 илл.

Известно устройство типа крутильного маятника для исследования динамических свойств металлических материалов [см. Головин С.А., Архангельский С.И. Релаксатор для измерения температурных, амплитудных и частотных зависимостей внутреннего трения // Проблемы прочности. - 1971. - 5. - С.120-124 (аналог)].

Указанное устройство для определения динамических вязкоупругих свойств материалов содержит подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испытуемого материала, соединенную с подвижным захватом инерционную деталь в виде коромысла, подвешенного на нити, электромагнитов, расположенных по разные стороны от концов инерционной детали в плоскости ее кручения, и источник питания электромагнитов, устройство для уравновешивания подвижной системы маятника, гидравлический демпфер некрутильных колебаний и систему регистрации.

Недостатком аналога является неточность определения меняющихся вязкоупругих свойств материалов из-за механического демпфирующего влияния токоподводящих проводов на параметры колебания образца.

Известно также устройство для определения механических свойств материалов при динамических и статических испытаниях материалов на кручение, крутильный маятник для определения механических свойств материалов, содержащий подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испытуемого материала, соединенную с подвижным захватом инерционную деталь, подвешенную на нити, электродинамическую систему для скручивания образца, устройство для уравновешивания подвижной системы маятника и систему регистрации, сосуд из диэлектрического материала с электропроводящей жидкостью для повышения точности измерения свойств за счет исключения механического влияния токоподводящих проводов [см. авторское свидетельство СССР SU 1067406 А; кл. G01N 3/38; G01N 3/22 (прототип)].

Известное устройство имеет следующие недостатки:

- сложность системы для скручивания образца;

- деформация кручением ограничена углом поворота коромысла;

- отсутствие узла, позволяющего фиксировать деформацию образца при изменении температуры.

Задачей технического решения является упрощение конструкции и расширение технических возможностей устройства путем создания системы для скручивания образца в увеличенном диапазоне степеней деформации для определения обобщенных характеристик эффекта запоминания формы в зависимости от величины заданной деформации при предварительной деформации кручением в диапазоне температур от -196 до 600°C.

Устройство для измерения параметров восстановления формы в материалах, содержащее подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испытуемого материала, помещенного в термокриокамеру, неподвижный захват жестко соединен с нижней частью трубы, связанной с системой для скручивания образца, и систему регистрации, при этом оно дополнительно снабжено плитой, на которой установлена система для скручивания образца, состоящая из электродвигателя постоянного тока, соединенного с передаточным механизмом, связанным с зубчатыми колесами разного диаметра, последнее зубчатое колесо жестко связано с верхней частью трубы, в которой размещен стержень, нижний конец которого связан с подвижным захватом, а верхний конец установлен в приборных шарикоподшипниках и зафиксирован стопором, система регистрации выполнена из градуированной шкалы, нанесенной на последнее зубчатое колесо и указательной стрелки, закрепленной на стержне.

На фиг.1 изображена схема устройства для измерения параметров восстановления формы в материалах.

Устройство для измерения параметров восстановления формы в материалах состоит из термокриокамеры 1, надевающейся на трубу 2, внутри которой размещен стержень 3. В неподвижном 4 и подвижном 5 захватах стержня закреплен образец 6. Система для скручивания образца 6 выполнена из электродвигателя постоянного тока 7, закрепленного на плите 8 и через передаточный механизм 9 связанного с зубчатыми колесами разного диаметра 10, 11, 12. На зубчатом колесе 12 расположена градуированная шкала с ценой деления 5°. Указательная стрелка 13 закреплена на стержне 3. В кронштейне 14, и стержне 3, выполнено соосное отверстие для стопора 15. Верхний конец стержня 3 закреплен в двух приборных шарикоподшипниках 16. Термопара 17 закреплена на внутренней стороне трубы 2.

Устройство для измерения параметров восстановления формы в материалах работает следующим образом: образец 6 надежно фиксируют в неподвижном 4 и подвижном 5 захватах. Неподвижный захват 4 соединен с нижней частью трубы 2, на которую благодаря передаточному механизму 9, за счет зубчатых колес разного диаметра 10, 11, 12 с электродвигателя постоянного тока 7, закрепленного на плите 8, подают крутящий момент. Подвижный захват 5 жестко закреплен на нижнем конце стержня 3, который фиксируется в кронштейне 14 стопором 15. Минимальный коэффициент трения, подвижность и центровку стержня 3 обеспечивают два приборных шарикоподшипника 16. Перед испытанием шкалу выставляют на 0. Образец 6 деформируют на определенный угол предварительное (_пр), после чего вынимают стопор 15, и образец 6 частично раскручивают на угол упругое (_упр). Угол поворота образца 6 определяют по положению указательной стрелки 13, закрепленной на стержне 3, относительно градуированной шкалы, располагающейся на поверхности зубчатого колеса 12. Далее проводят нагрев и охлаждение образца 6 в термокриокамере 1. Рабочие температуры от -196°C до 600°C контролируются термопарой 17. Скорость нагрева и охлаждения поддерживают постоянной. В процессе нагрева происходит дораскрутка образца 6 на угол восстановленное (_в).

Деформацию образца кручением рассчитываем по формуле:

где r - радиус образца, мм; - угол закрутки образца, рад; l - рабочая длина образца, мм.

Применение предлагаемого устройства позволит расширить технологические возможности, т.е. получить комплекс характеристик эффекта запоминания формы в материалах.

Предлагаемое устройство может быть использовано в лабораториях, занимающихся вопросами исследования механических свойств материалов, за счет упрощения конструкции.

Устройство для измерения параметров восстановления формы в материалах, содержащее подвижный и неподвижный захваты для крепления образца испытуемого материала, помещенного в термокриокамеру, неподвижный захват жестко соединен с нижней частью трубы, связанной с системой для скручивания образца, и систему регистрации, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено плитой, на которой установлена система для скручивания образца, состоящая из электродвигателя постоянного тока, соединенного с передаточным механизмом, связанным с зубчатыми колесами разного диаметра, последнее зубчатое колесо жестко связано с верхней частью трубы, в которой размещен стержень, нижний конец которого связан с подвижным захватом, а верхний конец установлен в приборных шарикоподшипниках и зафиксирован стопором, система регистрации выполнена из градуированной шкалы, нанесенной на последнее зубчатое колесо и указательной стрелки, закрепленной на стержне.