RU2210753C1 - Устройство для определения релаксационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов - Google Patents
Устройство для определения релаксационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2210753C1 RU2210753C1 RU2001132908/28A RU2001132908A RU2210753C1 RU 2210753 C1 RU2210753 C1 RU 2210753C1 RU 2001132908/28 A RU2001132908/28 A RU 2001132908/28A RU 2001132908 A RU2001132908 A RU 2001132908A RU 2210753 C1 RU2210753 C1 RU 2210753C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- indenter
- dog
- clamping ring
- rod
- elastic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения и контроля релаксационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов. Предложенное устройство состоит из зажимных колец для фиксации исследуемого материала, штока-индентора с устройствами для нагружения и измерения перемещений индентора, при этом верхнее зажимное кольцо неподвижно, а индентор снабжен рычажным механизмом нагружения через подвижную втулку с собачкой, зуб которой входит в вырез индентора, собачка шарнирно связана с одной стороны с втулкой, а с другой стороны - с тягой, с помощью которой собачка поворачивается и мгновенно освобождает индентор, а устройство измерения перемещения индентора связано с электронным блоком, преобразующим линейное перемещение в цифровые сигналы, передаваемые на компьютер. Нижнее зажимное кольцо может иметь насадку с двумя радиально расположенными выступами, на которые опирается образец для деформации узкой полоски исследуемого материала по выбранному направлению. Кроме того, нижнее зажимное кольцо может быть закрыто плоской опорной пластиной, а конец индентора может иметь соосную с ним круглую насадку с плоской нажимной поверхностью. Данное устройство позволяет с высокой точностью определять полный комплекс релаксационных показателей упругих, вязких и пластических свойств исследуемых материалов без их разрушения. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения и контроля релаксационных свойств кожи и подобных ей материалов, например, искусственных кож, полимерных пленочных материалов, ткани и пакетов из этих материалов.
Известны различные устройства для определения деформационных и релаксационных свойств кожи и подобных ей материалов, основанные, например, на нагружении образца с последующим его разрушением на разрывной машине, определяется предел прочности кожи, упругая и остаточная деформация, условный модуль упругости кожи по ГОСТ 939-75, или основанные на силовом воздействии на образец, закрепленный в кольцевом зажиме, с помощью шарообразного жесткого предмета, падающего с определенной высоты (регистрируется амплитуда и частота затухающих колебаний, упругость материала) - Авт.свид. СССР 454450, G 01 N 3/08 3/14, 31.01.75, Способ определения упругих свойств пленочных и текстильных материалов.
Для определения релаксационных, зависящих от времени, характеристик кожи и подобных материалов необходимо устройство, реализующее ступенчатое нагружение по циклу "нагружение-выдержка-разгрузка". Такой способ может быть реализован на приборе-консистометре Гепплера, см. Практикум по технологии кожи и меха, A.A. Головтеева и др.. Легкая и пищевая промышленность, 1982, с.248.
Прибор имеет рычаг с грузом, нагружающим путем сжатия через шток-индентор образец упруго-пластичного материала, причем перемещение индентора во времени регистрируется визуально с помощью индикатора часового типа и секундомера, а нагружение и разгрузка производится вручную. Для медленно релаксирующих материалов прибор позволяет в принципе получить кривую упругого последействия - релаксации деформации после снятия нагрузки и выделить на ней три составляющих деформации - мгновенно-упругую, замедленно-упругую или высокоэластическую, пластическую или остаточную и определить численные Их характеристики.
Однако прибор не пригоден для испытания кож и подобных ей тонких материалов на растяжение, а ручная нагрузка и разгрузка с визуальным отсчетом показаний вообще не позволяют анализировать быстротекущие процессы в диапазоне от 0,01 до нескольких секунд, что характерно для указанных материалов.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является устройство для определения свойств пленочных и текстильных материалов (Авт. свид.СССР 1711027 А1, Устройство для испытания пленочных и текстильных материалов, GO IN3 /08, Б.И 5, 07.02.92 г.) включающий механизм нагружения образца, зажатого по кольцевому контуру, индентором со сферическим концом и регистрацию на самописце его перемещения под нагрузкой - ползучесть. Известное устройство позволяет определить упругость и прочность материала.
Все указанные устройства для определения деформационных свойств кожи и подобных материалов позволяют определять ограниченное число параметров, относящихся в основном к упругим свойствам материала и не дают возможности определять весь комплекс релаксационных свойств - упругих, вязких и пластических характеристик, постоянных времени релаксации, только в совокупности описывающих деформационное поведение материала.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является более точное, оперативное и автоматизированное определение полного комплекса релаксационных показателей упругих, вязких и пластических свойств и спектра времен релаксации кожи и подобных ей материалов без разрушения образца. Устройство позволяет с высокой точностью, в автоматизированном режиме и без разрушения образца получать комплекс до пятнадцати показателей упругих, вязких и пластических свойств и спектр времен релаксации материала, которые наиболее полно характеризуют его деформационное поведение, отражающее подвижность разнообразных элементов внутренней микро- и макроструктуры.
Получаемые показатели могут быть использованы для оценки качества кож и других подобных материалов путем сравнения их с эталонными, а также для контроля и управления качеством выполнения технологических процессов путем измерения указанных показателей у полуфабриката на промежуточных стадиях производства и сравнения их с нормированными значениями.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство, состоящее из двух зажимных колец для фиксации гибкого материала и штока-индентора в виде легкого стержня со сферическим или плоским для испытания образцов на сжатие наконечником, связанным с датчиком перемещения, причем верхнее зажимное кольцо неподвижно, что позволяет фиксировать базовую плоскость для измерений независимо от толщины материала. Индентор движется в вертикальной направляющей втулке и снабжен рычажным механизмом нагружения через подвижную втулку с собачкой, зуб которой входит в вырез индентора. Собачка шарнирно связана с одной стороны с подвижной втулкой, а с другой стороны - с тягой, с помощью которой собачка поворачивается и мгновенно освобождает индентор, а устройство измерения перемещения индентора связано с электронным блоком, преобразующим линейное перемещение в цифровые сигналы, передаваемые на компьютер.
Для автоматизации и повышения четкости разгрузки образца независимо от опытности оператора предлагается вариант устройства механизма нагружения образца, у которого втулка рычага нагружения индентора имеет электромагнит, а индентор - соответствующую ему стальную пластину, через которую передается нагрузка на образец при подъеме рычага и включении магнита. При отключении магнита рычаг с грузом отсоединяется от диска и индентор мгновенно разгружается.
При испытании зажатого по кольцевому контуру плоского образца он получает равные удлинения по меридианам образующегося конуса, поэтому получают усредненные характеристики анизотропного материала.
Для испытания анизотропности свойств материала по направлениям на нижнее зажимное кольцо устанавливают кольцевую насадку с двумя радиально-расположенными выступами, на которые опирается образец для деформации узкой полоски материала по выбранному направлению.
Для испытаний толстых образцов на сжатие нижнее кольцо закрывают плоской опорной пластиной, а на конец индентора надевают соосную с ним круглую насадку с плоской нажимной поверхностью.
Фиг. 1 - конструкция предлагаемого устройства; фиг.2 - вариант конструкции устройства; фиг.3 - схема измерений хода индентора от нулевой плоскости; фиг.4 - графики напряжения и деформации материала, показывающие изменение во времени: а - напряжения, б - относительной деформации; в - деформационная модель упруго-вязко-пластичного материала; фиг.5 - схема кольцевой насадки для испытания анизотропности свойств материала; фиг.6 - схема приспособления для испытания материала на сжатие.
5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Предлагаемое устройство для определения релаксационных свойств кожи и подобных ей материалов показано на фиг.1 Оно состоит из корпуса 1, верхнего опорного кольца 2, нижнего зажимного кольца 3 с регулируемым положением относительно втулки-ползуна 4 зажимного механизма 5, приводимого в действие рукояткой, связанной с кривошипом 6. Легкий стержень-индентор 7 может свободно перемещаться в направляющей втулке 8. На верхнем конце индентора закреплен чувствительный элемент 9 датчика перемещения, встроенного в электронный блок 10 для преобразования сигнала в цифровую форму и непосредственной передачи его в компьютер.
Испытываемый образец 11 нагружается индентором и продавливается в углубление нижнего кольца с помощью регулируемых грузов 12, закрепляемых на рычаге 13, связанным шарниром 14 с корпусом прибора и через продольный паз с шарниром 15, закрепленным на скользящей втулке 16. На оси 15 посажена собачка 17 с зубом, входящим через паз в направляющей и скользящей втулках в вырез индентора. Шарниром 18 собачка связана тягой 19 с кнопкой 20, с помощью которой собачка может поворачиваться и освобождать индентор от груза.
Четкость срабатывания описанного ручного механизма разгрузки зависит от опытности оператора. Чтобы исключить влияние человеческого фактора и автоматизировать процесс разгрузки, предлагается, фиг.2, второй вариант механизма разгрузки с электромагнитом 21, закрепленным на скользящей втулке 16. В этом варианте на инденторе закреплен стальной диск 22, через который передается нагрузка на образец при подъеме рычага и включении магнита. При отключении магнита рычаг с грузом отсоединяется от диска и индентор мгновенно разгружается.
Для испытания анизотропности свойств материала по направлениям на нижнее зажимное кольцо 3, фиг.5, устанавливается кольцевая насадка 23 с двумя радиально-расположенными выступами 24, на которые опирается образец для деформации полоски образца материала шириной b по выбранному направлению.
Для испытания толстых материалов на сжатие, фиг.6, нижнее кольцо 3 перекрывается плоской опорной пластиной 25, а на конец индентора 7 крепится соосная с ним круглая насадка 26 с плоской нажимной поверхностью.
Устройство работает следующим образом.
Образец испытываемого материала 11 зажимают между кольцами 2 и 3 прибора, фиг. 1. Компьютерная программа фиксирует начальное положение индентора относительно базовой плоскости верхнего кольца для учета возможного провисания образца. Производят нагружение индентора грузом массой 1-2 кг и выдерживают под нагрузкой в течение около 30 с. Затем резко снимают нагрузку и регистрируют на компьютере показания датчика 9 перемещения индентора 7 после разгрузки (кривую упругого восстановления - релаксации образца, фиг.4) в виде файла данных перемещения индентора во времени h(t) от нулевой плоскости, определяемой калибровкой датчика.
По этим данным компьютерная программа фиксирует, фиг.3: ho - нулевое положение индентора с учетом провисание образца, hm - максимальный ход под нагрузкой, hn - установившееся положение после разгрузки и рассчитывает соответствующие относительные деформации по формуле:
ε=Ah2,
где А - постоянная прибора.
ε=Ah2,
где А - постоянная прибора.
Таким образом получают относительные деформации: εo - фиктивную от провисания; εm - полную; εn - пластическую; εu - упругую суммарную; εu = εm-εn.
Рассчитывают среднее напряжение в образце перед разгрузкой
σ=BP/hmδ,
где В - постоянная прибора;
Р - нагрузка на инденторе;
hm - его максимальное перемещение под грузом;
δ - толщина образца материала.
Рассчитывают среднее напряжение в образце перед разгрузкой
σ=BP/hmδ,
где В - постоянная прибора;
Р - нагрузка на инденторе;
hm - его максимальное перемещение под грузом;
δ - толщина образца материала.
Для последующих вычислений, включающих дифференцирование экспериментальной кривой, она должна быть аппроксимирована с максимальной точностью гладкой функцией. Для этого кривую упругого восстановления представляют в виде суммы экспонент, обычно достаточно двух:
По результатам аппроксимации вычисляют постоянные времени Т1 быстрого и Т2 медленного процессов восстановления упругой деформации и коэффициенты К1 и К2. После чего определяют составляющие упругой деформации: мгновенную упругую εmu =K1•εu, высокоэластическую εve = K2•εu, рассчитывают параметры релаксационной модели, фиг. 4, в: модуль мгновенной упругости, E1 = σ.εmu, модуль высокоэластичности E2 = σ/εve, равновесный модуль упругости E3 = σ/εu, коэффициенты высокоэластической вязкости ηl =Tl•El быстрого и η2 = Т2•Е2 медленного процессов релаксации, коэффициент пластической вязкости η3 = Δt•σ/εn, где Δt - время нагружения.
По результатам аппроксимации вычисляют постоянные времени Т1 быстрого и Т2 медленного процессов восстановления упругой деформации и коэффициенты К1 и К2. После чего определяют составляющие упругой деформации: мгновенную упругую εmu =K1•εu, высокоэластическую εve = K2•εu, рассчитывают параметры релаксационной модели, фиг. 4, в: модуль мгновенной упругости, E1 = σ.εmu, модуль высокоэластичности E2 = σ/εve, равновесный модуль упругости E3 = σ/εu, коэффициенты высокоэластической вязкости ηl =Tl•El быстрого и η2 = Т2•Е2 медленного процессов релаксации, коэффициент пластической вязкости η3 = Δt•σ/εn, где Δt - время нагружения.
Затем получают спектр постоянных времен релаксации по формуле:
где i - дискретная переменная; t - текущее время.
где i - дискретная переменная; t - текущее время.
Могут быть получены и дополнительные характеристики материала - пластичность П, упругость - У, компоненты упругости - МУ и ВЭ, характер подвижности структуры - Х по формулам:
При исследовании, например, деформационных свойств кожи подкладочной для обуви получены следующие результаты и спектр времен релаксации в логарифмических координатах:
Т1 = 0,073; Т2 = 5,769; К1 = 0,894; К2 = 0,106; Е1 = 13,132; Е2 = 110,516; Е3 = 11,737; η1 = 0,952; η2 = 637,545; η3 = 871,131; П = 28,786; У = 71,214; МУ = 63,651; ВЭ=7,563; X = 8,416
Размерности: Т-(с), Е - (МПа), η(МПа.с),
П, У, МУ, ВЭ - (%)
Любое отклонение от нормированного технологического процесса приводит к изменению указанных показателей, таким образом они могут быть использованы для контроля качества отдельных операций и готовой кожи.
При исследовании, например, деформационных свойств кожи подкладочной для обуви получены следующие результаты и спектр времен релаксации в логарифмических координатах:
Т1 = 0,073; Т2 = 5,769; К1 = 0,894; К2 = 0,106; Е1 = 13,132; Е2 = 110,516; Е3 = 11,737; η1 = 0,952; η2 = 637,545; η3 = 871,131; П = 28,786; У = 71,214; МУ = 63,651; ВЭ=7,563; X = 8,416
Размерности: Т-(с), Е - (МПа), η(МПа.с),
П, У, МУ, ВЭ - (%)
Любое отклонение от нормированного технологического процесса приводит к изменению указанных показателей, таким образом они могут быть использованы для контроля качества отдельных операций и готовой кожи.
Claims (3)
1. Устройство для определения релаксационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов, состоящее из зажимных колец для фиксации исследуемого материала, штока - индентора с устройствами для нагружения и измерения перемещений индентора, отличающееся тем, что верхнее зажимное кольцо неподвижно, а индентор снабжен рычажным механизмом нагружения через подвижную втулку с собачкой, зуб которой входит в вырез индентора, собачка шарнирно связана с одной стороны с втулкой, а с другой стороны - с тягой, с помощью которой собачка поворачивается и мгновенно освобождает индентор, а устройство измерения перемещения индентора связано с электронным блоком, преобразующим линейное перемещение в цифровые сигналы, передаваемые на компьютер.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижнее зажимное кольцо имеет насадку с двумя радиально расположенными выступами, на которые опирается образец для деформации узкой полоски исследуемого материала по выбранному направлению.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижнее зажимное кольцо закрыто плоской опорной пластиной, а конец индентора имеет соосную с ним круглую насадку с плоской нажимной поверхностью.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001132908/28A RU2210753C1 (ru) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Устройство для определения релаксационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001132908/28A RU2210753C1 (ru) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Устройство для определения релаксационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2210753C1 true RU2210753C1 (ru) | 2003-08-20 |
| RU2001132908A RU2001132908A (ru) | 2004-03-20 |
Family
ID=29246091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001132908/28A RU2210753C1 (ru) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Устройство для определения релаксационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2210753C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114674676A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-06-28 | 哈尔滨工业大学 | 二维行程扩展自密封辐照松弛全自动检测装置及方法 |
| DE102021104874A1 (de) | 2021-03-01 | 2022-09-01 | Lts Lohmann Therapie-Systeme Ag. | Verfahren und Einrichtung zur Prüfung der Haftung eines Körpers auf einem Substrat |
| RU2800398C1 (ru) * | 2023-01-25 | 2023-07-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Устройство для определения прочности геотекстильных материалов при динамическом продавливании |
-
2001
- 2001-12-06 RU RU2001132908/28A patent/RU2210753C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102021104874A1 (de) | 2021-03-01 | 2022-09-01 | Lts Lohmann Therapie-Systeme Ag. | Verfahren und Einrichtung zur Prüfung der Haftung eines Körpers auf einem Substrat |
| WO2022184572A1 (de) | 2021-03-01 | 2022-09-09 | Lts Lohmann Therapie-Systeme Ag | Verfahren und einrichtung zur prüfung der haftung eines körpers auf einem substrat |
| DE102021104874B4 (de) | 2021-03-01 | 2022-10-20 | Lts Lohmann Therapie-Systeme Ag. | Verfahren und Einrichtung zur Prüfung der Haftung eines Körpers auf einem Substrat |
| CN114674676A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-06-28 | 哈尔滨工业大学 | 二维行程扩展自密封辐照松弛全自动检测装置及方法 |
| RU2800398C1 (ru) * | 2023-01-25 | 2023-07-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Устройство для определения прочности геотекстильных материалов при динамическом продавливании |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2001132908A (ru) | 2004-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5616857A (en) | Penetration hardness tester | |
| US5433215A (en) | Arthroscopic indenter | |
| CZ2015420A3 (cs) | Indentační hlavice, instrumentovaný měřící systém a způsob stanovení mechanických vlastností materiálů indentační metodou | |
| KR20030009665A (ko) | 유한요소해에 기초한 물성평가 구형 압입시험기 | |
| US3488992A (en) | Curometer | |
| Swann et al. | Improved techniques for measuring the indentation and thickness of articular cartilage | |
| US2423867A (en) | Method and apparatus for stress-strain testing | |
| CN108375438B (zh) | 一种xrd残余应力测量参数标定装置和方法 | |
| US3681980A (en) | Oscillating disk rheometer | |
| RU2451281C1 (ru) | Способ определения механических характеристик стержней из полимерных композиционных материалов и устройство для его реализации (варианты) | |
| RU2210753C1 (ru) | Устройство для определения релаксационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов | |
| VOISEY et al. | Laboratory measurements of eggshell strength: 1. An instrument for measuring shell strength by quasi-static compression, puncture, and non-destructive deformation | |
| RU2354953C2 (ru) | Устройство для определения деформационных свойств кожи и подобных ей гибких материалов | |
| CN106885692B (zh) | 臂力棒耐劳测试仪 | |
| EP3387428B1 (en) | Device and method for determining rheological properties of concrete | |
| GB2389665A (en) | Simulating stretch and recovery characteristics of fabrics | |
| RU2143106C1 (ru) | Способ определения механических характеристик материалов | |
| SU748190A1 (ru) | Конический пластометр | |
| RU104315U1 (ru) | Устройство для испытания деформационных свойств текстильных полотен при многоосных нагрузках | |
| CN109580397A (zh) | 一种测定疲劳裂纹扩展速率的方法及装置 | |
| RU185825U1 (ru) | Устройство для измерения износа образцов на машине трения | |
| RU2406993C1 (ru) | Способ определения механических свойств металлических образцов | |
| RU2077718C1 (ru) | Устройство для исследования деформационных свойств плоских волокно-содержащих материалов | |
| Voisey et al. | Elastic properties of eggshells | |
| JPH02502669A (ja) | 複合材料の非破壊測定 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031207 |