Способ моделирования структуры и демонстрации механических свойств поликристаллических тел

 

Использование: для наглядной ил- I люстрации деформируемости поликристалъ 7. t J - I ллических тел в зависимости от свойств компонентов структуры. Сущность изобретения: модель тела выполняют из эквивалентного материала, подвергают его силовому воздействию и регистрируют деформацию. Эквивалентный материал помещают в прозрачную емкость и выполняют из сгруппированных в комп - лекты элементов кубической формы. Свойства элементов находятся в том же состоянии, что и свойства моделируемых реальных компонентов. В каждом комплекте количество элементов прямо пропорционально процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема моделируемого тела. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 09 В 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОЬРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4824373/12 (22) 10.05.90 1 (46) 23.06.92. Бюл. Р 23 (71) Самарский политехнический инс-. титут им. В.В.Куйбышева (72).А.М.Пронин (53) 539.214(088.8) (56) Глушихин Ф.П., Золотников М.C.

Эквивалентные материалы для модели" рования горного давления. - М.:

ЦНИЭИуголь. 1979, с. 15 " 18, 26 - 27. (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ

И ДЕМОНСТРАЦИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ .(57) Использование: для наглядной ил« люстрации деформируемости поликристалИзобретение относится к области учебных пособий и может быть использовано для наглядной иллюстрации деформируемости поликристаллических тел в зависимости от свойств компонен« тов структуры.

Известна учебная модель по механике грунтов, у которой для повышения демонстрационного эффекта на символы частиц грунта, размещенных горизонтальными рядами, прикладывают .силовое . воздействие.

Недостатком такой модели является невозможность демонстрации деформационного эффекта, вся модель сориентирована на определение составляющей силы, действующей на каждую частицу, Известен способ моделирования структуры и демонстрации механических, „„Б0 „„1742845 А1

2 лических тел в зависимости от свойств компонентов структуры. Сущность изобретения: модель тела выполняют из эквивалентного материала, подвергают его силовому воздействию и регистрируют деформацию. Эквивалентный материал помещают в прозрачную емкость и выполняют из сгруппированных в комп,лекты элементов кубической формы.

Свойства элементов находятся в том же состоянии, что и свойства моделируемых реальных компонентов. В каждом комплекте количество элементов прямо пропорционально процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема моделируемого тела. 3 ил. свойств поликристаллических тел, заключающийся в том, что модель тела выhoslMReT иэ эквивалентного материала подвергают его силовому воздействию и регистрируют деформацию.

Недостатком данного способа является невозможность наглядной иллюстрации деформируемости поликристаллических тел в зависимости от свойств компонентов структуры.

Целью изобретения является повышение наглядности моделирования путем представления индивидуальности каждого компонента структуры.

Прозрачную емкость заполняют эквивалентным материалом, подвергают его силовому воздействию с последующей регистрацией деформации, при

; 4

1ф, М ,00 (л !

3 174 этом эквивалентный материал выполняют из сгруппированных в комплекты элементов кубической формы, свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры, а их количество в каждом комплекте прямо пропорционально процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема поликристаллического тела.

Причинно-следственная связь, Эквивалентный материал выполняют из сгруппированных в комплекты элементов кубической формы, свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры, для того, чтобы демонстрировать раздельное влияние свойств компонентов структуры на свойства поликристаллического тела (структуры) в целом. Принятие элементов кубической формы обусловлено необходимостью формирования беззазорной (между элементами) .модели структуры, что соответствует фактическому структурному состоянию твер" дых тел, а также удобством компоновки модели и регистрации деформации.

Количество элементов в каждом комплекте прямо пропорционально процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема поликристаллического тела, что необходимо для иллюстрации в модели реального соотношения количественного содержания компонентов структуры в поликристаллическом теле и его влияния на свойства. Эквивалентный материал помещают в прозрачную емкость, что необходимо для усиления наглядности и упрощения регистрации деформации.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что эквивалентный материал помещают в прозрачную ем" кость и ввеолняют из сгруппированных в комплекты элементов кубической формы, свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры, а их количество в каждом комплекте прямо пропорционально процентному содержанию соответствующего компонента структуры в единице объе" ма поликристаллического тела.

1 .На фиг.1 изображено устройство для реализации способа моделирования

2845

4 структуры и демонстрации механических свойств поликристаллических тел; на фиг.2 - модель для демонстрации свойств сплава БрС30; на фиг.3 то же, под нагрузкой.

Устройство для реализации способа состоит из пресса 1, включающего винт 2 с рукояткой 3 для создания усилия, динамометр 4, контролирующий величину прикладываемой силы Р, поршня 5, обеспечивающего равномерность распределения нагрузки, создаваемой прессом 1, и прозрачной емкости б, открытой с одной стороны, на боковой поверхности которой нане" сена миллиметровая шкала 7. В емкости

6 сгруппированы комплекты из элементов 8...13,...,n кубической фор20 мы, свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры.

Способ моделирования структуры

2д и демонстрации механических свойств поликристаллических тел осуществляется следующим образом.

Перед началом демонстрации опыта в зависимости от свойств компонентов структуры производят группирование комплектов из элементов 8...13,...,n, свойства (о) которых находятся в том же соотношении, что и свойства компонентов структуры в количестве, прямо пропорциональном процентному

З содержанию соответствующего компонента структуры в единице объема поликристаллического тела, размещают их послойно в емкости так, чтобы внутри одного слоя находились элементы с одинаковыми свойствами (из одного материала), устанавливают заполненную емкость под пресс 1, регистрируют по шкале 7 начальное положение каждого комплекта, производят нагру жение элементов с требуемым усилием Р, Фиксируют под нагрузкой конечное положение .аждого комплекта и всего столбца элементов в целом.

Пример. Моделирование © структуры свинцовистой бронзы БрС30, содержащей 303 свинца (Pb) и 703 (Cu), и демонстрация раздельного влияния свойств зерен свинца и меди на жесткость (деформируемость) бронзы.

Структура укАзанного сплава представляет собой механическую смесь зерен свинца и меди, а его свойства

42845 6

5 17 определяются по правилу аддитивности.

Если рассматривать жесткость материала в области .упругого нагружения, то при прочих равных условиях она пропорциональна модулю Юнга.

Следовательно, свойство материалов элементов (жесткость) должно находиться в .том же соотношении, что и значение модулей упругости меди и свинца, зерна которых являются моделируемыми компонентами структуры, т.е. 12,5xl04 МПа/ l,á л10+ МПа = 7,8.

Большой возможностью в обеспечении различных соотношений жесткости обладают саженаполненные резины»

В зависимости от вида сажи и ее количественного содержания жесткость резиновых смесей на основе синтетического каучука, определяемая пс

ГОСТУ, может изменяться в 14 раз.

Основываясь на этом, для элементов, являющихся типовыми представителями зерен меди, в качестве материала принят каучук, на 100 вес.ч. которого приходится 80 вес.ч. канальной газовой сажи, жесткость которого по ГОСТУ равна 56 Н. Для элементов, имитирующих зерна свинца, прийят каучук с 4О вес.ч. ламповой сажи, жесткость которого составляет 7 Н.

Таким образом, отношение жесткостей модельных материалов равно 56/7 = 8, что достаточно близко к отношению кесткостей реальных компонентов структуры и вполне приемлемо для иллюстративных целей.

В указанном примере используют элементы кубической формы с размером ребра, равным 20 мм. Размер кубика и прикладываемое усилие принимаются в зависимости от материала элементов, исходя из обеспечения нагляд" ности деформирования модели и точл .. ностных возможностей способа оценки ее величины. В одном слое разме-. щаются 16 элементов. С учетом процентного соДержания свинца .и меди в сплаве количество элементов в. комплекте, имитирующих зерна РЬ, . составляет 48 шт., т.е. три слоя, Си - 1 12 шт., т.е. семь слоев (фиг.

2).

После формирования модели структуры сплава БрС30 и размещения ее под преосом производится регистрация начального положения комплектов.

Затем модель подвергают силовому воздействию при Р = 450 Н. Сила

1О !

55 выЬирается с таким расчетом, чтобы создаваемая ею деформация элементов могла быть оценена с достаточной степенью точности, конкретным способом измерения. После этого осуществляют повторную регистрацию положения комплектов. В опытеотмечено, что деформация части столбца комплекта, имитировавшего зерна свинца, составляет Н„„ -Н<=60"36=24 (мм). Другая часть столбца приобретает деформацию

Нр -Н =140-132=8 (мм).

На фиг.3 показано влияние жесткости отдельных компонентов структуры на деформируемость сплава в целом. В значительной степени деформируемость БрС30 обусловлена малой жесткостью зерен свинца и его сравнительно высоким процентным содержанием в сплаве. Имеется также возможность определения по модельным испытаниям фактических свойств компо- нентов структуры или поликристаллического тела в целом. Например, если неизвестно свойство (жесткость) какого-либо структурного компонента, то его можно определить следующим оЬразом..

Первоначально рассчитывается коэффициент перехода К от известной величины свойства (Ж) А р реального компонента структуры к величине этого свойства А„, материала - имитатора в виде отношения А /Ащ. Затем путем пробных нагружений производится подбор материала элемента, имитирующего компонент структуры, свойство (Ж) которого неизвестно так, что свойство (Ж) модели в целом соответствует его расчетному значению с учетом коэффициента перехода.от свойства (Ж) реальной структуры. Узнав таким образом материал и свойство (Ж) элемента, через коэффициент перехода определяется фактическое свойство реального компонента структуры.

Способ моделирования структуры и демонстрации механических свойств поликристаллических тел возможно испольэовать в применении к другим видам испытаний. Аналогичным оЬразом, подбирая соответствующие материалы элементов, можно демонстрировать и изучать влияние отдельных компонентов структуры и их процентного содержания на плаСтичность поликристалличес" ких тел. Кроме того, способ модели7 174284 рования структуры позволяет изучать на моделях теплопроводность и элект- ропроводность, объемное расширение в зависимости от свойств компонентов структуры.

Таким образом предлагаемый способ моделирования и демонстрации механических свойств расширяет иллюстра.-i тивные и информационные возможности в изучении механических свойств поликристаллических тел. формула изобретения

Способ моделирования структуры и демонстрации механических свойств поли кристаллических тел, заключаюЭ щийся в том что модель тела выпол1 няют из эквивалентного материала, подвергают ее силовому воздействию и, регистрируют деформацию, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения наглядности моделирования, эквивалентный материал помещают в прозрачную емкость и:выполняют из сгруппированных в комплекты элементов кубической формы, свойства которых находятся в том же соотношении, что и свойства моделируемых реальных компонентов структуры, а их количество в каждом комплекте прямо пропорционально процентному содержанию со" ответствующего компонента структуры в единице объема поликристаллического тела.

1742845

Составитель А.Пронин

Техред М.Моргентал Корректор C.×åðíè

Редактор И.Шулла

Заказ 2287 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при КНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101