PL96368B1 - Sposob wyznaczania stalych materialowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznacza¬ nia stalych materialowych, przykladowo modulu Younga i wspólczynnika Poissona, lub funkcji ma¬ terialowych, gdy wlasnosci materialu sa zalezne od czasu, w oparciu o dokonywane co pewien od¬ cinek czasu pomiary tych stalych materialowych, w szczególnosci do wyznaczania funkcji pelzania.

Wyznaczanie stalych materialowych, szczególnie w przypadku ich zaleznosci od czasu, nastrecza powazne trudnosci, wynikajace z koniecznosci sto¬ sowania róznych metod i urzadzen do kazdej z poszczególnych stalych materialowych, a przy tym takze róznych w ksztaltach próbek. Do takich metod nalezy wyznaczanie stalych lub funkcji ma¬ terialowych w oparciu o tensometrie elektroopo- rowa, w oparciu o stosowanie mechanicznych, elektrycznych lub optycznych ekstensometrów, albo przy uzyciu wahadla skretnego.

Znany jest równiez, wedlug polskiego opisu pa¬ tentowego Nr 73718, sposób wyznaczania wiecej niz jednej stalych materialowych, przez poddawanie obciazeniu rozciagajacemu lub zginajacemu próbki z koncentratorem naprezen, w postaci na przyklad wytworzonej nieciaglosci ksztaltu czesci pomiaro¬ wej próbki, lub tez wykonanej w tej czesci po¬ miarowej szczeliny, badz otworu prostopadlego do osi podluznej próbki.

Podczas trwania obciazenia próbki dokonuje sie pomiaru odksztalcen równoczesnie za pomoca dwóch niezaleznych urzadzen pomiarowych, na IB przyklad ekstensometrów, z których jedno mierzy odksztalcenia na czesci próbki zawierajacej kon¬ centrator naprezen, zas drugie na czesci bez kon¬ centratora naprezen, a uzyskane wartosci liczbowe odksztalcen próbki, lacznie z odpowiadajacymi im wartosciami obciazen, wykorzystuje sie do wyzna¬ czania poszukiwanych stalych materialowych, za pomoca znanych zaleznosci teoretycznych.

Sposób wedlug wynalazku pozwala znacznie prosciej wyznaczyc stale lub funkcje materialowe.

Istote jego stanowi zastosowanie próbki majacej postac tarczy, .korzystnie kolowej. Tarcza obcia¬ zona jest srednicowymi silami sciskajacymi — raz, gdy jest ona pelna, i po raz drugi, gdy wykonany jest w niej otwór o promieniu równym wartosci 0,15—0,30 promienia jej obwodu zewnetrznego, ko¬ rzystnie wartosci 0,256. Jednoczesnie, podczas trwania obciazenia kazdorazowo mierzy sie przy¬ rost promienia obwodu zewnetrznego tarczy, ko¬ rzystnie w miejscu najwiekszego jej odksztalcenia, to znaczy badz wzdluz srednicy pokrywajacej sie z kierunkiem dzialania sil sciskajacych, badz wzdluz srednicy prostopadlej do tego kierunku, lub równoczesnie wzdluz obu okreslonych srednic.

Otrzymane tym sposobem wartosci przyrostów tego promienia wstawia sie do wyrazen anali¬ tycznych, z których nastepnie wylicza sie wartosci liczbowe poszukiwanych stalych materialowych.

Zgodnie z wynalazkiem wyrazenia te maja na¬ stepujace postaci: 96 36896 368 Vi =i 04964 • —=— — A G oraz Ua=i0;19©4- a2 -R ~G gdzie Ui jest wartoscia przyrostu promienia tarczy pelnej, U2 wartoscia przyrostu promienia tarczy z otworem, A — wspólczynnikiem zaleznym od stosunku promienia otworu do promienia obwodu zewnetrznego tarczy, G — modulem Kirchhoffa, JE — modulem Younga, zas a2 wspólczynnikiem wy- 4-P razonym zaleznoscia , gdzie P jest war- jrb-R toscia sily sciskajacej, b — jest wartoscia grubosci tarczy, zas R — promieniem obwodu zewnetrznego tarczy.

Pomiarów przyrostu promienia dokonuje sie z osobna na dwóch tarczach, wykonanych z tego samego materialu, i o takich samych parametrach geometrycznych, odrózniajacych sie tylko tym, ze jedna z nich jest pelna, zas druga zaopatrzona jest w otwór. Mozliwe jest równiez dwukrotne doko¬ nanie pomiarów na tej samej próbce — raz, gdy jest ona pelna, i po raz drugi, gdy wykona sie w niej otwór.

Sposób wedlug wynalazku pozwala wyznaczyc jedna lub wiecej stalych materialowych, zapewnia¬ jac powtarzalnosc wyników pomiarów bez nisz¬ czenia próbki, co jednoczesnie stwarza mozliwosc wyznaczania funkcji materialowych tych samych próbek, przez dokonywanie pomiarów ich od¬ ksztalcen w dowolnych przedzialach czasowych.

Tym samym umozliwione zostalo wyznaczanie funkcji pelzania dowolnych materialów, a zwlasz¬ cza tworzyw sztucznych. Ponadto wynalazek za¬ pewnia minimalizacje urzadzenia pomiarowego realizujacego opisany sposób, które w przypadku badania tworzyw sztucznych, daje sie hermetycznie zamknac w niewielkim termostacie. Dodatkowym korzystnym skutkiem stosowania sposobu wedlug wynalazku jest wyeliminowanie czujników elektro- oporowych, bedacych przyczyna powstawania do¬ datkowych bledów pomiarowych i nie gwarantu¬ jacych powtarzalnosci wyników pomiarów.

Przedmiot wynalazku zostanie blizej omówiony na przykladzie zastosowania do wyznaczenia sta¬ lych materialowych próbki uwidocznionej na ry¬ sunku, w postaci tarczy kolowej.

Stosuje sie poddawana sciskaniu sila P tarcze 1 o grubosci b i promieniu R obwodu zewnetrznego, która ponownie poddaje sie sciskaniu ta sama sila P, gdy wykonany jest w niej wspólosiowy otwór o promieniu a, stanowiacym wartosc 0,256 promienia R obwodu zewnetrznego. Obciazenia tarczy 1 sila P dokonuje sie za posrednictwem dwóch nieodksztalcalnych plyt 2, stycznych do ob¬ wodu tarczy w punktach lezacych na srednicy.

Przy kazdorazowym obciazaniu tarczy, mierzy sie za pomoca czujnika 3 przyrost promienia na srednicy tarczy prostopadlej do kierunku dzialania sily P. W ten sposób uzyskuje sie przyrost U1 promienia R obwodu tarczy pelnej, oraz przyrost U2 promienia R obwodu tarczy z wykonanym w niej otworem o promieniu a. 40 45 50 55 Do wyznaczenia modulu Youmga E i modulu Kirchhoffa G stosuje sie nastepujace zaleznosci: Ui =ict2 * R [^ A • — + 0,1964 • -L] 1).

E G oraz U* =i 0,1904 2). gdzie dla stosunku promienia a otworu i promie- io nia R obwodu zewnetrznego tarczy, równego 0,256, wspólczynnik A wynosi 0,2854, i gdzie 4P a2= u-5- • rt* lb*R Wykorzystujac zaleznosci 1 i 2 wylicza sie wartosci modulu Younga E i modulu Kirchhoffa G: a2*R oraz E =i 0,2854 G =i 0,1964 a2'R U2 3). 4).

Na podstawie zwiazków 3 i 4, wyznacza sie inne stale materialowe, na przyklad wspólczynnik Poissona v i modul Helmholha B wedlug poniz- szych wzorów: E^2G v =0,5 = 5).

B =i 0^3333- G E- G 6). 3G^E iZas tri ze ze nie patentowe Sposób wyznaczania stalych materialowych, przez obciazenie silami zewnetrznymi próbki lub próbek materialu znamienny tym, ze stosuje sie próbke w postaci tarczy (I), korzystnie kolowej, poddawana srednicowym silom sciskajacym (P), raz gdy tarcza ta jest pelna i po raz drugi, gdy wykonany jest w niej otwór o promieniu (a), równym wartosci 0,15^-0,30 promienia (R) obwodu zewnetrznego tarczy, korzystnie wartosci 0,256, przy czym kazdorazowo mierzy sie przyrost pro¬ mienia obwodu zewnetrznego tarczy przy takim samym obciazeniu, a nastepnie otrzymane wartosci przyrostów tego promienia wstawia sie do wyra¬ zen analitycznych, z których wylicza sie okreslone stale materialowe: a2 * R a2 * R U!=; 0,1964. oraz U2 =' 0,1964 di2'R G gdzie Ui jest wartoscia przyrostu promienia tarczy pelnej, U2 — wartoscia przyrostu promienia tarczy z otworem, A — wspólczynnikiem zaleznym od stosunku promienia otworu i promienia obwodu zewnetrznego tarczy, G — modulem Kirchhoffa, 60 E — modulem Younga, zas a2 — wspólczynnikiem wyrazonym zaleznoscia —— , gdzie P jest jt * b * R wartoscia sily sciskajacej, a b jest wartoscia gru- 65 bosci tarczy.96 368 ERRATA wiersz 16, lam 4, wzór 3. jest: E= 0,2854 powinno byc: E =0,2854 a2 Uo" a2 •R "U, •iR U2—Ui