RU2087895C1

RU2087895C1 - Device determining energy accumulation in material under cyclic loading

Info

Publication number: RU2087895C1
Application number: RU94029073A
Authority: RU
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1994-08-04
Filing date: 1994-08-04
Publication date: 1997-08-20
Also published as: RU94029073A

Abstract

FIELD: testing. SUBSTANCE: device is designed to increase accuracy of determination of rate of energy accumulation in material. Proposed device has master unit of load which enables rate of energy accumulation to be determined with high accuracy as it operates in combination with other elements and results of test to be brought out recorder. EFFECT: increased accuracy of determination of rate of energy accumulation. 4 dwg

Description

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов и может быть использовано для определения долговечности и прогнозирования ресурса детали. The invention relates to mechanical testing of materials and can be used to determine durability and predict the resource of the part.

Задача изобретения повышение точности определения скорости накопления энергии в материале при циклическом нагружении. The objective of the invention is to increase the accuracy of determining the rate of energy storage in a material under cyclic loading.

Известны устройства для определения рассеяния энергии в материале при циклическом нагружении (авт.св. СССР N 308338, кл. G 01 N 11/16, 1970; авт. св. СССР N 1283601, кл. G 01 N 3/32 1987; авт.св. СССР N 1187004, кл. G 01 N 3/32, 1984). Known devices for determining energy dissipation in a material under cyclic loading (ed. St. USSR N 308338, CL G 01 N 11/16, 1970; ed. St. USSR N 1283601, CL G 01 N 3/32 1987; ed. St. USSR N 1187004, class G 01 N 3/32, 1984).

Устройство (авт.св. N 1187004, кл. G 01 N 3/32 1984) реализует величину коэффициента по отношению энергии, рассеянной за цикл нагружения, к энергии упругой деформации образца за полуцикл. Эти энергии определяются с помощью двухканального аналогового вычислительного блока, каждый канал которого содержит последовательно соединенные умножитель и интегратор, один вход каждого умножителя подключен к измерителю усилия через управляемый ключ, а умножитель другого канала непосредственно. Вычисление коэффициента поглощения энергии производится цифровым вычислительным блоком, к которому через АЦП подключены интеграторы. Устройство содержит блок управления, вырабатывающий импульсы, управляющие ключи, интеграторы и АЦП. The device (ed. St. N 1187004, class G 01 N 3/32 1984) implements the value of the coefficient in relation to the energy dissipated during the loading cycle, to the energy of elastic deformation of the sample per half cycle. These energies are determined using a two-channel analog computing unit, each channel of which contains a multiplier and an integrator connected in series, one input of each multiplier is connected to the force meter through a controlled key, and the multiplier of the other channel directly. The energy absorption coefficient is calculated by a digital computing unit, to which integrators are connected through the ADC. The device contains a control unit that generates pulses, control keys, integrators and ADCs.

Однако это устройство вычисляет величину приложенной механической работы за цикл и деформации за полуцикл. Для определения поглощенной энергии материалом вычисляют площадь петли гистерезиса при нагружении в координатах f(F, δ ) с вычетом площади при тех же координатах при разгружении материала. However, this device calculates the amount of applied mechanical work per cycle and strain per half-cycle. To determine the absorbed energy by the material, the area of the hysteresis loop under loading is calculated in the coordinates f (F, δ) with the deduction of the area at the same coordinates when unloading the material.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройство для определения рассеяния энергии в материале при циклическом нагружении (авт.св. СССР N 1283601, кл. G 01 N 3/3,2 1985), содержащее подвижный и неподвижный захваты, измерители скорости деформации и усилия, через который захват связан с механизмом для циклического нагружения образца. К выходам измерителей скорости деформации и усилия подключен двухканальный аналоговый вычислительный блок, каждый канал которого включает последовательно соединенные умножитель, один вход которого подключен к выходу измерителя усилия (причем умножитель одного канала подключен через управляемый ключ, а другой вход подключен к выходу измерителя скорости деформации и интегратор, имеющий управляющий вход. Устройство содержит два аналого-цифровых преобразователя, цифровой вычислительный блок и индикатор. Выходы интеграторов соответственно подключены к входам АЦП, а выходы последних к входам цифрового вычислительного блока. Индикатор, входом подключенный к выходу вычислительного блока, служит для визуализации результатов вычислений. The closest in technical essence and the achieved positive effect is a device for determining energy dissipation in a material under cyclic loading (ed. St. USSR N 1283601, class G 01 N 3 / 3,285), containing movable and fixed grips, speed meters strain and force through which the grip is associated with the mechanism for cyclic loading of the sample. A two-channel analog computing unit is connected to the outputs of the strain rate and force meters, each channel of which includes a multiplier connected in series, one input of which is connected to the output of the force meter (moreover, the multiplier of one channel is connected via a controlled key, and the other input is connected to the output of the strain rate meter and integrator with a control input.The device contains two analog-to-digital converters, a digital computing unit and an indicator. are connected to the inputs of the ADC, and the outputs of the latter to the inputs of the digital computing unit.The indicator connected to the output of the computing unit with an input serves to visualize the results of the calculations.

Для управления работой устройство снабжено блоком управления, включающим последовательно соединенный формирователь прямоугольных импульсов, подключенный к выходу измерителя усилия, формирователь импульсов по переднему фронту, выход которого подключен к управляющим входам АЦП, и формирователь по заднему фронту, выходом подключенный к управляющим входам интеграторов. Блок управления также содержит второй формирователь прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу измерителя скорости деформации и логический элемент И, входами подключенный к выходам формирователя прямоугольных импульсов. Поступившие на входы умножителей сигналы, пропорциональные усилию F(t) и скорости деформации dδ /dt, перемножаются и результирующие сигналы поступают на входы интеграторов, в результате интегрирования по времени образуется сигнал, "пропорциональный" рассеянной энергии

, представленной в виде временной диаграммы U_i-t. По результатам диаграммы строят петлю гистерезиса.To control the operation, the device is equipped with a control unit, which includes a serially connected rectangular pulse shaper connected to the output of the force meter, a pulse shaper on the leading edge, the output of which is connected to the control inputs of the ADC, and a shaper on the trailing edge, the output connected to the control inputs of integrators. The control unit also contains a second rectangular pulse shaper, the input of which is connected to the output of the strain rate meter and a logic element AND connected to the outputs of the rectangular pulse shaper by inputs. The signals received at the inputs of the multipliers, proportional to the force F (t) and the strain rate dδ / dt, are multiplied and the resulting signals are fed to the inputs of the integrators, as a result of integration over time, a signal is generated that is "proportional" to the scattered energy

represented in the form of a time diagram U _i -t. According to the results of the diagram, a hysteresis loop is built.

С увеличением количества циклов нагружения и разгружения площадь петли гистерезиса в зависимости от поверхностной твердости материала изменяется (авт.св. СССР N 13669, кл. G 01 N 3/32, 1988), соответственно изменяется коэффициент рассеяния энергии, выраженной

где K коэффициент пропорциональности; V_m объем образца испытываемого материала; μ_F,δ - масштабные коэффициенты по усилию и деформации; A_r площадь петли гистерезиса; N число циклов нагружения. При этом площадь петли гистерезиса представляет собой разность площадей треугольников по нижней и верхней ветви в системе координат (F- d ).With an increase in the number of loading and unloading cycles, the area of the hysteresis loop depending on the surface hardness of the material changes (ed. St. USSR N 13669, class G 01 N 3/32, 1988), respectively, the coefficient of energy dissipation expressed

where K is the coefficient of proportionality; V _{m is} the sample volume of the test material; μ _{F, δ} - scale factors for force and deformation; A _{r is the} area of the hysteresis loop; N is the number of loading cycles. Moreover, the area of the hysteresis loop is the difference between the areas of the triangles along the lower and upper branches in the coordinate system (F-d).

Целью изобретения является определение накопления энергии, по которой можно прогнозировать ресурс детали при циклическом нагружении материала, реализуемый устройством путем дополнительного подключения, выход задатчика нагрузки соединен с вторым входом блока усиления и с первым входом первого ЦАПП, выход которого соединен с входом усилителя мощности, второй вход первого ЦАПП соединен с выходом управляющего инвертора, первый вход которого соединен с первым выходом n-разрядного счетчика, с первым входом триггерной схемы управления, выход которой подключен к первым входам второго сумматора и блока управляемых буферных усилителей, второй вход управляемого инвертора соединен с выходом n-разрядного счетчика, вход которого соединен с входом блока деления на два, первый выход которого соединен с первым входом блока регистра записи текущей величины деформации, второй выход блока деления на два соединен с первым входом блока регистра записи предыдущей величины деформации, второй вход которого соединен с вторым входом блока регистров записи текущей величины деформации и с выходом первого АЦПП, вход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока регистров записи предыдущей величины деформации, выход триггерной схемы управления соединен с первым входом управляемого буферного усилителя, выход которого подключен к входу X самописца, к входу Y которого подключен усилитель, вход которого подключен к выходу второго АЦПП, вход которого подключен к выходу третьего ЦАПП, второй вход блока управления соединен с вторым выходом первого АЦПП, третий выход блока управления соединен с вторым входом триггерной системы управления, четвертый выход с вторым входом второго ЦАПП, пятый выход с вторым входом первого АЦПП, шестой выход с третьим входом второго сумматора, седьмой выход с третьим входом первого сумматора, а восьмой выход с первым входом третьего ЦАПП, к второму входу АЦП подключен выход первого ЦАПП, соединенный с входом усилителя мощности, выход которого подключен к механизму циклического нагружения, второй и первый выходы АЦП подключены соответственно к первому входу блока управления и третьему входу второго ЦАПП, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, первый и второй выходы n-разрядного счетчика подключены соответственно к первому входу управляемого инвертора, объединенному с первым входом триггерной системы управления, и к второму входу управляемого инвертора, выход измерителя деформации соединен с входом блока усиления, выход которого соединен с первыми входами первого АЦПП и управляемого буферного усилителя, выход второго ЦАПП соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к второму входу третьего ЦАПП. The aim of the invention is to determine the energy storage, according to which it is possible to predict the resource of a part during cyclic loading of material, realized by the device by additional connection, the output of the load master is connected to the second input of the amplification unit and to the first input of the first DAC, the output of which is connected to the input of the power amplifier, the second input the first DACC is connected to the output of the control inverter, the first input of which is connected to the first output of the n-bit counter, with the first input of the trigger control circuit, output for which it is connected to the first inputs of the second adder and the unit of controlled buffer amplifiers, the second input of the controlled inverter is connected to the output of an n-bit counter, the input of which is connected to the input of the division unit by two, the first output of which is connected to the first input of the recording register block of the current strain value, the second output of the dividing unit into two is connected to the first input of the recording register block of the previous strain value, the second input of which is connected to the second input of the recording register block of the current strain value and the first ADC input, whose input is connected to the first input of the first adder, the second input of which is connected to the output of the register block of the previous strain value, the output of the trigger control circuit is connected to the first input of the controlled buffer amplifier, the output of which is connected to the input X of the recorder, to the input Y of which an amplifier is connected, the input of which is connected to the output of the second ADC, the input of which is connected to the output of the third DAC, the second input of the control unit is connected to the second output of the first ADC, the third output of the unit is controlled it is connected to the second input of the trigger control system, the fourth output with the second input of the second DACP, the fifth output with the second input of the first ADC, the sixth output with the third input of the second adder, the seventh output with the third input of the first adder, and the eighth output with the first input of the third DAC, the output of the first DACP connected to the input of the power amplifier, the output of which is connected to the cyclic loading mechanism, the second and first outputs of the ADC are connected respectively to the first input of the control unit and the third the second DACP, the first input of which is connected to the output of the first adder, the first and second outputs of the n-bit counter are connected respectively to the first input of the controlled inverter, combined with the first input of the trigger control system, and to the second input of the controlled inverter, the output of the strain gauge is connected to the input the amplification unit, the output of which is connected to the first inputs of the first ADC and the controlled buffer amplifier, the output of the second DAC is connected to the second input of the second adder, the output of which is connected to the second th input of the third CAF.

По имеющимся сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". According to available information, the set of essential features characterizing the essence of the invention is not known from the prior art, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "novelty."

Сущность изобретения отличает его от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень". The invention distinguishes it from the prototype, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "inventive step".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, может быть использована для прогнозирования ресурса детали, сравнения различных материалов, используемых в машиностроении. The set of essential features characterizing the essence of the invention can be used to predict the resource of the part, comparing various materials used in mechanical engineering.

На фиг. 1 приведена структурная схема; на фиг.2 схема цифроаналогового перемножающего преобразователя; на фиг.3 схема управления инвертора; на фиг. 4 схема сумматора, выполняющего операцию сложения и вычитания. In FIG. 1 shows a structural diagram; figure 2 diagram of a digital-to-analog multiplier converter; figure 3 control circuit of the inverter; in FIG. 4 is a diagram of an adder performing an addition and subtraction operation.

Устройство содержит подвижный 1 с датчиком и не- подвижный 2 захваты, в которых укреплен образец 3 испытываемого материала, гидроусилитель 4 для циклического нагружения образца и управляемый задатчик нагрузки 5, выход которого соединен через первый вход первого цифроаналового преобразователя (ЦАП) 6 с входом усилителя мощности 7, выход которого соединен с входом гидроусилителя 4, вход усилителя мощности 7 соединен с первым входом первого аналого- цифрового преобразователя АЦП 8, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления 9, второй выход которого соединен с входом n - разрядного счетчика 10, первый и второй выходы которого соединены с входами управляемого инвертора 11, выход которого соединен с входом первого ЦАП 6, второй выход синхрогенератора 9 соединен с входом блока 12 деления на два, выход которого соединен с первым входом первого блока регистра 13 записи деформации, вход которого соединен с первым входом второго блока регистра 14 записи деформации, выход которого соединен с первым входом первого сумматора 15, второй вход которого соединен с выходом второго блока регистра 14 запмси информации, второй вход которого соединен со вторым выходом блока 12 деления на два, первые входы первого 13 и второго 14 блоков регистра записи деформации соединены с выходом аналого-цифрового перемножающего преобразователя 16, вход которого соединен с выходом блока усиления 17 с управляемым коэффициентом, первый вход которого соединен с выходом измерителя деформации 18, вход которого соединен с испытываемым образцом 3, выход блока усиления 17 с управляемым коэффициентом соединен с первым входом блока управления буферного усилителя 19, второй вход блока усиления 17 с управляемым коэффициентом соединен с выходом задатчика 5 и с первым входом ЦАП 6, второй вход блока управления буферного усилителя 19 соединен с первым входом второго сумматора 20 и с выходом схемы управления триггера 21, первый вход которого соединен с первым выходом n разрядного счетчика 10, второй вход триггерной схемы управления 21 с третьим выходом блока управления 9, второй вход второго сумматора 20 соединен с выходом первого цифроаналогового перемножителя 22, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора 15, второй вход цифроаналогового перемножителя 22 соединен с четвертым выходом блока управления 9, третий вход первого цифроаналогового перемножителя 22 соединен с первым выходом АЦП 8, второй выход которого соединен с первым входом блока управления 9 второй вход которого соединен с вторым выходом аналого-цифрового перемножающего преобразователя 16, второй вход которого соединен с пятью выходами синхрогенератора 9, шестой выход которого соединен с третьим входом второго сумматора 20, седьмой выход блока управления 9 соединен с третьим входом первого сумматора, восьмой выход блока управления 9 соединен с первым входом второго цифроаналогового перемножителя 23, выход которого соединен с входом второго аналого-цифрового перемножителя 24, выход которого соединен с выходом усилителя 25, выход которого подключен индикатору, выполненному в виде самописца 26 по оси У, второй вход которого соединен с выходом по оси (Х) блока управления буферного усилителя 19. The device comprises a movable 1 with a sensor and a fixed 2 grippers, in which a sample 3 of the test material is mounted, a hydraulic booster 4 for cyclic loading of the sample and a controlled load adjuster 5, the output of which is connected through the first input of the first digital-to-analog converter (DAC) 6 with the input of the power amplifier 7, the output of which is connected to the input of the hydraulic booster 4, the input of the power amplifier 7 is connected to the first input of the first analog-to-digital converter ADC 8, the second input of which is connected to the first output of the control unit 9, the second output of which is connected to the input of an n-bit counter 10, the first and second outputs of which are connected to the inputs of a controlled inverter 11, the output of which is connected to the input of the first DAC 6, the second output of the clock 9 is connected to the input of the division unit two, the output of which connected to the first input of the first block of the strain register 13, the input of which is connected to the first input of the second block of the strain register 14, the output of which is connected to the first input of the first adder 15, the second input of which is connected to the output of the second OKA register 14 information, the second input of which is connected to the second output of the division unit 12 by two, the first inputs of the first 13 and second 14 blocks of the register of deformation are connected to the output of the analog-to-digital multiplying transducer 16, the input of which is connected to the output of the amplification unit 17 with controlled coefficient, the first input of which is connected to the output of the strain gauge 18, the input of which is connected to the test sample 3, the output of the amplification unit 17 with a controlled coefficient is connected to the first input of the buffer control unit amplifier 19, the second input of the amplification unit 17 with a controlled coefficient is connected to the output of the setter 5 and to the first input of the DAC 6, the second input of the control unit of the buffer amplifier 19 is connected to the first input of the second adder 20 and to the output of the control circuit of the trigger 21, the first input of which is connected with the first output n of the bit counter 10, the second input of the trigger control circuit 21 with the third output of the control unit 9, the second input of the second adder 20 is connected to the output of the first digital-to-analog multiplier 22, the first input of which is connected to the output the house of the first adder 15, the second input of the digital-to-analog multiplier 22 is connected to the fourth output of the control unit 9, the third input of the first digital-to-analog multiplier 22 is connected to the first output of the ADC 8, the second output of which is connected to the first input of the control unit 9, the second input of which is connected to the second output of the analog digital multiplier Converter 16, the second input of which is connected to five outputs of the clock 9, the sixth output of which is connected to the third input of the second adder 20, the seventh output of the control unit 9 soy is dined with the third input of the first adder, the eighth output of the control unit 9 is connected to the first input of the second digital-to-analog multiplier 23, the output of which is connected to the input of the second analog-digital multiplier 24, the output of which is connected to the output of the amplifier 25, the output of which is connected to an indicator made in the form of a recorder 26 along the Y axis, the second input of which is connected to the output along the axis (X) of the control unit of the buffer amplifier 19.

Устройство работает следующим образом. С помощью задатчика нагрузки 5 устанавливаем требуемое усилие; напряжение, соответствующее требуемому усилию P_н, поступает на перемножающий цифроаналоговый перемножитель 6 (фиг. 2). Цифроаналоговый перемножающий преобразователь 6 может быть реализован на базе м/с КР 572ПА1, на аналоговый вход которого подается сигнал с задатчика нагрузки 5, а на цифровой вход код с управляемого инвертора 11, на выходе блока 6 имееем линейное нарастающее или спадающее напряжение, которое прямо или обратно пропорциональное в зависимости от состояния блока 5 задатчика нагрузки
U_i=f(F_н)
Управляющий инвертор 11 может быть реализован по схеме (фиг.3), работу которой поясняет фиг.5. Схема управляющего инвертора 11 состоит из 10 одинаковых ячеек, которые находятся под управлением одного триггера 21 (Д4.1). Рассмотрим работу управляемого инвертора 11 на примере одной ячейки. В момент включения устройства триггер Д4.1 в управляемый инвертор 11 по входу R (фиг. 5в) устанавливается в "0", т.е. на пятом выходе (фиг.1с) "0", а на шестом (фиг.1д) 1 "1". На входы м/с Д1.1 (2) и м/с Д2.1 (1,2) (фиг.5а) поступают импульсы с выхода i-го разряда счетчика 10, причем м/с Д2.1 работает просто инвертором; согласно логике работы микросхем Д1 (2И) и Д3 (2 ИЛИ-НЕ) и с учетом того, что на Д1.1 (1) "1" (фиг.5д), то на выходе м/с Д3.1 (1) (фиг.5к) имеем инвертированные импульсы по отношению к импульсам, поступающим с первого разряда счетчика 10 (фиг.5а). Следует отметить, что в это время с выхода м/с Д1.2 (6) импульсы не поступают, так как на пятом входе ее уровень "0" (фиг.5с). Когда десятиразрядный счетчик 10 "заполнится", то на его выходе формируется импульс переноса (фиг.5), который поступает на вход триггера м/с Д4.1 (3), перебрасывает его, в результате чего на Д4.1 (5с) устанавливается "1", а на Д4.1 (6) "0" (фиг.5а).В результате этого импульсы с выхода 1-го разряда счетчика 10 поступают на вход м/с Д3.1 (2) через м/с Д2.1 и м/с Д1.2 (6) (фиг.5а), а на выходе м/с Д3.1 (1) (фиг.5к) имеем неинвертированные импульсы по отношению к импульсам, поступающим с выхода счетчика 10. Такая работа управляемого инвертора 11 необходима для того, чтобы с помощью цифроаналогового перемножающего преобразователя сформировать напряжение, формы которого представлены на фиг.5п.The device operates as follows. Using the load adjuster 5 set the required force; the voltage corresponding to the required force P _n is supplied to the multiplying digital-analog multiplier 6 (Fig. 2). The digital-to-analog multiplying converter 6 can be implemented on the basis of the m / s KP 572PA1, the analog input of which is supplied with a signal from the load adjuster 5, and the digital input is supplied with a code from a controlled inverter 11, at the output of block 6 we have a linear rising or falling voltage, which directly or inversely proportional to the state of the load adjuster unit 5
U _i = f (F _n )
The control inverter 11 can be implemented according to the scheme (figure 3), the operation of which is illustrated in figure 5. The control inverter circuit 11 consists of 10 identical cells, which are under the control of one trigger 21 (D4.1). Consider the operation of a controlled inverter 11 using an example of a single cell. At the moment the device is turned on, the D4.1 trigger in the controlled inverter 11 at the input R (Fig. 5c) is set to "0", i.e. at the fifth output (Fig. 1c), "0", and at the sixth (Fig. 1d) 1 "1". The inputs m / s D1.1 (2) and m / s D2.1 (1,2) (figa) receive pulses from the output of the i-th category of the counter 10, and m / s D2.1 is just an inverter; according to the logic of the microcircuits D1 (2I) and D3 (2 OR-NOT) and taking into account that on D1.1 (1) "1" (Fig.5d), then at the output m / s D3.1 (1) (fig.5k) we have inverted pulses with respect to the pulses coming from the first discharge of the counter 10 (figa). It should be noted that at this time pulses do not arrive from the output of m / s D1.2 (6), since its level is “0” at the fifth input (Fig. 5c). When the ten-digit counter 10 is "filled", then a transfer pulse is generated at its output (Fig. 5), which is fed to the input of the trigger m / s D4.1 (3), transfers it, as a result of which it is set to D4.1 (5s) "1", and on D4.1 (6) "0" (figa). As a result, pulses from the output of the 1st discharge of the counter 10 are fed to the input m / s D3.1 (2) through m / s D2 .1 and m / s D1.2 (6) (Fig. 5a), and at the output m / s D3.1 (1) (Fig. 5k) we have non-inverted pulses with respect to the pulses coming from the output of counter 10. Such the operation of the controlled inverter 11 is necessary so that with the help of numbers analogue multiplying converter to generate a voltage, the forms of which are presented in Fig.5p.

Рассмотрим работу сумматора 20, выполняющего операцию сложения (режим загрузки) или вычитания (режим загрузки)(см. на фиг.4). Consider the operation of the adder 20, performing the operation of addition (load mode) or subtraction (load mode) (see figure 4).

Допустим, что устройство для определения накопления энергии в материале при циклических нагрузках работает в режиме "загрузка". В этом случае на выходе триггера схемы управления 21, представляющей не что иное, как счетный триггер, устанавливается логическое напряжение "0", которое поступает на входы 2, 5, 8, 12 логических микросхем Д1 Д3 155ЛП5. На другие входы 1, 4, 9, 12 логических м/с Д1 Д3 поступают сигналы с выходов 12, 7, 10, 5 триггера Д7 Д9 555ТМ9, работающих в режиме хранения результатов сложения. С выхода цифроаналогового перемножителя 22 поступает цифровой код на входы м/с Д1 Д5 1555ИМЗ 10, 8, 2, 1, на другие входы сумматора Д4 Д6 поступает цифровой код с выходов м/с Д1 Д3, 3, 6, 10, 11, но так как в момент включения устройства все триггеры установлены в "0", то с выходов м/с Д1 Д3 на соответствующие входы сумматоров Д4 Д6 поступает нулевой код. Таким образом, на входах м/с Д4 Д6 11, 7, 4, 16 имеем цифровой код N₀, а на входах 10, 8, 3, 1 этих же м/с код 1. После выполнения операции сложения в триггере Д7 Д9 по сигналу запись, который поступает на входы 9 м/с Д7 Д9, будет записан результат сложения кодов
N₀+N₁=N_p
Во второй такт загрузки на входы 10, 8, 3, 1 м/с Д4 Д6 поступит код N₂, а на другие входы 10, 8, 3, 1 цифровой код N₁ выходов триггера 21 Д7 Д9, через м/с Д1 93, в результате завершения операции сложения в триггеры Д7 Д9 будет записан код.Suppose that a device for determining the energy storage in a material under cyclic loads operates in the “load” mode. In this case, the output of the trigger of the control circuit 21, which is nothing more than a counting trigger, sets the logic voltage "0", which is supplied to the inputs 2, 5, 8, 12 of the logic circuits D1 D3 155LP5. The other inputs 1, 4, 9, 12 of the logical m / s D1 D3 receive signals from the outputs 12, 7, 10, 5 of the trigger D7 D9 555TM9, operating in the storage mode of the addition results. From the output of the digital-analog multiplier 22, a digital code is supplied to the inputs m / s D1 D5 1555IMZ 10, 8, 2, 1, to the other inputs of the adder D4 D6 a digital code is received from the outputs m / s D1 D3, 3, 6, 10, 11, but since at the moment the device is turned on, all the triggers are set to "0", a zero code is received from the outputs of the m / s D1 D3 to the corresponding inputs of the adders D4 D6. Thus, at the inputs of m / s D4 D6 11, 7, 4, 16 we have a digital code N ₀ , and at the inputs 10, 8, 3, 1 of the same m / s code 1. After the addition operation in the trigger D7 D9 by the signal recording, which is fed to the inputs 9 m / s D7 D9, will be recorded the result of the addition of codes
N ₀ + N ₁ = N _p
In the second load cycle, the code N ₂ will be received at the inputs 10, 8, 3, 1 m / s D4 D6, and the digital inputs N _{1 of the} trigger outputs 21 D7 D9, through m / s D1 93 will be received at the other inputs 10, 8, 3, 1 , as a result of completion of the addition operation, the code will be recorded in the D7 D9 triggers.

Таким образом, осуществляется сложение предыдущего кода с последующим до тех пор, пока длится цикл загрузки (фиг.5п), в результате на входах м/с Д7 - Д9 2, 7, 10, 15 будет код
N₁+N₂+ + N_k= N_i3
где k количество уравнения дискретизации одного цикла загрузки; N_i3 код энергии, запасенной в материале во время одного цикла загрузки.Thus, the previous code is added together with the next one until the loading cycle lasts (Fig.5p), as a result, at the inputs m / s D7 - D9 2, 7, 10, 15 there will be a code
N ₁ + N ₂ + + N _k = N _i3
where k is the number of discretization equations of one loading cycle; N _i3 code of the energy stored in the material during one loading cycle.

Режим загрузки отличается от режима нагрузки тем, что импульс, поступающий со счетчика 10, перебрасывает триггерная схема управления 21 схеме управления в "1", которая поступает в коды м/с Д1 Д3 (2, 5, 8, 13) в блоке сложения вычитания 20. В результате этого осуществляется операция вычитания последующего кода из предыдущего т.е. The load mode differs from the load mode in that the pulse from the counter 10 throws the trigger control circuit 21 of the control circuit to "1", which enters the m / s codes D1 D3 (2, 5, 8, 13) in the subtraction addition block 20. As a result of this, the operation of subtracting the subsequent code from the previous one is carried out ie

N_i3 N_i+1p=N_э
где N_i+1p текущий цифровой код в момент разгрузки;
N_э текущий цифровой код остаточной энергии, запасенной в материале в результате загрузки-разгрузки.N _i3 N _{i + 1p} = N _e
where N _{i + 1p is the} current digital code at the time of unloading;
N _{e is the} current digital code of the residual energy stored in the material as a result of loading and unloading.

То есть на выходе сумматора 20 имеем двадцатиразрядный текущий код N_э (вых 1р^oC12р) энергии, запасенной в материале в результате загрузки-разгрузки. Работу сумматора 20 поясняет фиг.6, где F_н сила, воздействующая на испытуемый материал в режиме загрузки F_з и в режиме разгрузки F_р.That is, at the output of the adder 20, we have a twenty-bit current code N _e (output 1p ^o C12p) of energy stored in the material as a result of loading and unloading. The operation of the adder 20 is illustrated in FIG. 6, where F _{n is the} force acting on the test material in the loading mode F _s and in the unloading mode F _p .

d_i величина изгиба заготовки (предыдущая);
δ_i+1 величина изгиба заготовки (последующая);
Δδ_i абсолютная величина изгиба заготовки.d _{i the} amount of bending of the workpiece (previous);
δ _{i + 1 the} amount of bending of the workpiece (subsequent);
Δδ _{i the} absolute value of the bend of the workpiece.

Выходным напряжением ЦАПП 6 воздействует на усилитель мощности 7, управляющий электрогидравлическим усилителем 4, который в свою очередь воздействует на испытываемую заготовку 3. Сигнал с датчика деформации 1 поступает в измеритель деформации, выполненный по мостовой схеме 18, с которой поступает на блок усиления 17 с управляемым коэффициентом усиления. Такой усилитель необходим для того, чтобы согласовать динамический диапазон аналого-цифровой перемножающий преобразователь 16 с диапазоном задаваемых нагрузок. Изменение коэффициента усиления зависит от действующей силы, заданной задатчиком нагрузки 5, причем, чем больше F_н, тем меньше коэффициент (К₀ усиления блок усилителя 17 с управляемым коэффициентом. Сигнал U_вых. с выхода усилителя 17, являющийся функцией деформации заготовки
U_вых= f₁(δ_i) (1)
поступает на вход аналого-цифрового перемножающего преобразователя АЦПП 16, на выходе которого имеем цифровой код, который соответствует U_вых., т.е. цифровой код H_i является функцией от
H_i= f₂(δ_i) (2)
с выхода АЦПП 16 код H_i поступает на информационные входы регистров 13, 14, причем запись в них ведется как бы "через раз", т.е. в регистр 13 записывается текущий код H, а в регистр 13 записывается последующий код (H_(i+1)). Управление записью в регистр осуществляется с помощью делителя на два 12, на вход которого поступают импульсы t с блока управления 9. Коды с выходов регистров 13, 14 поступают на цифровую схему сумматора 15, в результате чего на входе имеем цифровой код HΔδ_i
HΔδ_i= H_i+1-H_i= f₁(H_i+1)-f₄(H_i) (3)
Этот код H Δδ_i является функцией приращения изгиба Δδ_i (см. фиг.2)
Hδ_i= f₅(Δδ_i) (4)
Управление цифровой схемы сумматора 15 осуществляется сигналами, поступающими с блока управления 9. Цифровой код HΔδ_i поступает на блоки первого информационного входа цифрового перемножения 22, выполненного на базе м/с КР 1802ВР4 1, представляющей собой быстродействующий параллельный перемножитель 12•12 разрядов, на второй информационный вход которого поступает цифровой код с аналого-цифрового преобразователя (АЦПП2) 8, выходной код H которого пропорционален силе, воздействующей на исследуемый образец 3
N_FH f₆(F_н) (5)
В результате перемножения цифровых кодов соответствующих кручению (изгибу) Δδ_i и приложенному усилию F_н, на выходе получаем цифровой код, соответствующий произведению
N_вых= NΔδ_i•NF_н= f₅(Δδ_i)f₆(F_н) (6)
Управление блоком цифрового перемножения 22 осуществляется синхросигналами, поступающими с блока управления 9. Сигнал с выхода цифрового аналогового перемножающего преобразователя 22 поступает на сумматор 20, выполняющий операцию либо сложение, либо вычитание в зависимости от состояния сигнала на управляющем входу "Управление" сумматора 20. Сигнал "управление" поступает со схемы управления триггера 21, которая управляется импульсным сигналом (фиг.5). Цифровой код со схемы 20 поступает на вход второго цифроаналогового перемножающего преобразователя 23, на выходе которого в результате перемножения имеем сигнал
U_k=f₇(N_вых)f₈(k) (7)
N_э=f₇ • (N_вых) напряжение, являющееся функцией цифрового кода N_вых
Напряжение U_k с выхода второго цифрового аналогового перемножающего преобразователя 23 поступает на аналоговый вход второго аналогового цифрового перемножающего преобразователя 24, на другой вход которого поступит напряжение U_vm, являющееся функцией от константы К, учитывающей объем материала
Vm₁ -Vm₂.Vm_if₉(vm) (8)
В результате на выходе АЦПП 24 имеем сигнал
U_i=UkUv_m
В результате подстановок в формулу (9) имеем напряжение на выходы АЦПП 24
U_i= f₅(Δδ_i)f₆(F_н)f₈(K)f₉(V_m) (10)
где U_i напряжение, являющееся функцией энергии, запасенной в исследуемом материале за i-й цикл загрузки-разгрузки. Это напряжение поступает на усилитель 25, с выхода которого поступает на вход Y самописца 26. На вход X самописца 26 поступит сигнал с управляемого буферного усилителя δ_i 19, на вход которого поступает сигнал с выхода усилителя 17. Управляемый буферный усилитель 19 является реверсивным для того, чтобы осуществлять реверс самописца 26, то есть осуществить перемещение самописца 26 "вперед" в режиме "загрузка" и "назад" в режиме "разгрузка". Управляется усилитель 19 импульсом, поступающим со схемы управления 21, в результате на выходе усилителя 19 формируется напряжение U_x, пропорциональное величине деформации, форма которого приведена на фиг.1e U_x= f₁₀(δ_i) то есть с учетом выше указанного при воздействии напряжений вход X и напряжение U_i на вход У самописца на фиксирующем материале зафиксируется фигура изображения на фиг.7.The output voltage of the CAPP 6 acts on the power amplifier 7, which controls the electro-hydraulic amplifier 4, which in turn acts on the workpiece 3 being tested. The signal from the strain gauge 1 is fed to the strain gauge made according to the bridge circuit 18, from which it is supplied to the amplification block 17 with a controlled gain factor. Such an amplifier is necessary in order to match the dynamic range of the analog-to-digital multiplier transducer 16 with the range of specified loads. The change in the gain depends on the force exerted by the load adjuster 5, and the more F _n , the lower the coefficient (K _{0 is the} gain of the amplifier block 17 with a controlled coefficient. The signal U _output from the output of the amplifier 17, which is a function of the workpiece deformation
U _o = f ₁ (δ _i ) (1)
arrives at the input of an analog-to-digital multiplying converter ADCP 16, at the output of which we have a digital code that corresponds to U _out. , i.e. digital code H _i is a function of
H _i = f ₂ (δ _i ) (2)
from the output of the ADC 16, the code H _i enters the information inputs of the registers 13, 14, moreover, the recording in them is carried out “as if through time”, i.e. in register 13 the current code H is written, and in register 13 the subsequent code is written (H _{(i + 1)} ). The write to the register is controlled by a two-by-12 divider, the input of which pulses t are received from the control unit 9. The codes from the outputs of the registers 13, 14 are fed to the digital circuit of the adder 15, as a result of which we have a digital code HΔδ _i
HΔδ _i = H _{i + 1} -H _i = f ₁ (H _{i + 1} ) -f ₄ (H _i ) (3)
This code H Δδ _i is a function of the increment of the bend Δδ _i (see figure 2)
Hδ _i = f ₅ (Δδ _i ) (4)
The digital circuit of the adder 15 is controlled by signals coming from the control unit 9. The digital code HΔδ _{i is} fed to the blocks of the first information input of digital multiplication 22, made on the basis of the m / s KP 1802BP4 1, which is a fast parallel multiplier of 12 • 12 bits, on the second the information input of which receives a digital code from an analog-to-digital converter (ATsPP2) 8, the output code H of which is proportional to the force acting on the test sample 3
N _FH f ₆ (F _n ) (5)
As a result of the multiplication of digital codes corresponding to torsion (bending) Δδ _i and the applied force F _n , at the output we obtain a digital code corresponding to the product
N _O = NΔδ _i • NF _n = f ₅ (Δδ _i) f ₆ (F _n) (6)
The control unit digital multiplication 22 is carried out by the clock signals received from the control unit 9. The signal from the output of the digital analog multiplier converter 22 is supplied to the adder 20, performing the operation of either addition or subtraction, depending on the state of the signal at the control input "control" of the adder 20. Signal " control "comes from the control circuit of the trigger 21, which is controlled by a pulse signal (figure 5). The digital code from the circuit 20 is fed to the input of the second digital-to-analog multiplying converter 23, at the output of which, as a result of multiplication, we have a signal
U _k = f ₇ (N _o ) f ₈ (k) (7)
_E = f N ₇ • (N _O) a voltage which is a function of N digital code _O
The voltage U _k from the output of the second digital analog multiplier converter 23 is supplied to the analog input of the second analog digital multiplier converter 24, the other input of which receives a voltage U _vm , which is a function of the constant K, taking into account the volume of material
Vm ₁ -Vm ₂ .Vm _i f ₉ (vm) (8)
As a result, at the output of the ADC 24 we have a signal
U _i = UkUv _m
As a result of substitutions in formula (9), we have the voltage at the outputs of the ADC 24
U _i = f ₅ (Δδ _i ) f ₆ (F _n ) f ₈ (K) f ₉ (V _m ) (10)
where U _{i is the} voltage, which is a function of the energy stored in the test material for the i-th loading-unloading cycle. This voltage is supplied to the amplifier 25, from the output of which goes to the input Y of the recorder 26. To the input X of the recorder 26, a signal is received from the controlled buffer amplifier δ _i 19, the input of which receives a signal from the output of the amplifier 17. The controlled buffer amplifier 19 is reversible to reverse the recorder 26, that is, move the recorder 26 "forward" in the "download" mode and "back" in the "unload" mode. The amplifier 19 is controlled by a pulse from the control circuit 21, as a result, the voltage U _x is formed at the output of the amplifier 19, proportional to the strain value, the shape of which is shown in Fig. 1e U _x = f ₁₀ (δ _i ) that is, taking into account the above when exposed voltage input X and voltage U _i the input of the recorder on the fixing material will be fixed figure image in Fig.7.

Как показали результаты опытной проверки образцов на стенде в лаборатории кафедры УлГТУ, при использовании предлагаемого устройства обеспечивается достижение следующих показателей: оценка качества различного материалов и прогнозирование ресурса при известных нагрузочных режимах работы машины по скорости роста площади петли гистерезиса. As shown by the results of experimental testing of samples at a bench in the laboratory of the department of Ulyanovsk State Technical University, using the proposed device, the following indicators are achieved: quality assessment of various materials and prediction of the resource under known load conditions of the machine according to the growth rate of the area of the hysteresis loop.

Согласно данным, проведенным экспериментов в лабораторных условиях, изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает следующим преимуществом: снижается трудоемкость испытания образцов материала, повышается точность измерения качества материала и его ресурса, не требуется дорогостоящего оборудования. According to the data of experiments in laboratory conditions, the invention can be used in the national economy and, in comparison with the prototype, has the following advantage: the complexity of testing samples of material is reduced, the accuracy of measuring the quality of the material and its resource is increased, and expensive equipment is not required.

Изобретение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды. The invention does not adversely affect the environment.

Claims

A device for determining energy storage in a material under cyclic loading, comprising a mechanism for cyclic loading of a sample of the test material, an indicator, a strain gauge, an analog-to-digital converter (ADC) and a control unit, the first input of which is connected to the first input of the ADC, characterized in that it equipped with two analog-to-digital multiplying converters (ATsP), three digital-to-analog multiplying converters (TsAPP), a unit for dividing into two, a gain unit with a controlled coefficient m gain, load adjuster, n-bit counter controlled by an inverter, two adders, a power amplifier, a trigger amplifier control circuit, a register block of the previous strain value, a register block of the current strain value and a block of controlled buffer amplifiers, the indicator is made in the form of a recorder, the control unit is made with a second input and eight outputs, the output of the load master is connected to the second input of the amplification unit and the first input of the first DAC, the output of which is connected to the input of the amplifier power amplifier, the second input of the first DACP is connected to the output of the control inverter, the first input of which is connected to the first output of the n-bit counter and to the first input of the trigger control circuit, the output of which is connected to the first inputs of the second adder and the block of controlled buffer amplifiers, the second input of the controlled inverter connected to the output of an n-bit counter, the input of which is connected to the input of the division unit by two, the first input of which is connected to the first input of the register block of the record of the current strain value, the second output is the dividing block by two is connected to the first input of the recording register block of the previous strain value, the second input of which is connected to the second input of the recording register block of the current strain value and to the output of the first ADC, the input of which is connected to the first input of the first adder, the second input of which is connected to the output of the block registers of records of the previous strain, the output of the trigger control circuit is connected to the first input of a controlled buffer amplifier, the output of which is connected to the input X of the recorder, to the input Y of which an amplifier whose input is connected to the output of the second ADC, the input of which is connected to the output of the third DAC, the second input of the control unit is connected to the second output of the first ADC, the third output of the control unit is connected to the second input of the trigger control circuit, the fourth output is from the second input of the second DAC, the fifth output with the second input of the first ADC, the sixth output with the third input of the second adder, the seventh output with the third input of the first adder, and the eighth output with the first input of the third DAC, the output of the first DAC is connected to the second input of the ADC, connected to the input of the power amplifier, the output of which is connected to the cyclic loading mechanism, the second and first outputs of the ADC are connected respectively to the first input of the control unit and to the third input of the second DAC, the first input of which is connected to the output of the first adder, the first and second outputs of the n-bit counter respectively connected to the first input of the controlled inverter, combined with the first input of the trigger control circuit, and to the second input of the controlled inverter, the output of the strain gauge is connected to the input an amplification unit, the output of which is connected to the first inputs of the first ADC and a controlled buffer amplifier, the output of the second DACP is connected to the second input of the second adder, the output of which is connected to the second input of the third DAC.