RU2087905C1

RU2087905C1 - Material strength test technique including measurement of specimen electrical resistance

Info

Publication number: RU2087905C1
Application number: RU93018170A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Макаров; А.П. Устимова; И.А. Скоробогатов
Original assignee: Самарский государственный технический университет
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1993-04-09
Publication date: 1997-08-20

Abstract

FIELD: measurement technology; nondestructive tests of solid materials. SUBSTANCE: to determine strength of specimen in the form of carbon filament built up of equal-length elementary carbon filaments, electrical resistance of carbon filament and breaking load of elementary fiber are measured. Breaking load of carbon filament is found from equation P=P_i•R_i/R, where P_i is breaking load of elementary fiber; R is carbon filament resistance; R_i is elementary fiber resistance. EFFECT: facilitated procedure. 2 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к методам определения механических свойств материалов. The invention relates to testing equipment, and in particular to methods for determining the mechanical properties of materials.

Целью изобретения является уменьшение трудоемкости определения разрывной нагрузки углеродной нити. Способ определения прочности материала, включающий измерение электрического сопротивления образца, отличающийся тем, что для образца в виде углеродной нити фиксированной длины, состоящей из элементарных углеродных нитей соответствующей длины, измеряют электрическое сопротивление, разрывную нагрузку элементарного волокна, может найти широкое применение в ходе технологического процесса формирования углепластика. The aim of the invention is to reduce the complexity of determining the breaking load of the carbon fiber. A method for determining the strength of a material, including measuring the electrical resistance of a sample, characterized in that for a sample in the form of a carbon fiber of a fixed length consisting of elementary carbon fibers of the corresponding length, the electrical resistance, the breaking load of the elementary fiber are measured, can be widely used during the technological process of forming carbon fiber reinforced plastic.

Известен способ ультразвукового контроля по А.С. N 1682904, кл. G 01N 29/20, выданному Б. Ф.Борисову, А.И.Недбаю, который заключается в том, что возбуждают импульс ультразвуковых колебаний в плоскопараллельном образце, соединенном с обеспечением акустического контакта по крайней мере с одним звукопроводом, принимают эхо-импульсы из образца и измеряют их характеристики, по которым проводят контроль. С целью повышения точности контроля перед возбуждением в образце ультразвуковых колебаний присоединяют к контактным поверхностям образца слой контактного материала заданной толщины. При проведении ультразвукового контроля по величине эхо-импульсов толщину слоя устанавливают из соотношения
d=1/2αl•n•D $\binom{2}{1}$ •n/2lΔα_o,
где D₁ коэффициент прохождения ультразвуковой волны через границу образец контактный слой;
Δα_o абсолютная величина требуемой погрешности определения затухания ультразвука в контролируемом образце;
α величина затухания ультразвуковых колебаний в материале контактного слоя;
l длина образца;
n=1,2 количество контактных слоев.A known method of ultrasonic testing according to A.S. N 1682904, CL G 01N 29/20, issued to B. F. Borisov, A. I. Nedbay, which consists in the fact that the pulse of ultrasonic vibrations is excited in a plane-parallel sample connected to provide acoustic contact with at least one sound duct, receive echo pulses from sample and measure their characteristics, which are controlled. In order to increase the control accuracy before excitation in the sample, ultrasonic vibrations attach a layer of contact material of a given thickness to the contact surfaces of the sample. When conducting ultrasonic testing by the magnitude of the echo pulses, the layer thickness is determined from the ratio
d = 1 / 2αl • n • D $\binom{2}{one}$ • n / 2lΔα _o ,
where D ₁ the transmission coefficient of the ultrasonic wave through the boundary of the sample contact layer;
Δα _{o the} absolute value of the required error in determining the attenuation of ultrasound in a controlled sample;
α the amount of attenuation of ultrasonic vibrations in the material of the contact layer;
l sample length;
n = 1.2 the number of contact layers.

При проведении ультразвукового контроля по временным интервалам между эхо-импульсами толщину слоя устанавливают из соотношения
d=1/2αl•n•R₂D₁U•n/R₁•W•L•S₁,
где R₁ и D₁ коэффициенты отражения и прохождения ультразвуковых волн на границе образец контактный слой;
R₂ коэффициент отражения ультразвуковых волн на границе контактный слой звукопровод;
α величина затухания ультразвуковых волн в материале контактного слоя;
S₁ относительная величина требуемой точности определения скорости распространения ультразвуковых колебаний;
L и U длина образца и скорость ультразвука в нем соответственно;
n=1,2 количество контактных слоев в акустической ячейке;
W частота ультразвукового контроля.When conducting ultrasonic testing at time intervals between echo pulses, the layer thickness is determined from the ratio
d = 1 / 2αl • n • R ₂ D ₁ U • n / R ₁ • W • L • S ₁ ,
where R ₁ and D _{1 are} the reflection and transmission coefficients of ultrasonic waves at the boundary of the sample contact layer;
R _{2 is} the reflection coefficient of ultrasonic waves at the boundary of the contact layer;
α the amount of attenuation of ultrasonic waves in the material of the contact layer;
S _{1 the} relative value of the required accuracy in determining the propagation velocity of ultrasonic vibrations;
L and U are the length of the sample and the speed of ultrasound in it, respectively;
n = 1.2 the number of contact layers in the acoustic cell;
W frequency of ultrasonic testing.

Материал слоя выбирают удовлетворяющим условию
(Z_o-Z_e)/(Z_o+Z_e)=A,
где Z_o табличное значение волнового сопротивления материала образца;
Z_e табличное значение волнового сопротивления материала контактного слоя:

при использовании двух звукопроводов;

при использовании одного звукопровода.The material of the layer is chosen to satisfy the condition
(Z _o -Z _e ) / (Z _o + Z _e ) = A,
where Z _{o the} table value of the wave resistance of the sample material;
Z _e tabular value of the wave resistance of the material of the contact layer:

when using two sound ducts;

when using one sound duct.

Недостатком способа является существенное влияние на принимаемый эхо-импульс переходного сопротивления контакта, которое соизмеримо с сопротивлением материала на ультразвуковой частоте. Это, в конечном счете, определяет низкую точность измерения. Другой существенный недостаток способа объясняется необходимостью проведения трудоемких испытаний, требующих значительных затрат времени. Это приводит к сужению области использования данного способа, поскольку он может быть применен только в лабораторных условиях. The disadvantage of this method is a significant effect on the received echo pulse of the transition resistance of the contact, which is comparable with the resistance of the material at the ultrasonic frequency. This ultimately determines the low accuracy of the measurement. Another significant disadvantage of the method is explained by the need for labor-intensive tests that require a significant investment of time. This leads to a narrowing of the scope of this method, since it can only be used in laboratory conditions.

Известен способ определения усилия текучести при испытании проволочного образца на растяжение по А.С. N 1779975, кл. G 01N 3/08, выданному Г.К.Субботину, А.В.Белову, А.Н.Латохину. Суть изобретения заключается в том, что в качестве критерия начальной пластической деформации принято изменение электрического сопротивления в локальной зоне рабочей части образца, вызванное пластическим течением, по сравнению с упруго-напряженной остальной зоной рабочей части образца. Локальное изменение электросопротивления улавливается путем включения рабочей части образца в роли четырех плеч в схему уравновешенного моста Уитстона, а усилие локальной текучести определяется в момент разбалансировки моста по нуль-индикатору. A known method for determining the yield strength when testing a wire sample in tension according to A.S. N 1779975, cl. G 01N 3/08, issued to G.K.Subbotin, A.V. Belov, A.N. Latokhin. The essence of the invention lies in the fact that as a criterion for the initial plastic deformation, a change in the electrical resistance in the local area of the working part of the sample is accepted, caused by plastic flow, in comparison with the elastically stressed rest of the area of the working part of the sample. A local change in electrical resistance is captured by including the working part of the sample as four shoulders in the balanced Wheatstone bridge circuit, and the local yield strength is determined at the moment the bridge is unbalanced by a zero indicator.

Недостаток данного способа определения механической характеристики материала заключается в невозможности его применения к хрупким тонковолокнистым материалам, для которых неоднократное перемещение зажимов по образцу при нагружении в момент растяжения ведет к разрушению образца и не позволяет с нужной точностью определить необходимые характеристики. Данный недостаток не позволяет использовать этот способ в ходе технологического процесса формирования углепластиков прототип. The disadvantage of this method of determining the mechanical characteristics of the material is the impossibility of its application to brittle fine-fibrous materials, for which repeated movement of the clamps along the sample during loading at the moment of tension leads to destruction of the sample and does not allow to determine the necessary characteristics with the necessary accuracy. This disadvantage does not allow the use of this method during the technological process of forming carbon fiber prototype.

Предлагаемый способ определения прочности материала, включающий измерение электрического сопротивления образца, отличается тем, что для образца в виде углеродной нити фиксированной длины, состоящей из элементарных углеродных нитей соответствующей длины, измеряют электрическое сопротивление, разрывную нагрузку элементарного волокна, а разрывную нагрузку углеродной нити определяют из соотношения
P P_i • R_i/R,
где P_i разрывная нагрузка элементарного волокна,
R электрическое сопротивление углеродной нити,
R_i электрическое сопротивление элементарного волокна.The proposed method for determining the strength of a material, including measuring the electrical resistance of a sample, is characterized in that for a sample in the form of a carbon fiber of a fixed length consisting of elementary carbon fibers of the corresponding length, the electrical resistance, the breaking load of the elementary fiber are measured, and the breaking load of the carbon fiber is determined from the ratio
PP _i • R _i / R,
where P _{i the} breaking load of the elementary fiber,
R is the electrical resistance of the carbon fiber,
R _{i is the} electrical resistance of an elementary fiber.

Несмотря на исторически-традиционное применение и использование метода сопротивления при контроле различных параметров, введенные причинно-следственные связи между разрывной нагрузкой нити и электрическим сопротивлением волокна приводят к новому положительному эффекту снижению трудоемкости определения разрывной нагрузки углеродной нити и одновременному сокращению времени измерения при автоматизации технологического процесса формования углепластика и соответствует критерию "новизна". Despite the historical and traditional application and use of the resistance method in monitoring various parameters, the causal relationship between the breaking load of the thread and the electrical resistance of the fiber leads to a new positive effect of reducing the complexity of determining the breaking load of the carbon thread and at the same time reducing the measurement time during automation of the molding process carbon fiber and meets the criterion of "novelty."

Предложенный способ отличается низкой трудоемкостью определения разрушающей нагрузки углеродной нити и малым временем измерения при автоматизации технологического процесса формования углепластика. The proposed method is characterized by a low laboriousness of determining the breaking load of the carbon fiber and a short measurement time during automation of the carbon fiber molding process.

Предложенный способ определения прочности материала поясняется фиг. 1 и 2, на которых 1 прорезь, 2 линия сгиба, 3 элементарное волокно, 4 - клей, 5 бумажная рамка, 6 захваты, 7 рычаг аналитических весов, 8 - нагружающее устройство, 9 набор грузов, 10 фиксатор грузов. The proposed method for determining the strength of the material is illustrated in FIG. 1 and 2, on which 1 slot, 2 bend line, 3 elementary fiber, 4 - glue, 5 paper frame, 6 grips, 7 lever analytical balance, 8 - loading device, 9 set of weights, 10 cargo lock.

Сущность предложенного способа заключается в следующем. The essence of the proposed method is as follows.

Электрическое сопротивление элементарного волокна 3 R_i определяется с помощью стандартных приборов на фиксированной длине l. Для измерения R_i элементарное волокно 3 вклеивается в бумажную рамку 5. Затем определяется разрывная нагрузка P_i или по паспортным данным, или экспериментальным методом на разрывной машине, или на установке для определения физико-механических характеристик элементарного углеродного волокна 3.The electrical resistance of the elementary fiber 3 R _i is determined using standard devices on a fixed length l. To measure R _{i, the} elementary fiber 3 is pasted into the paper frame 5. Then, the breaking load P _i is determined either from the passport data, or by an experimental method on a tensile testing machine, or in a device for determining the physicomechanical characteristics of elementary carbon fiber 3.

В последнем случае рамка 5 с вклеенным образцом 3 закрепляется в захватах 6 установки и разрезается. С помощью нагружающего устройства 8, состоящего из набора грузов 9 и фиксаторов грузов 10, элементарное волокно нагружается до разрушения. По данным испытаний определяется средняя величина разрушающей нагрузки волокна P_i. В дальнейшем измеряется электрическое сопротивление углеродной нити R, состоящей из n целых элементарных волокон, на фиксированной длине l стандартными методами.In the latter case, the frame 5 with the glued sample 3 is fixed in the grippers 6 of the installation and cut. Using a loading device 8, consisting of a set of weights 9 and load clamps 10, the elementary fiber is loaded to failure. According to the test data, the average breaking load of the fiber P _{i is} determined. Subsequently, the electrical resistance of the carbon filament R, consisting of n whole elementary fibers, is measured at a fixed length l by standard methods.

Разрывная нагрузка P углеродной нити по разрывной нагрузке элементарного волокна P_i определяется из соотношения
P P_i • R_i/R.The tensile load P of a carbon fiber according to the tensile load of an elementary fiber P _i is determined from the ratio
PP _i • R _i / R.

Claims

A method for determining the strength of a material, including measuring the electrical resistance of a sample, characterized in that for a sample in the form of a carbon fiber of a fixed length consisting of elementary carbon fibers of the corresponding length, the electrical resistance, the breaking load of the elementary fiber, and the breaking load of the carbon fiber are determined from the ratio
PP _i • R _i / R,
where P _{i the} breaking load of the elementary fiber;
R electrical resistance of the carbon fiber;
R _{i is the} electrical resistance of an elementary fiber.