Opublikowano: 10.11.1971 62032 KI. 42 k, 34/04 MKP G 01 n, 3/38 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Jan Ryli Nardzewski, Zygmunt Swiatek Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Podstawowych Problemów Techniki), Warszawa (Polska) Sposób pomiaru stalej Poissona i modulu sprezystosci oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu i Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru stalej Poissona v i modulu sprezystosci oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu, w odniesieniu do cial stalych, zwlaszcza do metali i ceramiki.Sprezystosc materialów stalych okreslana jest za po¬ moca dwóch wielkosci, a mianowicie stalej Poissona v i modulu sprezystosci E. Znane sposoby wyznaczania tych stalych polegaja na wykonaniu dwóch niezaleznych pomiarów odpowiednich wielkosci fizycznych. Najcze¬ sciej jest to pomiar dwóch predkosci propagacji fal sprezystych w badanym osrodku lub czestotliwosci re¬ zonansowych dwóch odpowiednio dobranych rezonan¬ sów jednej próbki albo czestotliwosci rezonansowych dwóch próbek róznych ksztaltów. Nastepnie w oparciu o dane pomiarowe dokonuje sie obliczen i w ten spo¬ sób otrzymuje sie wartosc stalej Poissona u.Celem wynalazku jest umozliwienie jednoznacznego okreslenia wielkosci stalej Poissona na drodze czysto pomiarowej, bez dodatkowych obliczen rachunkowych.Istota sposobu pomiaru stalej Poissona i modulu sprezystosci wedlug wynalazku polega na tym, ze pod¬ parta w wezlach drgan badana próbke pobudza sie bez- stykowa metoda pojemnosciowa do drgan wlasnych pierwszego i drugiego rzedu i drgania te odbiera sie za pomoca bezstykowo dzialajacego przetwornika odbior¬ czego, przy czym wielkosc stalej Poissona jednoznacznie i bezposrednio okresla sie oznaczeniem stosunku czesto¬ tliwosci drugiego rezonansu drgan wlasnych do czesto¬ tliwosci pierwszego rezonansu tych drgan. Znajac wy¬ miary geometryczne badanej próbki oraz gestosc bada- 15 20 25 nego materialu, po zmierzeniu stalej Poissona wyznacza sie modul sprezystosci E.Urzadzenie do stosowania sp*osobu wedlug wynalazku jest urzadzeniem elektronowym i jego istotna cecha jest to, ze sklada sie z generatora polaczonego z elek¬ troda pobudzajaca do drgan badana próbke; próbka podparta jest w punktach lezacych na liniach wezlo¬ wych powierzchni drgajacej. Urzadzenie ma uklad od- biorczo-pomLarowy skladajacy sie z sondy odbiorczej polaczonej przez wzmacniacz z falomierzem liczacym, okreslajacym czestotliwosc rezonansowa.Sposób pomiaru stalej Poissona v i modulu sprezy¬ stosci Younga E oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu zostana blizej objasnione w oparciu o rysunek przedstawiajacy na fig. 1 schemat ideowy urzadzenia, na fig. 2 — obraz linii wezlowych pierwszego rezonan¬ su na badanej próbce kolistej, na fig. 3 — obraz linii wezlowych drugiego rezonansu tej samej próbki, zas fig. 4 — rozmieszczenie punktów podparcia plytki przez igly stalowe.Generator G polaczony jest z elektroda E umieszczo¬ na w poblizu badanej próbki P. Próbka P podparta jest przez stalowe igly I w punktach lezacych na liniach wezlowych powierzchni drgajacej próbki P. Uklad od- biorczo-pomiarowy urzadzenia sklada sie z umieszczo¬ nej w poblizu próbki P — odbiorczej sondy S, polaczo¬ nej z falomierzem F poprzez wzmacniacz W. Do wzmacniacza dolaczony jest takze oscyloskop O.Przebieg wykonywania pomiaru stalej Poissona jest nastepujacy. Sygnal przesylany z generatora G do elek- 6203262032 trody E powoduje wprowadzenie w ruch drgajacy prób¬ ki P. Drgania próbki odbierane sa przez sonde S, skad jako sygnal elektryczny przesylane sa do wzmacniacza W, i po wzmocnieniu do falomierza F. Zmieniajac cze- ' stotliwosc sygnalu z generatora G obserwuje sie ampli¬ tude sygnalu wyjsciowego wzmacniacza W na ekranie oscyloskopu O. Maksima sygnalu na wyjsciu wzmacnia¬ cza W, proporcjonalne do amplitudy wychylen próbki P, odpowiadaja rezonansom drgan mechanicznych ba¬ danej próbki. Falomierz liczacy F, dolaczony do wyj¬ scia wzmacniacza, pozwala na dokladny pomiar czesto¬ tliwosci rezonansowej.Drgania w próbce wywolywane sa metoda bezstyko- wa. W niewielkiej odleglosci od powierzchni próbki F- znajduje sie elektroda pobudzajaca E. Zmienne napiecie elektryczne z generatora G, przylozone miedzy próbke P a elektrode E, wywoluje sily przyciagania pola elek¬ trycznego, które wprawiaja badana próbke w drgania.Drgania próbki powoduja zmiane pojemnosci miedzy powierzchnia próbki a odbiorcza sonda S, która dziala na zasadzie przetwornika pojemnosciowego. Takie po¬ budzanie pozwala na bezstykowy odbiór drgan badanej próbki P.Pomiar stalej Poissona v odbywa sie w dwóch eta¬ pach. Najpierw w generatorze G typu RC zmienia sie wartosc rezystancji R do takiej wartosci, która odpo¬ wiada czestotliwosci pierwszego rezonansu drgan wla¬ snych, przykladowo plyty kolowej: f, = 1 27URC! gdzie Ci jest pojemnoscia poczatkowa obwodu oscyla¬ tora.Nastepnie, nie zmieniajac wartosci rezystancji R, zmienia sie wielkosc pojemnosci do wartosci C2, której jest przyporzadkowana czestotliwosc drugiego rezonan¬ su plytki: 1 2 2tt RC2 stad, z tych wzorów powstaje zaleznosc fi ct c2 20 30 35 40 Stosunek czestotliwosci drgan drugiego do czestotli¬ wosci drgan pierwszego rezonansu jest jednoznacznie okreslona funkcja stalej Poissona v (dla danego stosun¬ ku grubosci próbki do jej srednicy) i ma postac i-'(-l) gdzie h jest gruboscia próbki P, zas D srednica prób¬ ki P.Z zaleznosci tych wynika 15 c2 Id/ Zaleznosc ta stanowi podstawe dzialania urzadzenia do wykonywania sposobu pomiaru stalej Poissona v we¬ dlug wynalazku.W generatorze G, kondensator jest sprzezony mecha¬ nicznie z napedem skali co pozwala na bezposredni od¬ czyt stalej Poissona v badanego materialu dla danego stosunku grubosci próbki do jej srednicy. 25 PL