DE858143C - Geraet zur Bestimmung des Gleitmoduls von Pruefkoerpern - Google Patents

Geraet zur Bestimmung des Gleitmoduls von Pruefkoerpern

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DE858143C
DE858143C DES14959D DES0014959D DE858143C DE 858143 C DE858143 C DE 858143C DE S14959 D DES14959 D DE S14959D DE S0014959 D DES0014959 D DE S0014959D DE 858143 C DE858143 C DE 858143C
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DE
Germany
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pendulum
test
modulus
pendulums
determining
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Expired
Application number
DES14959D
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English (en)
Inventor
Rudolf Dr-Ing Liebold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/30Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. mechanical strain gauge
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

  • Gerät zur Bestimmung des Gleitmoduls von Prüfkörpern Zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls E von Stahl, Leichtmetallen und auch Kunststoffen ist ein voll Le Rolland und Sorin entsvickeltes Gerät bekannt, das nach dem Prinzip der Doppelpendel arbeitet. Der Elastizitätsmodul eines zu untersuchenden Prüfstabes wird bei diesem Gerät aus der Schwebungszeit der Schwingbewegungen bestilllmt. I)er große Vorteil dieses Gerätes liegt darin, daß die .Nuslenkungen des Prüfstabes verschwindend klein sind und plastische Verformunwien, die das Versuchsergebnis trüben könnten, nicht auftreten. Man mißt damit den Elastizitätsmodul sozusagen im spannungslosen Zustand des betreffellden WIaterials, und deshalb eignet sich das Gerät auch zur Untersuchung von Kunststoffen, die sich schon bei geringen Beanspruchungen plastisch verformen.
  • Gegenstand der Erfindung ist eine einfache und vorteilhafte lfmbildung dieses Gerätes, derart, daß es statt zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls zur Bestimmung des Gleitmoduls von Prüfkörpern aus beliehigen Werkstoffen dient. Das Gerät nach der Erfindung besteht aus Mitteln zum Einspannen des oberen Endes des senkrecht angeordneten Prüfkörpers, einem Balken, der am unteren Ende des Prüfkörpers quer zur senkrechten Aufhängeachse des Prüfkörpers befestigt werden kann, und zwei gleichen Pendeln an den beiden Enden des Balkens.
  • Diese beiden Pendel sind im gleichen Abstand vom Befestigungspunkt des Balkens am Prüfkörper derart angebracht, daß sie in zur Aufhängeachse des Prüfkörpers parallelen Ebenen schwingen können, die senkrecht zur Längsachse des Querbalkens stehen.
  • Zur Erläuterung der Erfindung soll zunächst der wesentliche Aufbau des bekannten Gerätes zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls E an Hand der Fig. I der Zeichnung gezeigt werden.
  • Der Prüfstab 1, dessen Elastizitätsmodul bestimmt werden soll, ist in dem Geräterahmen 2 fest eingespannt. Am unteren Ende des Prüfstabes I ist ein Querbalken 3 befestigt, an dessen äußeren Enden zwei gleiche Pendel aufgehängt sind. Diese Pendel bestehen aus je einer dünnen Blattfeder 4, die mit einer Masse 5 belastet ist. Die Blattebene der Federn 4 steht zur Zeichnungsebene senkrecht, so daß die beiden Pendel in der von ihnen und dem Querbalken 3 gebildeten Ebene schwingen können.
  • Hebt man z. B. das rechte Pendel an und läßt es dann los, so werden im Laufe der Zeit seine Schwingausschläge immer kleiner, während das linke Pendel mit immer größer werdenden Amplituden schwingt. Sc!hließllich erreicht das linke Pendel seinen Maxima lau ssch lag, während das rechte Pendel zur gleichen Zeit in Ruhe ist.
  • Jetzt wandert die Schwingenergie vom linken Pendel wieder zum rechten, bis schließlich das linke Pendel zur Ruhe gekommen ist, und das rechte wieder seinen vollen Ausschlag macht. Diese Übertragung der Schwingungsenergie von dem einen Pendel auf das andere und umgekehrt ist dadurch möglich, daß der Prüfstab nicht vollkommen starr ist, sondern an seinem unteren Ende zusammen mit dem Querbalken 3 ganz kleine Bewegungen ausführt. Da die Rückstellkraft des Prüfstabes sehr groß gegenüber der der Pendel ist, so bleibt die Auslenkung des Prüfstabes so gering, daß plastische Verformungen in ihm nicht stattfinden.
  • Bei dem Versuch wird die Schwebungszeit, d. h. die Zeit zwischen zwei Ruhepunkten eines Pendels, gemessen. Rechnerisch kann man zeigen, daß der Elastizitätsmodul des Prüfstabes direkt proportional dieser Schwebungszeit ist. Den die beiden Größen verbindenden Proportionalitätsfaktor kann man dadurch finden, daß man die Schwebungszeit für ein Material mit bekanntem Elastizitätsmodul, z. B. Stahl, bestimmt. Man nennt diesen Faktor die Gerätekonstante. Sie ist selbstverständlich nur dann eine unveränderliche Größe, wenn die Abmessungen des Prüfstabes bei den verschiedensten Materialien immer wieder dieselben sind. Auch sind Mittel vorgesehen, daß die Einspannkräfte für den Prüfstab sowohl im Geräterahmen 2 als auch am Querbalken 3 die gleichen bleiben.
  • Erfindungsgemäß wird dieses bekannte Gerät derart abgewandelt, daß die beiden Pendel nicht in einer gemeinsamen, durch die Aufhängeachse des Prüfstabes gehenden Ebene, sondern in zur Aufhängeachse parallelen Ebenen schwingen können, und zwar so, daß die beiden Schwingungsebenen der Pendel zur Längsachse des Querbalkens 3 senkrecht stehen. Ein solches Gerät nach der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Wird bei diesem Gerät, ähnlich wie bei dem Gerät nach Fig. 1, wiederum z. B. das rechte Pendel in der neuen Schwingrichtung, also aus der Zeichenebene heraus, angehoben und wieder losgelassen, so wird sich infolge der Verdrehmöglichkeit des Prüfstabes 1 die Schwingungsenergie allmählich auf das linke Pendel übertragen bis es seinen vollen Maximalausschlag hat, während das rechte Pendel zur Ruhe gekommen ist. Im Laufe der Zeit fängt das rechte Pendel wieder zu schwingen an, und das linke kommt zur Ruhe. Man erhält also genau so eine Schwebungsersclwinung wie im ersten Fall, bei dem die Schwingrichtung der Pendel in Längsrichtung des Balkens 3 erfolgt. Nur ist jetzt die Schwebungszeit eine andere, da die Eigenschxvingungszahlen des Prüfstabes in den beiden senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen verschieden sind.
  • Bezeichnet man für die Pendelbewegungen in Längsrichtung des Querbalkens 3 die Schwebungszeit mit T1 und die Gerätkonstante mit kl, für die Pendelbewegungen senkrecht zur Balkenlängsachse dagegen die Schwebungszeit mit r2 und die Gerätkonstante mit k2, so läßt sich rechnerisch zeigen, daß folgende Beziehungen gelten: Der Elastizitätsmodul E des Prüfstabes I ist: E k1. r1. (1) Der Gleitmodul G desselben Prüfstabes ist: wobei vt die Eigenschwingungszahl senkrecht zur Balkenlängsachse ist, wenn beide Pendel in gleicher Richtung schwingen, und v2 die Eigenschwingungszahl, wenn die beiden Pendel entgegengesetzt schwingen. Man braucht also lediglich für einen Prüfstab mit bekanntem Elastizitäts- und Gleitmodul, z. B. Stahl, die Schwebungszeiten tl und z2 in den beiden senkrecht aufeinanderstehenden Pendelschwingrichtungen zu bestimmen, um aus den Gleichungen (1) und (2) die Gerätkonstanten k und k2 zu ermitteln. Liegen die Werte für k1 und k2 fest, so kann man für beliebige Stoffe den Elastizitäts- und Gleitmodul aus den Gleichungen (1) und (2) finden, unter der Voraussetzung, daß die Dimensionen der Prüfstäbe und die Einspannverhältnisse immer dieselben sind.
  • Gemäß der weiteren Ausbildung ist es möglich, das Gerät wahlweise bzw. gleichzeitig sowohl für die erfindungsgemäße Bestimmung des Gleitmoduls als auch für die bekannte Bestimmung des Elastizitätsmoduls zu verwenden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die beiden Pendel nicht wie bisher fest mit dem Querbalken 3 verbunden, sondern in ihm so gelagert werden, daß sie um ihre Längsachse um go0 gedreht werden können. Die Pendelmassen 5 können dann nicht nur in der Längsrichtung des Querbalkens 3 schwingen, sondern auch senkrecht dazu. Ein Versuch zur Bestimmung der beiden Module geht dann so vor sich daß man die beiden Pendel zunächst in Längsrichtung des Balkens 3 schwingen läßt und die Schweliungszeit r1 abliest. Darauf werden die beiden Pendel am Balken 3 um go0 verdreht, und in der neuen Schwingrichtung wird die zweite Schwebungszei t t, ermittelt. Aus den Gleichungen (I) und (2) ergeben sich dann die beiden Module. ihre Bestimmung erfordert also zwei Schwingungsversuche, ohlle daß der Prüfstab ausgespannt oder anders gelagert zu werden braucht.
  • Die bauliche Ausbildung der Halterung für die beiden Pendel im Querhalkell 3 kann für eine solche wahlweise \rwendung des Gerätes beispielsweise so sein, wie es die Fig. 3 bis 5 zeigen.
  • Der Balken 3 besitzt zwei konische Aussparungen 6 zur Aufnahme der heizen Pendel (s. Fig. 3). Die bei4en Aussparungen 6 haben von der Prüfstabachse I die gleiche Entfernung. In die Aussparung6 paßt genau das geschlitzte Konusstück 7 hinein; das obere Ende der dünnen Blattfeder 4 wird in den Schlitz hineingeschohen (s. Fig. 4). Die beiden Backen des Konusstückes 7 werden durch die Schraulie 8 angezogen, so daß die Blattfeder 4 fest im Konus sitzt. Fig. 5 zeigt dieselbe Anordnung, nur ist das Pendel hier um go0 verdreht, so daß es senkrecht zur Balkenlängsachse schwingen kann.
  • An den Aussparungen 6 des Balkens 3 und den Konusstücken werden zweckmäßig Marken angebracht, so daß eine genaue Einstellung der beiden Pendel in den senkrecht aufeinanderstehenden Selhxvingrichtungen möglich ist.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Gerät zum Bestimmen des Gleitmoduls von Prüfkörpern aus beliebigen Werkstoffen, gekennzeichnet durch Mittel zum Einspannen des oberen Endes des senkrecht angeordneten Prüfkörpers, einen Balken, der am unteren Ende des Prüfkörpers quer zur senkrechten Aufhängeachse des Prüfkörpers befestigt werden kann, und zwei gleiche Pendel an den beiden Iinden des Querbalkens, die im gleichen Abstand vom Befestigungspunkt des Querbalkens am Prüfkörper derart angebracht sind, daß sie in zur Aufhängeachse des Prüfkörpers parallelen Ebenen schwingen können, die senkrecht zur Längsachse des Querbalkens stehen.
  2. 2. Gerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pendel in ihren Aufhängepu"kten um go0 um ihre Längsachse verdrehbar sind, beispielsweise derart, daß an dem oberen Ende eines jeden Pendels ein Konuskörper befestigt ist, der in ein konisches Loch des Balkens eingesetzt ist.
DES14959D 1942-11-04 1942-11-04 Geraet zur Bestimmung des Gleitmoduls von Pruefkoerpern Expired DE858143C (de)

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