PL226933B1 - Sposób oceny przebiegu zniszczenia materiałów kompozytowych oraz urzadzenie pomiarowe dorealizacji tego sposobu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oceny zniszczenia materiałów kompozytowych podczas badań wykorzystujący równoczesny pomiar i analizę siły, ugięcia, drgań i hałasu, oraz urządzenie pomiarowe do realizacji tego sposobu, przeznaczone do stosowania w warunkach laboratoryjnych oraz w warunkach przemysłowych.

Dotychczas znany jest sposób oceny procesu zniszczenia materiału kompozytowego, polegający na obliczeniu naprężeń w badanym materiale podczas próby zginania materiału w różnym stanie zginania próbki. Powyższy sposób oceny, zapewnia wyznaczenie charakterystyki zmiany wartości naprężenia w badanym kompozycie w zależności od wartości jego ugięcia. Podczas prowadzenia tego typu badań kompozyt może być doprowadzany do pełnego zniszczenia. Pomiar wykonuje się zgodnie z Normą PN-EN ISO 14125, można dopuścić odstępstwa w zakresie rozmiarów próbek na skutek braku możliwości prowadzenia pomiarów drgań w próbce znormalizowanej na zbyt małej powierzchni obszarów między trzpieniem, a podporami.

Znane są urządzenia do pomiarów drgań i hałasu elementów maszyn i urządzeń. Wykorzystując wibrometr laserowy przeprowadza się bezkontaktowe pomiary drgań wybranych powierzchni, a za pomocą kierunkowego mikrofonu pojemnościowego rejestruje się chwilową wartość poziomu ciśnienia akustycznego w pobliżu miejsca generacji hałasu. Dotychczas pomiary wykonywane były w badaniach nieniszczących do określania stanu technicznego urządzeń i do określania poziomu wibroaktywności powierzchni.

Sposób według wynalazku polega na tym, że dokonuje się równoczesnego pomiaru trzech wielkości tj. siły, drgań i hałasu podczas próby zginania próbki z materiału kompozytowego w zależności od jej ugięcia, przy czym pomiar drgań próbki odbywa się w połowie odległości pomiędzy miejscem podparcia próbki, a miejscem oddziaływania ruchomego trzpienia za pomocą wibrometru laserowego, pomiar chwilowego poziomu ciśnienia akustycznego odbywa się w pobliżu próbki umiejscowionej na podporach korpusu w kierunku prostopadłym lub równoległym do osi przemieszczenia trzpienia za pomocą mikrofonu kierunkowego.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że na korpusie, umieszczone są dwie podpory, na których montowana jest próbka z materiału kompozytowego, ruchomej głowicy z zamontowanym trzpieniem połączonej z korpusem przesuwnie w kierunku prostopadłym do powierzchni próbki z materiału kompozytowego, wibrometru laserowego umieszczonego ponad głowicą i połączonego trwałe z górną częścią korpusu, mikrofonu kierunkowego umieszczanego na oddzielnym statywie lub łączonego trwale z ruchomą głowicą.

Zaletą sposobu według wynalazku jest prowadzenie równoległej analizy trzech wielkości: siły, drgań i hałasu, rejestracja tych wielkości oraz uzyskiwanie charakterystyki procesu zginania materiału kompozytowego wraz z występującymi zmianami naprężenia w materiale, zmianami drgań materiału oraz zmianami chwilowego poziomu ciśnienia akustycznego w pobliżu materiału w zależności od jego ugięcia.

Sposób według wynalazku jest optymalnym rozwiązaniem, pozwalającym precyzyjnie ocenić przebieg zniszczenia materiału na niewielkiej próbce. Metoda cechuje się bardzo dużą rozdzielczością oraz czterema niezależnymi pomiarami prowadzonymi jednocześnie. Kompozyty polimer-włókno są materiałami dwufazowymi, gdzie fazą nośną o dużym module sprężystości - jest faza włóknista. Faza osnowy polimerowej cechuje się zazwyczaj modułem niższym o co najmniej 90%. Obie fazy prezentują gwałtowny, kruchy typ dekohezji. Konsekwencją tych cech jest bardzo dobra rozróżnialność sygnału akustycznego i ogólnie generowanych fal sprężystych pochodzących od poszczególnych faz podczas ich pękania. Analizując m.in. częstotliwość, energię zarejestrowanego zdarzenia akustycznego lub sprężystego można zidentyfikować jego pochodzenie. Analiza grup zdarzeń pozwała ocenić przebieg zniszczenia materiału poprzez analizę intensywności pękania danej fazy, w miarę wzrostu działającego na materiał naprężenia lub przyrostu jego odkształcenia. Przy ocenie stosowalności materiału znajomość przebiegu zniszczenia jest ważną informacją dotyczącą materiału: jest niezbędna m.in. przy ocenie jego stosowalność lub przy badaniu przydatności w zastosowaniu projektowanym.

Przedmiot wynalazku pokazano rysunku, który przedstawia schemat urządzenia.

Urządzenie pomiarowe składa się z korpusu 1 z podporami 2, na których montowana jest próbka 3 z materiału kompozytowego oraz z ruchomej głowicy 4 do której montowany jest trzpień 5 wywołujący ugięcie próbki. Urządzenie posiada możliwość mierzenia siły wymaganej do ugięcia próbki 3 oraz dodatkowo umożliwia pomiar wartości przemieszczenia trzpienia 5. Równocześnie urządzenie

PL 226 933 B1 wyposażone jest w wibrometr laserowy 6 umieszczony ponad głowicą 4 i połączony trwale z górną częścią korpusu 1, w którym wykonuje się pomiar drgań próbki z materiału kompozytowego 3. Wiązka lasera ukierunkowana jest tak, że mierzone są drgania kompozytu w połowie odległości pomiędzy miejscem podparcia próbki i miejscem oddziaływania trzpienia 5 wywołującego jej ugięcie. Urządzenie pomiarowe mierzy także chwilowy poziom ciśnienia akustycznego za pomocą mikrofonu kierunkowego 7 w pobliżu badanej próbki 3 z materiału kompozytowego w kierunku prostopadłym lub równoległym do osi przemieszczenia trzpienia 5. W przypadku pomiaru poziomu ciśnienia akustycznego w kierunku prostopadłym do osi przemieszczenia trzpienia 5 mikrofon, 7 umieszczony jest na oddzielnym statywie i skierowany w kierunku punktu kontaktu trzpienia z próbką 3, a w przypadku pomiaru w kierunku równoległym do osi przemieszczenia trzpienia 5 połączony trwale z ruchomą głowicą 4 i skierowany prostopadle do powierzchni próbki umieszczonej na podporach 2. Ruchoma głowica 4 połączona jest z korpusem 1 poprzez prowadnicę ograniczającą jej ruch do kierunku prostopadłego do powierzchni próbki, a ruch jej odbywa się dzięki napędowi śrubowemu bądź hydraulicznemu.

Claims (2)

1. Sposób oceny przebiegu niszczenia materiałów kompozytowych, znamienny tym, że dokonuje się równoczesnego pomiaru trzech wielkości tj. siły, drgań i hałasu podczas próby zginania próbki z materiału kompozytowego 3 w zależności od jej ugięcia, przy czym pomiar drgań próbki 3 odbywa się w połowie odległości pomiędzy miejscem podparcia 2 próbki 3, a miejscem oddziaływania ruchomego trzpienia 5 za pomocą wibrometru laserowego 6, pomiar chwilowego poziomu ciśnienia akustycznego odbywa się w pobliżu próbki 3 umiejscowionej na podporach 2 korpusu 1 w kierunku prostopadłym lub równoległym do osi przemieszczenia trzpienia 5 za pomocą mikrofonu kierunkowego 7.

2. Urządzenie pomiarowe do oceny przebiegu niszczenia materiałów kompozytowych składające się z korpusu, dwóch podpór, próbki z materiału kompozytowego, ruchomej głowicy, trzpienia, wibrometru laserowego i mikrofonu kierunkowego, znamienne tym, że na korpusie 1, umieszczone są dwie podpory 2, na których montowana jest próbka z materiału kompozytowego 3, ruchomej głowicy 4 z zamontowanym trzpieniem 5 połączonej z korpusem 1 przesuwnie w kierunku prostopadłym do powierzchni próbki z materiału kompozytowego 3, wibrometru laserowego 6 umieszczonego ponad głowicą 4 i połączonego trwale z górną częścią korpusu 1, mikrofonu kierunkowego 7 umieszczanego na oddzielnym statywie lub łączonego trwale z ruchomą głowicą 4.