RU2680976C2 - Method for determining hysteresis losses with a torque system with increased temperatures - Google Patents
Method for determining hysteresis losses with a torque system with increased temperatures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680976C2 RU2680976C2 RU2018114638A RU2018114638A RU2680976C2 RU 2680976 C2 RU2680976 C2 RU 2680976C2 RU 2018114638 A RU2018114638 A RU 2018114638A RU 2018114638 A RU2018114638 A RU 2018114638A RU 2680976 C2 RU2680976 C2 RU 2680976C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thread
- suspension
- temperature
- torsion
- quality factor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
- G01N19/02—Measuring coefficient of friction between materials
Abstract
Description
Изобретение относится к технике определения физико-механических свойств материалов и, в частности, коэффициента гистерезисных потерь материала при крутильных колебаниях.The invention relates to techniques for determining the physicomechanical properties of materials and, in particular, the coefficient of hysteresis loss of a material under torsional vibrations.
Известен способ измерения добротности струнных датчиков Q (а.с. №416571. Способ определения добротности струнных датчиков. // Приоритет изобретения 03.04.72). Коэффициент гистерезисных потерь С связан с добротностью соотношением C=π/Q. Способ обладает рядом несомненных достоинств, обеспечивает низкую погрешность измерений, но пригоден только для измерения гистерезисных потерь в вакууме на тонких нитях в диапазоне частот от 500 Гц до 20 кГц.A known method of measuring the quality factor of string sensors Q (AS No. 416571. A method of determining the quality factor of string sensors. // Priority of invention 03.04.72). The hysteresis loss coefficient C is related to the quality factor by the ratio C = π / Q. The method has a number of undoubted advantages, provides a low measurement error, but is suitable only for measuring hysteresis losses in vacuum on thin threads in the frequency range from 500 Hz to 20 kHz.
Более близким по своей сущности к заявляемому способу является способ определения гистерезисных потерь маятниковым трибометром (патент №2559120. Способ определения гистерезисных потерь маятниковым трибометром. // Приоритет изобретения 14.05.2014). Достоинство способа заключается в возможности проведения оперативных измерений в воздухе на различных материалах, изготовленных в виде плоских образцов. Измерения проводятся только на малых амплитудах при наклонах пятен контакта. Потери за счет вязкого трения о воздух сводятся к минимуму.Closer in essence to the claimed method is a method for determining hysteresis losses by a pendulum tribometer (patent No. 2559120. A method for determining hysteresis losses by a pendulum tribometer. // Priority of invention 14.05.2014). The advantage of the method lies in the possibility of conducting operational measurements in air on various materials made in the form of flat samples. Measurements are carried out only at small amplitudes with the slopes of the contact spots. Losses due to viscous friction against air are minimized.
Его недостаток состоит в том, что шаровые опоры маятника могут контактировать только с плоскими образцами. При этом предполагается, что гистерезисные потери в опорах качения маятника существенно меньше, чем в испытуемых образцах.Its disadvantage is that the ball bearings of the pendulum can only contact flat samples. It is assumed that the hysteresis losses in the rolling bearings of the pendulum are significantly smaller than in the tested samples.
Наиболее близким по своей сущности к заявляемому способу является способ определения гистерезисных потерь крутильной системой (патент РФ №2614647. Способ определения гистерезисных потерь крутильной системой. // Приоритет изобретения 23.11.2015). Главное достоинство способа заключается в возможности проведения оперативных измерений в воздухе на нитях из различных материалов. Измерения проводятся только на малых амплитудах. Потери за счет вязкого трения о воздух сводятся к минимуму.The closest in essence to the claimed method is a method for determining hysteresis losses by a torsion system (RF patent No. 2614647. A method for determining hysteresis losses by a torsion system. // Priority of the invention November 23, 2015). The main advantage of the method lies in the possibility of carrying out operational measurements in air on threads of various materials. Measurements are carried out only at small amplitudes. Losses due to viscous friction against air are minimized.
Его недостаток состоит в том, что измерения можно проводить только при комнатной температуре. Измерения при более высоких температурах не предусматриваются.Its disadvantage is that measurements can only be carried out at room temperature. Measurements at higher temperatures are not foreseen.
Задачей изобретения является проведение аналогичных измерений в воздухе в диапазоне температур от комнатной до 360°С на образцах, выполненных в виде длинных нитей. По-прежнему надо учитывать потери за счет вязкого трения о воздух подвешенного к нижнему концу нити крутильной системы рабочего тела. Поэтому приходится использовать нити большого диаметра. На них можно подвесить шаровые тела большой массы, при которых сохраняется примерно пятикратный запас прочности.The objective of the invention is to carry out similar measurements in air in the temperature range from room temperature to 360 ° C on samples made in the form of long threads. Still, it is necessary to take into account losses due to viscous friction against the air of the working fluid torsion system suspended from the lower end of the thread. Therefore, it is necessary to use large diameter threads. It is possible to suspend large-mass spherical bodies on them, at which approximately a five-fold safety factor is preserved.
Поставленная цель достигается тем, что измерения проводят в диапазоне амплитуд от 2 до 30 мрад, когда при закручивании нити строго соблюдается закон Гука, а произведение максимального угла отклонения нити на ее диаметр, деленное на ее длину, не превышает безразмерную величину 30 ppm, т.е. 3⋅10-5.This goal is achieved in that the measurements are carried out in the range of amplitudes from 2 to 30 mrad, when Hook's law is strictly observed when twisting the thread, and the product of the maximum angle of deviation of the thread by its diameter divided by its length does not exceed a dimensionless quantity of 30 ppm, t. e. 3⋅10 -5 .
Способ поясняется чертежом (фиг.), где 1 - указатель угла поворота, 2 - ручка поворота, 3 - подшипник, 4 - верхняя крышка, 5 - верхний зажим нити, 6 - стойка, 7 - нить подвеса, 8 - кварцевая трубка, 9 - спираль из нихрома, 10 - измеритель тока, 11 - измеритель напряжения, 12 - ЛАТР, 13 - головка термопары, 14 - индикатор термопары, 15 - нижний зажим нити, 16 - зеркало системы индикации, 17 - подвес груза, 18 - защитный экран, 19 - шаровой груз, 20 - установочный винт, 21 - основание крутильной системы, 22 - лазерный диод, 23 - платформа с микровинтом для настройки положения фотоприемников, 24 - блок двух фотоприемников, 25 - компаратор, 26 - компьютер, 27 - кварцевый генератор, 28 - программа управления, 29 - носитель информации.The method is illustrated in the drawing (Fig.), Where 1 is the rotation angle indicator, 2 is the rotation handle, 3 is the bearing, 4 is the top cover, 5 is the upper thread clamp, 6 is the stand, 7 is the suspension thread, 8 is a quartz tube, 9 - a nichrome spiral, 10 - current meter, 11 - voltage meter, 12 - LATR, 13 - thermocouple head, 14 - thermocouple indicator, 15 - thread lower clamp, 16 - display system mirror, 17 - load suspension, 18 - protective screen , 19 - ball weight, 20 - set screw, 21 - base of the torsion system, 22 - laser diode, 23 - platform with a microscrew for adjusting the position of photodetectors 24 - a block of two photodetectors, 25 - a comparator, 26 - a computer, 27 - a crystal oscillator, 28 - a control program, 29 - a storage medium.
Указатель 1 с ручкой поворота 2 позволяет контролировать угол поворота системы в подшипнике 3, укрепленном на верхней крышке 4. Верхний зажим 5 нити 7 связан с ручкой 2. На стойках 6 крепится верхняя крышка 4. Нить 7 проходит внутри прозрачной кварцевой трубки 8, на поверхность которой намотана спираль 9 из нихрома диаметром 0.4 мм. На спираль 9 через амперметр 10 от источника тока 12 подается регулируемое по амплитуде напряжение сети. Напряжение источника тока 12 контролируется вольтметром И. Температура внутри трубки 8 измеряется термопарой 13 с блоком индикации 14. Термопара 13 вводится внутрь трубки 8 через небольшое отверстие, что позволяет уменьшить погрешность при измерении температуры нити 7. К нижнему концу нити 7 зажимом 15 крепится зеркало индикации 16 и подвес груза 17. К подвесу груза 17 крепится размещенный внутри защитного экрана 18 груз 19. Установочные винты 20 основания 21 позволяют найти удобное для измерений положение крутильной системы. Луч лазерного диода 22 направляет на зеркало 16 луч света. После отражения от зеркала 16 луч попадает на блок фотоприемников 24. Они расположены на платформе 23 содержащей микровинт для настройки их положения. С фотоприемников 24 сигналы с пологими фронтами подаются на компаратор 25. Его импульсы поступают на входной порт компьютера 26. В компьютер 26 с программой 27 от внешнего генератора 28 вводится частота 5000 Гц. Результаты измерений фиксируются на носителе информации 29.The pointer 1 with the rotation handle 2 allows you to control the rotation angle of the system in the bearing 3 mounted on the top cover 4. The
Для надежного измерения температуры термопару лучше всего разместить внутри трубки. Для этого в ней было просверлено небольшое круглое отверстие диаметром 2.5 мм. После успешного завершения операции термопара была введена в середину кварцевой трубки. При фиксированных значениях тока или напряжения была измерена температура. Оказалось, что при напряжении 250 В температура внутри трубки поднимается до 360°С. Этого вполне достаточно для проведения качественных измерений даже на тугоплавких материалах, поскольку не следует поднимать температуру выше 0.25 от точки плавления материала. В противном случае может произойти рекристаллизация материала, что осложнит проведение измерений.For reliable temperature measurement, a thermocouple is best placed inside the tube. To do this, a small round hole with a diameter of 2.5 mm was drilled in it. After the operation was successfully completed, a thermocouple was inserted into the middle of the quartz tube. At fixed current or voltage values, the temperature was measured. It turned out that at a voltage of 250 V, the temperature inside the tube rises to 360 ° C. This is quite sufficient for conducting qualitative measurements even on refractory materials, since the temperature should not be raised above 0.25 from the melting point of the material. Otherwise, recrystallization of the material may occur, which will complicate the measurement.
Способ проверялся на длинных нитях из нихрома, вольфрама, молибдена, нержавеющей стали 1Х18Н9Т и меди. Поскольку измерения проводятся в воздухе, используются толстые нити, к которым подвешиваются грузы большой массы. При этом потери за счет вязкого трения о воздух сводятся к минимуму. Использовались шаровые тела массой от 0.786 кг до 8.0 кг. По массе тела М и его диаметру D определяют момент инерции J вокруг оси вращения. При шаровой форме тела J=MD2/10. Держат нить под нагрузкой. После значительного снижения скорости дрейфа положения равновесия задают начальную амплитуду колебаний. После затухания маятниковых качаний по амплитудам крутильных колебаний определяют период колебаний Т и добротность системы Q1=πn/ln(ϕ0/ϕn), где ϕ0 - начальная амплитуда колебаний, ϕn - амплитуда после n полных колебаний. При определении величины ϕn следует проконтролировать положение блока фотоприемников 24. В случае смещения положения равновесия крутильной системы вследствие дрейфа нити необходимо скорректировать микровинтом положение платформы 23. Отношение произведения ϕ0 на диаметр нити к ее длине не должно превышать 3⋅10-5.The method was tested on long threads of nichrome, tungsten, molybdenum, stainless steel 1X18H9T and copper. Since measurements are carried out in air, thick threads are used, to which loads of large mass are suspended. In this case, losses due to viscous friction against air are minimized. Ball bodies weighing from 0.786 kg to 8.0 kg were used. The mass of the body M and its diameter D determine the moment of inertia J around the axis of rotation. When the ball body form J = MD 2/10. Keep the thread under load. After a significant decrease in the drift velocity, the equilibrium positions specify the initial amplitude of the oscillations. After the damping of the pendulum swings, the oscillation period T and the quality factor of the system Q 1 = πn / ln (ϕ 0 / ϕ n ) are determined from the amplitudes of torsional vibrations, where ϕ 0 is the initial amplitude of oscillations, ϕ n is the amplitude after n complete oscillations. When determining the value φ n should monitor the
Определяют крутильную жесткость нити k=4π2J/T2, модуль сдвига материала нити G=32kL/πd4, где L - длина нити, d - диаметр нити. С учетом коэффициента динамической вязкости воздуха μ=18.37⋅10-6 Па⋅с вычисляют добротность крутильной системы Q0=kT/(4πqμD3), g=1+ln(100/Т), ограниченную вязким трением подвешенного к нити тела диаметром D о воздух. При равномерном вращении шара или большом периоде колебаний q=1. Формула получена и проверена на базе экспериментов с крутильными системами. Находят добротность Q2=Q1Q0/(Q0-Q1), связанную с гистерезисными потерями в нити подвеса, и коэффициент гистерезисных потерь C=π/Q2. Погрешность определения Q0 не оказывает существенного влияния на величину Q2, поскольку Q0>Q1. С ростом периода колебаний Т погрешность определения Q0 уменьшается. Следует работать на длинных нитях при большом моменте инерции J подвешенного шара и периоде колебаний Т. В таблице приведены измерения на нихромовой нити. Малые гистерезисные потери в нити из нихрома затрудняют измерения, поскольку отношение Q0/Q2<1 при температурах до 200°С. При более высоких температурах погрешность измерения добротностей Q1 и Q2 уменьшается, что способствует более точному измерению коэффициента гистерезисных потерь С. При закручивании нити с ростом температуры повышается пластичность материала, увеличивается количество разрывов атомных связей вдоль линий дислокаций, которые ведут к необратимым потерям запасенной упругой энергии. При повышении температуры до 360°С период колебаний крутильной системы вырос на 0.593 с, то есть в 1.055 раза. При этом снизились крутильная жесткость нити, модуль сдвига материала, модуль Юнга, добротность системы Q1. Коэффициент гистерезисных потерь со значения 1.028⋅10-4 возрос до 29.528⋅10-4.Determine the torsional rigidity of the thread k = 4π 2 J / T 2 , the shear modulus of the material of the thread G = 32kL / πd 4 , where L is the length of the thread, d is the diameter of the thread. Taking into account the coefficient of dynamic viscosity of air μ = 18.37⋅10 -6 Pa⋅s, the Q factor of the torsion system Q 0 = kT / (4πqμD 3 ), g = 1 + ln (100 / Т), limited by the viscous friction of a body of diameter D suspended from a thread, is calculated about the air. With a uniform rotation of the ball or a large period of oscillations q = 1. The formula is obtained and verified on the basis of experiments with torsion systems. Find the quality factor Q 2 = Q 1 Q 0 / (Q 0 -Q 1 ) associated with the hysteresis losses in the suspension thread and the hysteresis loss coefficient C = π / Q 2 . The error in determining Q 0 does not significantly affect the value of Q 2 , since Q 0 > Q 1 . With an increase in the oscillation period T, the error in determining Q 0 decreases. You should work on long threads with a large moment of inertia J of the suspended ball and the oscillation period T. The table shows the measurements on the nichrome thread. Small hysteresis losses in nichrome filament make measurement difficult, since the ratio Q 0 / Q 2 <1 at temperatures up to 200 ° C. At higher temperatures, the measurement error of the Q factors Q 1 and Q 2 decreases, which contributes to a more accurate measurement of the hysteresis loss coefficient C. When the filament twists with increasing temperature, the material ductility increases, the number of atomic bond breaks along dislocation lines increases, which lead to irreversible losses of the stored elastic energy. With increasing temperature to 360 ° C, the period of oscillation of the torsion system increased by 0.593 s, i.e., 1.055 times. At the same time, the torsional stiffness of the thread, the shear modulus of the material, Young's modulus, and the quality factor of the Q 1 system decreased. The hysteresis loss coefficient from 1.028 значения10 -4 increased to 29.528⋅10 -4 .
На нитях из вольфрама коэффициент гистерезисных потерь С со значения 2.196⋅10-3 возрос до 78.16⋅10-3.On tungsten filaments, the hysteresis loss coefficient С from the value of 2.196⋅10 -3 increased to 78.16⋅10 -3 .
На нитях из молибдена коэффициент гистерезисных потерь С со значения 3.812⋅10-3 возрос до 122.5⋅10-3.On molybdenum filaments, the hysteresis loss coefficient С from the value of 3.812310 -3 increased to 122.5⋅10 -3 .
Измерения на нитях из меди привели к аналогичным результатам, но имели более низкую погрешность измерений. Максимальная температура составила только 108°С. При этом коэффициент гистерезисных потерь со значения 8.588⋅10-3 возрос до 111.8⋅10-3.Measurements on copper filaments led to similar results, but had a lower measurement error. The maximum temperature was only 108 ° C. In this case the hysteresis loss factor with the value increased to 8.588⋅10 -3 111.8⋅10 -3.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018114638A RU2680976C2 (en) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | Method for determining hysteresis losses with a torque system with increased temperatures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018114638A RU2680976C2 (en) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | Method for determining hysteresis losses with a torque system with increased temperatures |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018114638A RU2018114638A (en) | 2018-09-10 |
RU2018114638A3 RU2018114638A3 (en) | 2018-12-11 |
RU2680976C2 true RU2680976C2 (en) | 2019-03-01 |
Family
ID=63478902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018114638A RU2680976C2 (en) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | Method for determining hysteresis losses with a torque system with increased temperatures |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2680976C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU832429A1 (en) * | 1979-07-12 | 1981-05-23 | Всесоюзный Заочный Политехническийинститут | Device for measuring internal friction of materials using free oscillations |
SU917070A1 (en) * | 1980-04-25 | 1982-03-30 | Предприятие П/Я В-8584 | Method of material hysteresis loss coefficient determination in rolling |
SU1462165A1 (en) * | 1987-03-27 | 1989-02-28 | Рижский политехнический институт им.А.Я.Пельше | Method of determining force of dry friction and coefficient of viscous friction in vibrating systems with parallel connection of elements |
UA72117A (en) * | 2003-12-10 | 2005-01-17 | Joint Stock Company Scient And | Method for determining the friction coefficient |
GB2482595A (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-08 | Micro Materials Ltd | Apparatus and method for determining damping coefficient |
RU2614647C1 (en) * | 2015-11-23 | 2017-03-28 | Олег Всеволодович Карагиоз | Method for determining hysteresis losses by spinning system |
-
2018
- 2018-04-20 RU RU2018114638A patent/RU2680976C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU832429A1 (en) * | 1979-07-12 | 1981-05-23 | Всесоюзный Заочный Политехническийинститут | Device for measuring internal friction of materials using free oscillations |
SU917070A1 (en) * | 1980-04-25 | 1982-03-30 | Предприятие П/Я В-8584 | Method of material hysteresis loss coefficient determination in rolling |
SU1462165A1 (en) * | 1987-03-27 | 1989-02-28 | Рижский политехнический институт им.А.Я.Пельше | Method of determining force of dry friction and coefficient of viscous friction in vibrating systems with parallel connection of elements |
UA72117A (en) * | 2003-12-10 | 2005-01-17 | Joint Stock Company Scient And | Method for determining the friction coefficient |
GB2482595A (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-08 | Micro Materials Ltd | Apparatus and method for determining damping coefficient |
RU2614647C1 (en) * | 2015-11-23 | 2017-03-28 | Олег Всеволодович Карагиоз | Method for determining hysteresis losses by spinning system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018114638A (en) | 2018-09-10 |
RU2018114638A3 (en) | 2018-12-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3382706A (en) | Oscillatory element for measuring viscosity | |
NO316702B1 (en) | viscometer | |
RU2680976C2 (en) | Method for determining hysteresis losses with a torque system with increased temperatures | |
RU2614647C1 (en) | Method for determining hysteresis losses by spinning system | |
RU101192U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING KINEMATIC MELT VISCOSITY | |
Gilchrist | An absolute determination of the viscosity of air | |
US2225566A (en) | Gravity meter | |
Warburton | Determination of the elastic properties of horn keratin | |
US1257662A (en) | Gravitometer. | |
Meredith | 3—THE DETERMINATION OF TENSILE PROPERTIES AND TORSIONAL RIGIDITY OF FIBRES | |
Stott et al. | Viscosity measurements with glass | |
Horton | XI. On the modulus of torsional rigidity of quartz fibres and its temperature coefficient | |
RU163708U1 (en) | DEVICE FOR CORRECTION OF PHOTO RECEIVER POSITION IN A VISCOSIMETER | |
US3390573A (en) | Micro creep-testing | |
US1684229A (en) | Measuring instrument | |
Hong et al. | Viscosity measurement with double‐wire torsion pendulum | |
RU2559120C1 (en) | Method to determine hysteresis losses with pendulum tribometer | |
SU1753348A1 (en) | Method of creepage test of material samples | |
Rides et al. | High rate extensional rheometry of polymer melts. | |
SU201681A1 (en) | DEVICE FOR STATIC DETERMINATION OF THE VERTICAL GRADIENT OF FORCE OF GRAVITY | |
Johnson | A high-sensitivity torsion creep unit | |
Nizametdinov et al. | Method of Measuring the Basic Parameters of an Oscillatory System by Means of Eigen Frequency Excitation | |
TWI648530B (en) | Rheometer | |
Kvetan et al. | Non-destructive Investigation of Flexural Properties of Circular Metal and Plastic Hoops–by Means of Double Flywheels Method | |
RU2157557C1 (en) | Method and device to adjust cycle of oscillations of torsion pendulum |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200421 |