RU2710919C1 - Method of assessing the linearity region of mechanical properties during deformation of material samples - Google Patents

Method of assessing the linearity region of mechanical properties during deformation of material samples Download PDF

Info

Publication number
RU2710919C1
RU2710919C1 RU2019102538A RU2019102538A RU2710919C1 RU 2710919 C1 RU2710919 C1 RU 2710919C1 RU 2019102538 A RU2019102538 A RU 2019102538A RU 2019102538 A RU2019102538 A RU 2019102538A RU 2710919 C1 RU2710919 C1 RU 2710919C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
samples
sample
traverse
ratio
load
Prior art date
Application number
RU2019102538A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Глебович Сазонов
Original Assignee
Василий Глебович Сазонов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Василий Глебович Сазонов filed Critical Василий Глебович Сазонов
Priority to RU2019102538A priority Critical patent/RU2710919C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2710919C1 publication Critical patent/RU2710919C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/14—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by dead weight, e.g. pendulum; generated by springs tension

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: test technology.SUBSTANCE: use: to estimate the linearity region of mechanical properties during deformation of samples of materials. Summary of invention consists in the fact that simultaneously, two research objects are loaded in tension, wherein these investigation objects have different length of working part of samples, wherein samples have the same cross-section area, wherein one ends of said samples with the help of flexible inextensible elements are fixed to the fixed base, and other ends of the samples with the help of flexible non-stretchable elements are fixed to the movable traverse, wherein in operating condition at low load, the samples are placed parallel to each other and parallel to direction of action of tensile load, wherein ratio of lengths of working part of samples is inversely proportional to ratio of forces, stretching samples, wherein at loading in the region of linearity of the sample attachment area to the traverse are translationally shifted during loading, wherein external load application point to cross beam to which specimen attachment elements are attached divides said crossbar so that the ratio of arms of forces measured from external load application point to said crossbar to attachment point of flexible inextensible fasteners of corresponding specimens to said crossbar is equal to working part lengths of samples, in particular, the second sample can have double the length of the working portion of the sample than the first sample, wherein the first sample has a force arm which is half as large as the second sample, wherein the second object of study also consists of one sample, as the first object of investigation.EFFECT: possibility of maintaining proportionality of loads acting on two different samples for each moment of time, with lower consumption of analyzed material.1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к испытательной технике, к методам определения механических свойств материалов. Изобретение может использоваться при испытании образцов из вязко-упругих материалов, других полимерных материалов, а также при испытаниях тонкой проволоки или образцов в виде тонкостенных колец.The invention relates to testing equipment, to methods for determining the mechanical properties of materials. The invention can be used in testing samples of visco-elastic materials, other polymeric materials, as well as in testing thin wires or samples in the form of thin-walled rings.

Чтобы охарактеризовать рассматриваемую проблему, приведем некоторые данные, указанные в книге «Механика полимеров» (см. раздел «Линейная теория вязкоупругости», стр. 117 в книге: Огибалов П.М., Ломакин В.А., Кишкин Б.П. Механика полимеров. Изд-во Московского университета. 1975, 528 с.), а также комментарии к этим данным.To characterize the problem under consideration, we present some data indicated in the book “Mechanics of Polymers” (see the section “Linear Theory of Viscoelasticity”, page 117 in the book: Ogibalov P.M., Lomakin V.A., Kishkin B.P. Mechanics Polymers, Moscow University Press, 1975, 528 pp.), as well as comments on these data.

Характерными особенностями жестких полимеров являются малая деформируемость и сильное влияние времени деформирования на их поведение. Эти особенности являются определяющими при математической формулировке задачи о расчете на прочность и деформируемость изделий из жестких полимеров. //Этот вопрос является актуальным не только для жестких полимеров, но и для полимеров другой жесткости.//Characteristic features of rigid polymers are low deformability and a strong influence of deformation time on their behavior. These features are decisive in the mathematical formulation of the problem of calculating the strength and deformability of products made of hard polymers. // This question is relevant not only for hard polymers, but also for polymers of different stiffness.//

Пусть εij - тензор малых деформаций, отнесенный к декартовой ортогональной системе координат Xi, σij - соответствующий тензор напряжений. Тогда соотношенияLet ε ij be the tensor of small strains referred to the Cartesian orthogonal coordinate system X i , σ ij be the corresponding stress tensor. Then the relations

Figure 00000001
to≤τ≤t,
Figure 00000001
t o ≤τ≤t,

где Fij - функционалы по времени от деформаций и температуры Т, замыкают систему уравнений механики сплошной среды и проблема построения теории деформирования тех или иных жестких полимеров сводится к конкретизации функционалов Fij.where F ij are time functionals of deformations and temperature T, close the system of equations of continuum mechanics and the problem of constructing a theory of deformation of certain rigid polymers reduces to concretizing the functionals F ij .

В некоторой области состояний материала, вблизи исходного состояния (т.е. ненапряженного и недеформированного состояния) для жестких полимеров имеет место линейность их механических свойств, т.е. функционалы Fij удовлетворяют условиям:In a certain region of material states, near the initial state (i.e., an unstressed and undeformed state), rigid polymers exhibit linearity of their mechanical properties, i.e. the functionals F ij satisfy the conditions:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

//Строго говоря, в общем случае, для проверки выполнения соотношений (1) и (2) требуется бесконечное число экспериментов.//// Strictly speaking, in the general case, an infinite number of experiments is required to verify the fulfillment of relations (1) and (2) .//

Рассмотрим простой случай - растяжение одноосных образцов, обозначим σ11 - осевое напряжение, ε11 - осевая деформация образца.Let us consider a simple case — tension of uniaxial specimens, denote σ 11 — axial stress, ε 11 — axial strain of the specimen.

Соотношение (2) означает следующее. Пусть есть два одинаковых образца. Если у первого образца деформация меняется во времени по закону ε11(1) (τ), а у второго образца по закону ε11(2) (τ)=a×ε11(1) (τ), то между величинами напряжений в первом образце σ11(1) (τ), и во втором образце σ11(2) (τ) должно выполняться соотношениеRelation (2) means the following. Let there be two identical samples. If the deformation of the first specimen varies with time according to the law ε 11 (1) (τ), and that of the second specimen, according to the law ε 11 (2) (τ) = a × ε 11 (1) (τ), then between the stresses the first sample σ 11 (1) (τ), and in the second sample σ 11 (2) (τ) the relation

Figure 00000004
Figure 00000004

причем это соотношение должно выполняться для каждого момента времени. //Таким образом, в данном случае, способ оценки пределов линейности может заключаться в следующем. Берется два идентичных образца, один образец деформируется по закону ε11(1) (τ), а второй образец по законуmoreover, this ratio should be satisfied for each moment in time. // Thus, in this case, the way to assess the limits of linearity can be as follows. Two identical samples are taken, one sample is deformed according to the law ε 11 (1) (τ), and the second sample according to the law

ε11(2) (τ)=а×ε11(1) (τ),ε 11 (2) (τ) = a × ε 11 (1) (τ),

в процессе деформации замеряют приложенное усилие и вычисляют напряжения в этих образцах (проводится непрерывная запись величины усилия или для дискретных моментов времени) и проводится проверка выполнения условия (3). Если при малых деформациях соотношение (3) выполнялось достаточно точно, а при увеличении деформации с какого-то момента различия между правой и левой частями соотношения (3) начинают заметно возрастать, то можно считать, что мы превысили предел линейности. За оценку предела линейности (по деформациям) можно принять то значение деформации, при котором разностьin the process of deformation, the applied force is measured and the stresses in these samples are calculated (continuous recording of the magnitude of the force or for discrete time instants) and verification of the fulfillment of condition (3) is carried out. If, with small deformations, relation (3) was fulfilled quite accurately, and with an increase in deformation, at some point, the differences between the right and left sides of relation (3) begin to increase noticeably, then we can assume that we exceeded the linearity limit. For the assessment of the linearity limit (for deformations), one can take the value of deformation at which the difference

|σ11(2) (τ)-а×σ11(1) (τ)|| σ 11 (2) (τ) -a × σ 11 (1) (τ) |

станет заметной, например, превысит 5% или 10% от |σ11(2) (τ)|.will become noticeable, for example, exceed 5% or 10% of | σ 11 (2) (τ) |.

Соотношение (1) (при его использовании совместно с соотношением (2)) означает следующее. Пусть есть три одинаковых образца. Если у первого образца деформация меняется во времени по закону ε11(1) (τ), у второго образца по закону ε11(2) (τ), а у третьего образца по законуRelation (1) (when used in conjunction with relation (2)) means the following. Let there be three identical patterns. If the deformation of the first sample changes in time according to the law ε 11 (1) (τ), the second sample according to the law ε 11 (2) (τ), and the third sample according to the law

ε11(3) (τ)=a×ε11(1) (τ)+b×ε11(2) (τ),ε 11 (3) (τ) = a × ε 11 (1) (τ) + b × ε 11 (2) (τ),

то между величинами напряжений в первом образце σ11(1) (τ), во втором образце σ11(2) (τ) и в третьем образце σ11(3) (τ) должно выполняться соотношениеthen between the stresses in the first sample σ 11 (1) (τ), in the second sample σ 11 (2) (τ) and in the third sample σ 11 (3) (τ), the relation

Figure 00000005
Figure 00000005

причем это соотношение должно выполняться для каждого момента времени.moreover, this ratio should be satisfied for each moment in time.

Таким образом, в данном случае, способ оценки пределов линейности может заключаться в следующем. Берется три идентичных образца, один образец деформируется по закону ε11(1) (τ), второй образец - по закону ε11(2) (τ), а третий образец - по законуThus, in this case, a method for estimating the limits of linearity can be as follows. Three identical samples are taken, one sample is deformed according to the law ε 11 (1) (τ), the second sample according to the law ε 11 (2) (τ), and the third sample according to the law

ε11(3) (τ)=a×ε11(1) (τ)+b×ε11(2) (τ),ε 11 (3) (τ) = a × ε 11 (1) (τ) + b × ε 11 (2) (τ),

в процессе деформации замеряются усилия и вычисляют напряжения в этих трех образцах (проводится непрерывная запись величин усилия или для дискретных моментов времени) и проводится проверка выполнения условия (4). Если при малых деформациях соотношение (4) выполнялось достаточно точно, а при увеличении деформации с какого-то момента различия между правой и левой частями соотношения (4) начинают заметно возрастать, то можно считать, что мы превысили предел линейности. За оценку предела линейности (по деформациям) можно принять то значение деформации, при котором разностьin the process of deformation, the forces are measured and the stresses in these three samples are calculated (continuous recording of the values of the force or for discrete time instants) and verification of the fulfillment of condition (4) is carried out. If, with small deformations, relation (4) was fulfilled quite accurately, and with an increase in deformation, at some point, the differences between the right and left parts of relation (4) begin to increase noticeably, then we can assume that we exceeded the linearity limit. For the assessment of the linearity limit (for deformations), one can take the value of deformation at which the difference

|σ11(3) (τ)-[а×σ11(1) (τ)+b×σ11(2) (τ)]|| σ 11 (3) (τ) - [a × σ 11 (1) (τ) + b × σ 11 (2) (τ)] |

станет заметной, например, превысит 5% или 10% от |σ11(3) (τ)|.will become noticeable, for example, exceed 5% or 10% of | σ 11 (3) (τ) |.

Известен способ оценки предела линейности механических свойств (см. стр. 366, строки 15-20 (пункт 2) в статье: Огибалов П.М., Тюнеева И.М. Область линейности механических свойств армированных пластиков. Стр. 366-370 в журнале: Механика полимеров, 1969, №2), заключающийся в следующем. «Если с двумя одинаковыми телами за время t проведены два опыта деформации двумя различными системами сил, то в третьем опыте с таким же телом за такое же время t при условии, что действует система сил, равных сумме соответствующих сил первого и второго опытов, перемещения в каждый момент времени будут равны сумме соответствующих перемещений в первых двух опытах.»A known method for assessing the linearity limit of mechanical properties (see page 366, lines 15-20 (paragraph 2) in the article: Ogibalov P.M., Tyuneeva I.M. Linearity of the mechanical properties of reinforced plastics. Pages 366-370 in the journal : Mechanics of Polymers, 1969, No. 2), which is as follows. “If two experiences of deformation with two different systems of forces were carried out with two identical bodies in time t, then in the third experiment with the same body in the same time t, provided that there is a system of forces equal to the sum of the corresponding forces of the first and second experiments, displacement in each moment in time will be equal to the sum of the corresponding displacements in the first two experiments. ”

Совпадающими признаками этого известного способа и заявляемого способа являются следующие. Нагружают более, чем один объект испытания, причем различными системами сил и сравнивают перемещения в каждый момент времени.The matching features of this known method and the proposed method are as follows. They load more than one test object with various systems of forces and compare displacements at each moment of time.

Недостатки этого известного способа заключаются в следующем. На практике сложно реализовать синхронно во времени нагружение (время отсчитывается от начала процесса), при котором действует система сил, равных сумме соответствующих сил первого и второго опытов (для каждого момента времени).The disadvantages of this known method are as follows. In practice, it is difficult to realize loading synchronously in time (time is counted from the beginning of the process), at which a system of forces is acting equal to the sum of the corresponding forces of the first and second experiments (for each moment of time).

Известен способ оценки области линейности механических свойств (см. стр. 366, строки 13-15 (пункт 1)) в статье: Огибалов П.М., Тюнеева И.М. Область линейности механических свойств армированных пластиков. Стр. 366-370 в журнале: Механика полимеров, 1969, №2), заключающийся в следующем. В указанной статье в пункте 1) (см. стр. 366, строки 13-15) сказано следующее. «Если в любых двух опытах в одинаковые (от начала процесса) моменты времени силы различаются множителем n, то и перемещения будут различаться тем же множителем n.»A known method for assessing the region of linearity of mechanical properties (see page 366, lines 13-15 (paragraph 1)) in the article: Ogibalov P.M., Tyuneeva I.M. The area of linearity of the mechanical properties of reinforced plastics. Page 366-370 in the journal: Mechanics of Polymers, 1969, No. 2), which is as follows. The indicated article in paragraph 1) (see p. 366, lines 13-15) says the following. “If in any two experiments, at the same (from the beginning of the process) moments of time, the forces differ by the factor n, then the displacements will differ by the same factor n.”

Из сказанного выше следует следующее.From the foregoing, the following follows.

Образец №1 нагружают силой P1(t), при этом напряжение, вызванное этой нагрузкой, будет σ1(t), а соответствующая деформация будет ε1(t) и перемещение U1(t).Sample No. 1 is loaded with a force P 1 (t), while the stress caused by this load will be σ 1 (t), and the corresponding deformation will be ε 1 (t) and displacement U 1 (t).

Образец №2 нагружают силой P2(t)=n×P1(t), при этом напряжение, вызванное этой нагрузкой, будет σ2(t)=n×σ1(t), а соответствующая деформация будет ε2(t)=n*×ε1(t) и перемещение U2(t)=n*×U1(t).Sample No. 2 is loaded with the force P 2 (t) = n × P 1 (t), while the stress caused by this load will be σ 2 (t) = n × σ 1 (t), and the corresponding deformation will be ε 2 (t ) = n * × ε 1 (t) and the displacement U 2 (t) = n * × U 1 (t).

В области линейности механических свойств перемещения будут различаться тем же множителем, т.е. n*=n. //Естественно, что экспериментальные данные могут иметь какой-то разброс. Поэтому следует определять некоторое предельное значение напряжения (или деформации), когда при дальнейшем увеличении напряжения разница между значениями n* и n начинает возрастать. Можно выделить характерные значения напряжения (или деформации), когда эта разница превысит, например, 5% или 10%.In the region of linearity of the mechanical properties, the displacements will differ by the same factor, i.e. n * = n. // Naturally, the experimental data may have some kind of scatter. Therefore, a certain limiting value of stress (or strain) should be determined when, with a further increase in stress, the difference between the values of n * and n begins to increase. We can distinguish characteristic values of stress (or strain) when this difference exceeds, for example, 5% or 10%.

Совпадающими признаками этого известного способа и заявляемого способа являются следующие. Нагружают два объекта испытания; в одинаковые (от начала процесса) моменты времени приложенные к образцам силы различаются множителем n. Сравнивают значения перемещений, - в области линейности перемещения будут различаться тем же множителем n.The matching features of this known method and the proposed method are as follows. Two test objects are loaded; at the same (from the beginning of the process) moments of time, the forces applied to the samples differ by a factor of n. The displacement values are compared, - in the linearity region the displacements will differ by the same factor n.

Недостатки этого известного способа заключаются в следующем. На практике сложно реализовать два режима нагружения, при которых силы различаются множителем n для каждого одинакового (от начала процесса) момента времени.The disadvantages of this known method are as follows. In practice, it is difficult to implement two loading modes, in which the forces differ by a factor of n for each identical (from the beginning of the process) point in time.

Известен «Способ оценки предела линейности механических свойств материалов при деформировании» (см. патент на изобретение №2547280 RU, G01N 3/08, Б.и. №10, 2015 г.), этот способ принят в качестве прототипа. Сущность этого изобретения: испытывают одновременно два объекта испытаний, причем на каждый объект действует нагрузка одной и той же величины. Разные объекты имеют разную длину и площадь сечения. Площадь сечения объекта прямо пропорциональна его длине. Один объект представляет собой образец, площадь сечения которого So, длина Lo, а другой объект представляет собой два рядом расположенных образца, нагружаемых одновременно одинаковыми силами. Каждый из этих двух образцов имеет площадь сечения So, а длину 2×Lo. Два объекта испытаний одноименными концами с помощью гибких, но жестких на растяжение элементов закрепляют на жесткой неподвижной станине (на неподвижном основании), а другими одноименными концами с помощью гибких, но жестких на растяжение элементов крепят к легкой подвижной жесткой траверсе. Расстояние между точками крепления соответствующих гибких элементов к жесткой станине (к неподвижному основанию) и между точками крепления соответствующих гибких элементов к легкой подвижной жесткой траверсе одинаково. Посередине между точками крепления соответствующих гибких элементов к этой подвижной траверсе расположена точка приложения внешней нагрузки. О том, что при нагружении достигнут предел линейности механических свойств материала, судят по величине угла поворота легкой подвижной траверсы, с помощью которой передают нагрузку на объекты испытаний. Технический результат: облегчение процедуры поддержания пропорциональности нагрузок, действующих на два разных образца для каждого момента времени, отсчитываемого от начала процесса.The well-known "Method of assessing the linearity limit of the mechanical properties of materials during deformation" (see patent for invention No. 2547280 RU, G01N 3/08, B.I. No. 10, 2015), this method is adopted as a prototype. The essence of this invention: two test objects are tested simultaneously, and each object is subjected to a load of the same magnitude. Different objects have different lengths and cross-sections. The cross-sectional area of an object is directly proportional to its length. One object is a sample, the cross-sectional area of which is S o , length L o , and the other object is two adjacent samples, loaded simultaneously by the same forces. Each of these two samples has a cross-sectional area S o , and a length of 2 × L o . Two test objects of the same name with the help of flexible, but rigid in tension elements are fixed on a rigid stationary bed (on a fixed base), and other ends of the same name with the help of flexible, but rigid in tension elements are attached to a light movable rigid cross-beam. The distance between the points of attachment of the respective flexible elements to a rigid frame (to a fixed base) and between the points of attachment of the corresponding flexible elements to a light movable rigid traverse is the same. In the middle between the attachment points of the respective flexible elements to this movable cross-arm, there is an external load application point. The fact that during loading the limit of linearity of the mechanical properties of the material has been reached is judged by the angle of rotation of the light movable beam, with which the load is transferred to the test objects. EFFECT: facilitation of the procedure for maintaining the proportionality of the loads acting on two different samples for each point in time counted from the beginning of the process.

Совпадающими признаками этого известного способа и заявляемого способа являются следующие. Нагружают два объекта испытания; в одинаковые (от начала процесса) моменты времени приложенные к образцам силы различаются множителем п. Сравнивают значения перемещений, - в области линейности перемещения будут различаться тем же множителем n. The matching features of this known method and the proposed method are as follows. Two test objects are loaded; at the same (from the beginning of the process) moments of time, the forces applied to the samples differ by a factor of n. Compare the displacements, - in the region of linearity, the displacements will differ by the same factor n.

Недостатки этого известного способа заключаются в следующем. Второй объект испытания представляет собой два длинных, рядом расположенных образца из исследуемого материала. В этом случае требуется большой расход исследуемого материала.The disadvantages of this known method are as follows. The second test object is two long, adjacent samples of the test material. In this case, a large consumption of the studied material is required.

Задача изобретения заключается в том, чтобы уменьшить расход исследуемого материала, при этом обеспечить режим нагружения двух объектов испытаний, при котором нагрузки различаются множителем n для каждого одинакового (от начала процесса нагружения) момента времени.The objective of the invention is to reduce the consumption of the test material, while ensuring the loading mode of two test objects, in which the loads differ by a factor n for each identical (from the beginning of the loading process) point in time.

Задача решается тем, что одновременно испытываются нагрузкой разной величины два объекта испытаний, имеющих одинаковое сечение и разную длину; причем отношение длин объектов испытаний равно отношению плеч сил, действующих на образцы; эти плечи сил отсчитываются от точки приложения внешней силы к подвижной траверсе до линии действия нагрузки на соответствующий образец, проходящей через точку прикрепления к подвижной траверсе узлов крепления соответствующего образца.The problem is solved in that at the same time two test objects having the same cross section and different lengths are tested with a load of different sizes; and the ratio of the lengths of the test objects is equal to the ratio of the shoulders of the forces acting on the samples; these shoulders of forces are counted from the point of application of external force to the movable traverse to the line of action of the load on the corresponding specimen passing through the attachment point to the movable traverse of the attachment points of the corresponding specimen.

Сущность изобретения заключается в том, что одновременно испытываются два объекта испытания, имеющих разную длину рабочей части; но каждый объект испытания представляет собой один образец одинакового сечения у первого и у второго объекта испытаний; при этом точка приложения внешней нагрузки к подвижной траверсе делит отрезок между точками прикрепления к этой подвижной траверсе элементов крепления первого и второго объектов испытания на две неравные части, при этом отношение длин рабочих частей объектов испытаний равно отношению длин этих частей. В частности, отношение длин этих частей может быть равно 2:1, при этом отношение длин рабочих частей образцов исследуемого материала (т.е. объектов испытания) равно тому же отношению 2:1.The essence of the invention lies in the fact that simultaneously tested two test objects having different lengths of the working part; but each test object is one sample of the same cross section for the first and second test object; the point of application of the external load to the movable traverse divides the segment between the attachment points of the fastening elements of the first and second test objects to this movable traverse into two unequal parts, while the ratio of the lengths of the working parts of the test objects is equal to the ratio of the lengths of these parts. In particular, the ratio of the lengths of these parts can be equal to 2: 1, while the ratio of the lengths of the working parts of the samples of the studied material (i.e. test objects) is equal to the same ratio 2: 1.

Технический результат изобретения заключается в том, что облегчается процедура поддержания пропорциональности нагрузок, действующих на два разных образца для каждого момента времени, отсчитываемого от начала процесса, при этом уменьшается расход исследуемого материала.The technical result of the invention lies in the fact that the procedure of maintaining the proportionality of the loads acting on two different samples for each point in time counted from the beginning of the process is facilitated, while the consumption of the test material is reduced.

Предполагается, что инерционные силы малы, при этом динамические нагрузки не рассматриваются.It is assumed that the inertial forces are small, while dynamic loads are not considered.

Практика показала, что, например, для закрепления образцов в виде кусков резиновой трубки велониппеля, кусков «рыболовного» кембрика (трубки из эластомерного материала) и т.п. вполне подходят зажимы типа «крокодил». Эти зажимы позволяют надежно закрепить концевую часть образца и при растяжении образца не происходит «проскальзывания» (в рабочей части образца остается практически тот же участок исследуемого (растягиваемого) материала).Practice has shown that, for example, for fixing samples in the form of pieces of a rubber tube of a bicycle nipple, pieces of a "fishing" cambric (a tube of elastomeric material), etc. crocodile clips are quite suitable. These clamps make it possible to securely fix the end part of the specimen and when the specimen is stretched there is no “slipping” (in the working part of the specimen remains almost the same section of the studied (stretched) material).

Например, испытывалась резиновая трубка велониппеля. Длина рабочей части одного образца составляла 70 мм, длина рабочей части другого образца составляла 140 мм (наружный диаметр резиновой трубки 3,4 мм, внутренний диаметр 2,4 мм).For example, a rubber tube of a bicycle nipple was tested. The length of the working part of one sample was 70 mm, the length of the working part of another sample was 140 mm (outer diameter of the rubber tube 3.4 mm, inner diameter 2.4 mm).

На фиг. 1 показан случай, когда образец 2 имеет длину рабочей части образца вдвое большую, чем у образца 1. При этом точка приложения силы Р (см. точку 13 на фиг. 1) расположена так, что длина отрезка между точками 10 и 13 и между точками 13 и 6 относятся как 2:1 (предполагается, что точки 10, 13, 6 лежат на одной прямой). Предполагается, что в исходном состоянии (при малой начальной нагрузке Р) образцы 1 и 2 параллельны друг другу и параллельны направлению силы Р; при этом подвижная траверса 11 расположена горизонтально (т.е. прямая, проходящая через точки 10 и 6 нормальна направлению действия силы Р). А направление силы Р параллельно левой грани шкалы 14 и правой грани шкалы 15.In FIG. Figure 1 shows the case when the sample 2 has a length of the working part of the sample twice as long as that of sample 1. The point of application of force P (see point 13 in Fig. 1) is located so that the length of the segment between points 10 and 13 and between points 13 and 6 are treated as 2: 1 (it is assumed that points 10, 13, 6 lie on one straight line). It is assumed that in the initial state (with a small initial load P), samples 1 and 2 are parallel to each other and parallel to the direction of the force P; while the movable yoke 11 is horizontal (i.e., a straight line passing through points 10 and 6 is normal to the direction of action of the force P). And the direction of the force P is parallel to the left side of the scale 14 and the right side of the scale 15.

На фиг. 1 показана схема крепления и нагружения образцов, а также схема замера перемещений. //Размеры образцов: «ширина» (диаметр), длина на фиг. 1 показаны условно.//In FIG. 1 shows a diagram of the fastening and loading of samples, as well as a scheme for measuring displacements. // Sizes of the samples: “width” (diameter), length in FIG. 1 are shown conditionally.//

На фиг. 1 обозначено.In FIG. 1 is indicated.

1 - образец исследуемого материала.1 - sample of the studied material.

2 - образец того же исследуемого материала, того же сечения, что и образец 1, но имеющего вдвое большую длину рабочей части образца.2 - a sample of the same test material, the same cross section as sample 1, but having twice the length of the working part of the sample.

3 - гибкий нерастяжимый элемент; элемент 3 служит для крепления образца 1 к основанию.3 - flexible inextensible element; element 3 is used to attach the sample 1 to the base.

4 - гибкий нерастяжимый элемент; элемент 4 служит для крепления образца 1 к подвижной траверсе 11.4 - flexible inextensible element; element 4 is used to attach the sample 1 to the movable traverse 11.

5 - точка прикрепления элемента 3 к основанию.5 - point of attachment of element 3 to the base.

6 - точка прикрепления элемента 4 к подвижной траверсе 11.6 - point of attachment of the element 4 to the movable traverse 11.

7 - гибкий нерастяжимый элемент; элемент 7 служит для крепления образца 2 к основанию.7 - flexible inextensible element; element 7 is used to attach the sample 2 to the base.

8 - гибкий нерастяжимый элемент; элемент 8 служит для крепления образца 2 к подвижной траверсе 11.8 - flexible inextensible element; element 8 is used to attach the sample 2 to the movable traverse 11.

9 - точка прикрепления элемента 7 к основанию.9 - point of attachment of element 7 to the base.

10 - точка прикрепления элемента 8 к подвижной траверсе 11.10 - point of attachment of the element 8 to the movable traverse 11.

11 - подвижная жесткая легкая траверса (далее используется наименование: «траверса 11»), служащая для нагружения испытуемых образцов 1, 2; 11 - это начальное положение траверсы 11.11 - movable rigid light traverse (hereinafter, the name is used: "traverse 11"), which serves to load the test samples 1, 2; 11 is the initial position of the yoke 11.

12 - положение траверсы 11 после приложения нагрузки Р (в случае отклонений от линейности поведения материала при его растяжении).12 - the position of the beam 11 after applying the load P (in case of deviations from the linear behavior of the material when it is stretched).

13 - точка приложения силы Р к траверсе 11. Расстояние между точками 10 и 13 вдвое больше, чем между точками 13 и 6 (предполагается, что точки 10, 13, 6 лежат на одной прямой.13 is the point of application of force P to the traverse 11. The distance between points 10 and 13 is twice as large as between points 13 and 6 (it is assumed that points 10, 13, 6 lie on one straight line.

14 - шкала, установленная на основании около точки 10.14 - a scale established on the basis of about point 10.

15 - шкала, установленная на основании около точки 6.15 is a scale established on the basis of about point 6.

16 - точка, в которую перемещается точка 10 после приложения нагрузки Р к траверсе 11.16 - the point at which point 10 moves after applying the load P to the traverse 11.

17 - точка, в которую перемещается точка 6 после приложения нагрузки Р к траверсе 11.17 - the point at which point 6 moves after applying the load P to the traverse 11.

Как показывает эксперимент, при выдержках сила Р заметно релаксирует, но отношение сил, растягивающих образцы 1 и 2 в любой момент времени остается постоянным.As the experiment shows, at holding, the force P noticeably relaxes, but the ratio of the forces stretching the samples 1 and 2 at any time remains constant.

3, 4, 7, 8 - гибкие (но жесткие на растяжение) элементы (например, куски гибкого, тонкого троса или жесткой на растяжение нити).3, 4, 7, 8 - flexible (but tensile) elements (for example, pieces of flexible, thin cable or tensile stiff).

Для обеспечения условия, что на образец 1 в любой момент времени действует вдвое большая сила, что на образец 2, необходимо, чтобы точки 10, 13, 6 лежали на одной прямой (см. фиг. 1).To ensure that the sample 1 at any time is twice as strong as that of the sample 2, it is necessary that the points 10, 13, 6 lie on one straight line (see Fig. 1).

Для удобства при обработке результатов испытаний следует соблюдать симметрию в расположении деталей. В частности, в начальном положении (нагрузка Р равна малому начальному значению, траверса 11 расположена горизонтально) расстояние между точками 9 и 5 должно равняться расстоянию между точками 10 и 6. Расстояние между точками 10 и 13 должно быть вдвое больше расстояния между точками 13 и 6. Траверса 11 должна располагаться горизонтально (удобно, чтобы верхняя граница траверсы 11 была прямолинейной и показания шкал 14 и 15, указывающие положение верхней границы траверсы 11 в начальный момент были бы одинаковыми). Точка 10 должна быть одинаково удалена от левой границы шкалы 14 что и точка 6 от правой границы шкалы 15. Нагрузка Р действует вдоль вертикальной прямой. Для удобства в зонах точек 9 и 5 следует предусмотреть устройства, позволяющие регулировать длину рабочей части гибких элементов 3 и 7 (эти устройства для регулировки длины на фиг. 1 не показаны). При необходимости в зоне крепления элемента 4 к траверсе 11 (см. точку 6) могут крепиться дополнительные грузы для компенсации дополнительного веса образца 2 (эти дополнительные грузы на фиг. 1 не показаны).For convenience, the processing of test results should observe symmetry in the arrangement of parts. In particular, in the initial position (the load P is equal to the small initial value, the crosshead 11 is horizontal), the distance between points 9 and 5 should be equal to the distance between points 10 and 6. The distance between points 10 and 13 should be twice the distance between points 13 and 6 . The yoke 11 should be horizontal (it is convenient that the upper boundary of the yoke 11 is straight and the readings of scales 14 and 15 indicating the position of the upper boundary of the yoke 11 at the initial moment would be the same). Point 10 should be equally distant from the left border of scale 14 as point 6 from the right border of scale 15. The load P acts along a vertical line. For convenience, in the zones of points 9 and 5, devices should be provided that allow you to adjust the length of the working part of the flexible elements 3 and 7 (these devices for adjusting the length in Fig. 1 are not shown). If necessary, in the zone of fastening of the element 4 to the traverse 11 (see point 6) additional weights can be attached to compensate for the additional weight of the sample 2 (these additional weights are not shown in Fig. 1).

Для удобства шкалы 14 и 15 должны быть идентично закреплены, при этом, когда траверса 11 расположена горизонтально (на систему действует малая начальная нагрузка, направленная вертикально вниз), показания шкал 14 и 15 должны быть одинаковыми.For convenience, the scales 14 and 15 should be identically fixed, while when the beam 11 is horizontal (a small initial load acts vertically downward on the system), the readings of the scales 14 and 15 should be the same.

Испытания с целью получения оценки области линейности механических свойств при деформировании образцов материалов проводят следующим образом. Выбирают длину рабочей части образца 1 (например, длина рабочей части образца в виде резиновой трубки велониппеля была 70 мм, плюс два раза по 10 мм для закрепления образца, итого длина заготовки 90 мм). Образец 2 имел длину рабочей части вдвое большую (длина заготовки была 160 мм). Оказалось (экспериментально проверено), что образцы в виде резиновой трубки велониппеля хорошо закрепляются зажимами типа «крокодил». Поэтому к концам гибких элементов 3, 4, 7, 8 крепятся зажимы типа «крокодил» (на фиг. 1 эти зажимы не показаны). С помощью зажимов типа «крокодил» крепятся образцы 1, 2, при этом длина рабочей части образца 2 вдвое больше длины рабочей части образца 1. С помощью регулировочных устройств, размещенных, например, в зонах точек 5 и 9 (на фиг. 1 они не показаны), регулируется длина гибких элементов 3 и 7 так, чтобы траверса 11 располагалась примерно горизонтально. Затем прикладывается малая начальная нагрузка и проводится более точная регулировка так, чтобы траверса 11 располагалась горизонтально (при этом показания шкалы 14 и шкалы 15 должны совпадать, или почти совпадать). Поэтапно увеличивают нагрузку Р и фиксируют показания шкал 14 и 15, указывающие координаты концевых частей траверсы 11.Tests in order to obtain an estimate of the linearity region of mechanical properties during deformation of material samples are carried out as follows. The length of the working part of sample 1 is selected (for example, the length of the working part of the sample in the form of a rubber tube of a bicycle nipple was 70 mm, plus two times 10 mm each for securing the sample, total length of the workpiece is 90 mm). Sample 2 had a length of the working part twice as long (the length of the workpiece was 160 mm). It turned out (experimentally verified) that the samples in the form of a rubber tube of a bicycle nipple are well fixed with crocodile clips. Therefore, clips of the crocodile type are attached to the ends of the flexible elements 3, 4, 7, 8 (these clips are not shown in Fig. 1). Using clips of the crocodile type, samples 1, 2 are attached, and the length of the working part of the sample 2 is twice as long as the length of the working part of the sample 1. Using adjusting devices placed, for example, in the areas of points 5 and 9 (in Fig. 1 they shown), the length of the flexible elements 3 and 7 is adjusted so that the beam 11 is located approximately horizontally. Then a small initial load is applied and a more accurate adjustment is made so that the crosshead 11 is horizontal (the readings of the scale 14 and the scale 15 should coincide, or almost coincide). Gradually increase the load P and record the readings of scales 14 and 15, indicating the coordinates of the end parts of the beam 11.

Сила, растягивающая образец 1, и сила, растягивающая образец 2, различаются в два раза. Но образец 2 вдвое длинней, а на образец 2 приходится нагрузка, вдвое меньшая. В итоге, если материал деформируется в линейной области, то перемещения в обоих случаях должны быть одинаковыми, а, значит, траверса 11 при возрастании нагрузки будет перемещаться поступательно, оставаясь в горизонтальном положении. Фактически обычно не наблюдается четкой границы между областями линейного и нелинейного деформирования, поэтому следует получить оценки, когда отклонения (например, по деформациям) от линейности характеризуются величиной 5% или 10%.The tensile strength of sample 1 and the tensile strength of sample 2 are twofold different. But sample 2 is twice as long, and sample 2 has a load that is half as much. As a result, if the material is deformed in the linear region, then the displacements in both cases should be the same, which means that the crosshead 11 will move progressively with increasing load, remaining in a horizontal position. In fact, usually there is no clear boundary between the areas of linear and nonlinear deformation, therefore, estimates should be obtained when deviations (for example, from deformations) from linearity are characterized by 5% or 10%.

X1, Х2, Y1, Y2 - показания шкал 15 и 14, характеризующие положение траверсы 11 при приложении нагрузки Р (см. фиг. 1).X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 - readings of scales 15 and 14, characterizing the position of the beam 11 when the load P is applied (see Fig. 1).

X1 - показания шкалы 15, характеризующие положение концевой части траверсы 11 в начальный момент (когда нагрузка равна малому начальному значению).X 1 - readings of scale 15, characterizing the position of the end part of the beam 11 at the initial moment (when the load is equal to a small initial value).

Х2 - показания шкалы 15, характеризующие положение концевой части траверсы 11 при приложении нагрузки Р.X 2 - readings of a scale 15, characterizing the position of the end of the yoke 11 when the load R.

Y1 - показания шкалы 14, характеризующие положение концевой части траверсы 11 в начальный момент (когда нагрузка равна малому начальному значению).Y 1 - readings of scale 14, characterizing the position of the end part of the beam 11 at the initial moment (when the load is equal to a small initial value).

Y2 - показания шкалы 14, характеризующие положение концевой части траверсы 11 при приложении нагрузки Р.Y 2 - readings of scale 14, characterizing the position of the end part of the beam 11 when the load P.

Z1 - среднее значение показаний шкалы 15 и шкалы 14, характеризующее положение траверсы 11 в начальный момент (это значение равно координате верхней границы траверсы 11 в центральной зоне траверсы 11, когда нагрузка равна малому начальному значению).Z 1 - the average value of the readings of the scale 15 and scale 14, characterizing the position of the beam 11 at the initial moment (this value is equal to the coordinate of the upper boundary of the beam 11 in the central zone of the beam 11, when the load is equal to a small initial value).

Z2 - среднее значение показаний шкалы 15 и шкалы 14, характеризующее положение траверсы 11 при приложении нагрузки Р (это значение равно координате верхней границы траверсы 11 в центральной зоне траверсы 11, когда нагрузка равна Р).Z 2 - the average value of the readings of the scale 15 and scale 14, characterizing the position of the beam 11 when the load P is applied (this value is equal to the coordinate of the upper boundary of the beam 11 in the central zone of the beam 11 when the load is P).

Рассматриваем малые отклонения от линейности (угол ϕ мал, см. фиг. 1). В этом случае для расчетов можно использовать представленные ниже соотношения.We consider small deviations from linearity (the angle ϕ is small, see Fig. 1). In this case, the following ratios can be used for calculations.

Итак, при малой начальной нагрузке зафиксированы значения X1 и Y1 (в идеальном случае эти значения должны совпадать, но фактически может быть некоторое различие между этими величинами, поэтому в расчетных формулах используются эти два значения). Затем приложена нагрузка Р и зафиксированы значения Х2 и Y2. Расчеты проводятся по следующим формулам (здесь Lo - начальная длина более короткого образца, предполагается, что точки 9 и 5 лежат на одной горизонтальной прямой):So, with a small initial load, the values of X 1 and Y 1 are fixed (in the ideal case, these values should coincide, but in fact there may be some difference between these values, so these two values are used in the calculation formulas). Then the load P is applied and the values of X 2 and Y 2 are fixed. The calculations are carried out according to the following formulas (here L o is the initial length of the shorter sample, it is assumed that points 9 and 5 lie on one horizontal line):

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

ε1 - деформация образца 1;ε 1 - deformation of sample 1;

2×ε2 - удвоенная деформация образца 2; //на практике возможны случаи, когда ε1<2×ε2, в этом случае величина Δ2 считается отрицательной//.2 × ε 2 - double deformation of sample 2; // in practice, there are cases when ε 1 <2 × ε 2 , in this case the value Δ 2 is considered negative //.

Здесь а (или а) - расстояние между точками 9 и 5, равное расстоянию между точками 10 и 6; b - расстояние (измеряемое по горизонтали) соответственно между левой кромкой шкалы 14 и правой кромкой шкалы 15 (см. фиг. 1). //При больших значениях угла ϕ (см. фиг. 1) будут более сложные соотношения для расчета деформаций.//Here a (or a ) is the distance between points 9 and 5, equal to the distance between points 10 and 6; b is the distance (measured horizontally), respectively, between the left edge of the scale 14 and the right edge of the scale 15 (see Fig. 1). // For large values of the angle ϕ (see Fig. 1) there will be more complex relationships for calculating deformations. //

Под словами «точка 5, 9, 10, 6, 13, 16, 17» следует понимать центр отверстия малого диаметра, в которое вставлена ось или продета достаточно жесткая на растяжение «нить» или другой элемент, причем эти элементы не мешают свободному повороту траверсы 11 (трение мало; силы, передаваемые на испытуемые образцы, направлены соответственно вдоль элементов 7, 3, 8, 4 (предполагается, что приложена сила Р и элементы 7, 3, 8,4 «натянуты»)).The words "point 5, 9, 10, 6, 13, 16, 17" should be understood as the center of the hole of small diameter into which the axis is inserted or the thread or other element, which is sufficiently rigid in tension, is inserted, and these elements do not interfere with the free rotation of the beam 11 (little friction; the forces transferred to the test samples are directed along elements 7, 3, 8, 4, respectively (it is assumed that the force P is applied and elements 7, 3, 8.4 are “stretched”)).

С использованием данного способа можно испытывать также металлические образцы в виде тонких колец. В этом случае образец 1 представляет собой кольцо, к которому вдоль диаметра приложена растягивающая сила. А образец 2 представляет собой «цепочку» из двух последовательно соединенных таких же кольцевых образцов.Using this method, metal samples in the form of thin rings can also be tested. In this case, the sample 1 is a ring to which a tensile force is applied along the diameter. And sample 2 is a “chain” of two series-connected same circular samples.

//При испытании податливых материалов или податливых образцов в виде колец элементы 3, 4, 7, 8, и зоны их крепления (см., например точки 9, 5, 10, 6) не испытывают больших нагрузок. Если образцы 1, 2 достаточно жесткие и для их растяжения требуются значительные усилия, то и остальные детали, включая зажимы для крепления образца, должны быть рассчитаны на высокие нагрузки.//// When testing malleable materials or malleable samples in the form of rings, the elements 3, 4, 7, 8, and their attachment zones (see, for example, points 9, 5, 10, 6) do not experience heavy loads. If samples 1, 2 are sufficiently rigid and considerable effort is required to stretch them, then the rest of the parts, including clamps for attaching the sample, must be designed for high loads.

Следует заметить, что при испытании одноосных образцов нелинейность может быть обусловлена не только нелинейностью свойств материала, но и тем, что при растяжении меняется площадь сечения образца. Резиноподобные материалы относятся к классу, так называемых, малосжимаемых материалов. У этих материалов модули Е и G на несколько порядков меньше модуля объемного сжатия К, при этом часто принимается, что при деформировании объем материала не изменяется.It should be noted that when testing uniaxial samples, the nonlinearity can be caused not only by the nonlinearity of the material properties, but also by the fact that the cross-sectional area of the sample changes under tension. Rubber-like materials belong to the class of so-called low-compressible materials. For these materials, the moduli E and G are several orders of magnitude smaller than the bulk modulus K, and it is often assumed that the volume of the material does not change during deformation.

Пусть деформированный образец имеет длину L1 (недеформированный образец имеет длину L1,0):Let the deformed sample have a length L 1 (undeformed sample has a length L 1,0 ):

L1=L1,0×(1+ε)L 1 = L 1 , 0 × (1 + ε)

и соответственно площадь поперечного сечения S1 (недеформированный образец имеет площадь поперечного сечения S1,0). Из условия сохранения объема получим:and accordingly, the cross-sectional area S 1 (undeformed sample has a cross-sectional area S 1,0 ). From the condition of conservation of volume we get:

Figure 00000011
Figure 00000011

Аналогично для второго образца получаемSimilarly for the second sample we get

Figure 00000012
Figure 00000012

Так как у нас один из объектов испытаний имеет то же сечение, но вдвое длинней, чем другой объект испытаний, для получения приближенных оценок примем, что соотношение между деформациями объектов испытаний характеризуется соотношением: ε2=0,5×ε.Since we have one of the test objects has the same cross section, but twice as long as the other test object, to obtain approximate estimates, we assume that the relationship between the deformations of the test objects is characterized by the ratio: ε 2 = 0.5 × ε.

В этом случае получаем, чтоIn this case, we obtain

Figure 00000013
Figure 00000013

Таким образом, при малых деформациях ε (ε - осевая деформация короткого образца) относительная разность площадей сечения растянутых образцов из двух разных объектов испытания (нагружаемых одновременно) будет составлять примерно 0,5×ε.Thus, for small strains ε (ε is the axial deformation of a short sample), the relative difference in the cross-sectional areas of the stretched samples from two different test objects (loaded simultaneously) will be approximately 0.5 × ε.

Нагрузка Р распределяется между объектами испытаний: усилие 2/3Р растягивает правую ветвь рассматриваемой системы (т.е. образец 1); усилие Р/3 растягивает левую ветвь (т.е. образец 2). При испытании эластичных или мягких материалов, а также тонкой проволоки надо учитывать вес захватных приспособлений и вес самих образцов 1,2. Захватные приспособления, используемые для крепления образцов, на правой ветви и левой ветви должны иметь примерно одинаковый вес. Желательно уравновешивать правую и левую ветви системы. Это замечание относится к случаю, когда рассматриваемая система располагается вертикально и нагрузка Р направлена вертикально вниз. Рассматриваемая система может располагаться в горизонтальной плоскости, при этом поверхность, по которой перемещаются («скользят») образцы 1, 2, траверса 11 и другие детали, должна быть гладкой, чтобы не возникало заметных сил трения.The load P is distributed between the test objects: a force of 2 / 3P stretches the right branch of the system in question (ie, sample 1); the force P / 3 stretches the left branch (i.e., sample 2). When testing elastic or soft materials, as well as thin wires, the weight of the grippers and the weight of the samples themselves should be taken into account 1.2. The grippers used to hold the samples on the right branch and left branch should have approximately the same weight. It is advisable to balance the right and left branches of the system. This remark applies to the case when the system in question is located vertically and the load P is directed vertically downward. The system under consideration can be located in a horizontal plane, while the surface along which samples 1, 2, crosshead 11, and other parts move (“slide”) must be smooth so that there are no noticeable friction forces.

Т.к. у объекта испытаний № II (образец 2) площадь сечения такая же, как и площадь сечения у объекта испытаний № I (образец 1), то при нагрузке Р в образце 2 будут вдвое меньшие напряжения, чем в образце 1, это означает что, при деформировании в пределах линейности, деформация образца 2 будет вдвое меньше, чем деформация образца 1. Но, т.к. образец 2 вдвое длиннее образца 1, то удлинение образца 2 будет таким же, как у образца 1, поэтому траверса 11 должна перемещаться поступательно, т.е. при возрастании нагрузки Р оставаться в горизонтальном положении.Because for test object No. II (sample 2), the cross-sectional area is the same as the cross-sectional area of test object No. I (sample 1), then when the load P in sample 2 there will be half the voltage than in sample 1, this means that, at deformation within linearity, deformation of sample 2 will be half as much as deformation of sample 1. But, since the sample 2 is twice as long as the sample 1, then the elongation of the sample 2 will be the same as that of the sample 1, so the yoke 11 should move progressively, i.e. when the load P increases, remain in a horizontal position.

Если нагрузка Р достигнет такой величины, что будет превышен предел линейности механических свойств материала, то образец 1 будет растягиваться сильней, чем образец 2, поэтому траверса 11 начнет отклоняться от горизонтального положения.If the load P reaches such a value that the linearity limit of the mechanical properties of the material is exceeded, then the specimen 1 will stretch more strongly than the specimen 2, so the beam 11 will begin to deviate from the horizontal position.

Способ реализуется следующим образом. Для обеспечения условия пропорциональности деформаций двух объектов испытаний для любого момента времени, отсчитываемого с момента нагружения объекта испытаний, с помощью гибких элементов составляют цепочку образцов, состоящую из двух объектов испытаний. Причем объекты испытаний имеют разную длину и одинаковую площадь сечения. Причем отношение длин рабочих частей образцов (объектов испытаний) равно отношению плеч сил, растягивающих образцы, причем эти плечи сил равны длине отрезка между точкой приложения внешней силы к подвижной траверсе и точкой прикрепления к этой траверсе элементов крепления соответствующего образца. Например, один объект испытаний может представлять собой образец, площадь сечения которого So, длина рабочей части образца Lo; при этом другой объект испытаний представляет собой образец, имеющий площадь сечения So, а длину рабочей части 2×Lo. А точка приложения внешней нагрузки к подвижной траверсе делит отрезок между точками прикрепления к этой траверсе элементов крепления образцов на две неравные части; эти части имеют длины, которые относятся как 2:1 (короткая часть расположена около точки прикрепления элементов крепления короткого образца).The method is implemented as follows. To ensure the proportionality of the deformations of two test objects for any point in time counted from the moment of loading the test object, using flexible elements make up a chain of samples consisting of two test objects. Moreover, the test objects have different lengths and the same cross-sectional area. Moreover, the ratio of the lengths of the working parts of the samples (test objects) is equal to the ratio of the shoulders of the forces stretching the samples, and these shoulders of forces are equal to the length of the segment between the point of application of external force to the movable crosshead and the point of attachment of the fastening elements of the corresponding specimen to this traverse. For example, one test object may be a sample, the cross-sectional area of which is S o , the length of the working part of the sample L o ; while another test object is a sample having a cross-sectional area S o and the length of the working part 2 × L o . And the point of application of the external load to the movable crosshead divides the segment between the attachment points of the specimen attachment elements to this crosshead into two unequal parts; these parts have lengths that are 2: 1 (the short part is located near the attachment point of the fasteners for the short sample).

О том, что превышен предел линейности судят по величине отклонения от горизонтали траверсы 11, с помощью которой нагрузка передается на испытуемые образцы.The fact that the linearity limit is exceeded is judged by the deviation from the horizontal of the beam 11, with which the load is transferred to the test samples.

Объекты испытания закрепляют в захватах испытательной установки, проводят нагружение двух объектов испытания, замеряют приложенное усилие, определяют деформацию объекта испытаний, и следят за величиной угла поворота траверсы 11, с помощью которой нагрузка передается на испытуемые образцы.The test objects are fixed in the grips of the test setup, the loading of two test objects is carried out, the applied force is measured, the deformation of the test object is determined, and the angle of rotation of the beam 11, with which the load is transferred to the test samples, is monitored.

Для вязко-упругих материалов удобно предварительно наметить план изменения нагрузки во времени, например, изменять во времени нагрузку по закону, имитирующему ожидаемый процесс нагружения материала в элементе конструкции.For visco-elastic materials, it is convenient to first outline a plan for the change in load over time, for example, change the load over time according to a law that mimics the expected process of loading a material in a structural element.

Малая начальная нагрузка может составлять, например, около 5% от максимального значения нагрузки.A small initial load can be, for example, about 5% of the maximum load value.

Если система располагается вертикально, то в качестве начальной нагрузки, возможно, достаточным будет вес траверсы 11.If the system is located vertically, then, as an initial load, the weight of the beam 11 will probably be sufficient.

Если система располагается горизонтально, то должна быть предусмотрена плоская горизонтальная гладкая поверхность, по которой свободно (без трения или с незначительными силами трения) могли бы перемещаться детали 1,2, 11, их соединяющие гибкие элементы и зажимы типа «крокодил» для крепления образцов. При малой начальной нагрузке четырехугольник, характеризуемый точками 9, 5, 6, 10, должен быть прямоугольником. Сила Р прикладывается вдоль прямой, параллельной левой границы шкалы 14 и правой границы шкалы 15. При этом, под словами «горизонтальное положение траверсы 11» следует понимать положение траверсы 11, при котором верхняя граница траверсы 11 расположена по нормали к левой границе шкалы 14 и к правой границе шкалы 15.If the system is located horizontally, a flat horizontal smooth surface should be provided, on which parts 1,2, 11 could be moved freely (without friction or with small friction forces), connecting flexible elements and crocodile clamps for mounting samples. With a small initial load, the quadrangle characterized by points 9, 5, 6, 10 should be a rectangle. The force P is applied along a straight line parallel to the left border of the scale 14 and the right border of the scale 15. Moreover, by the words "horizontal position of the beam 11" we should understand the position of the beam 11 in which the upper boundary of the beam 11 is normal to the left border of the scale 14 and right border of the scale 15.

Для удобства в описании изобретения подробно рассмотрен случай, когда второй объект испытаний представляет собой образец того же сечения, что и первый образец (первый объект испытаний), но имеющий вдвое большую длину рабочей части образца. Но второй объект испытаний может иметь втрое большую длину рабочей части. В общем случае одновременно нагружаются разными силами объекты испытания, имеющие одинаковую площадь поперечного сечения и разную длину, причем отношение длин рабочей части образцов равно отношению плеч сил, растягивающих образцы, причем эти плечи сил равны длине отрезка между точкой приложения внешней силы к подвижной траверсе и точкой прикрепления к этой траверсе элементов крепления соответствующих образцов.For convenience, in the description of the invention, the case where the second test object is a sample of the same cross-section as the first sample (first test object), but having twice the length of the working part of the sample, is described in detail. But the second test object can have three times the length of the working part. In the general case, test objects having the same cross-sectional area and different lengths are simultaneously loaded by different forces, and the ratio of the lengths of the working part of the samples is equal to the ratio of the arms of the forces stretching the specimens, and these arms are equal to the length of the segment between the point of application of an external force to the movable crosshead and the point attachment to this traverse of the fastening elements of the corresponding samples.

В частности, при испытаниях были получены следующие результаты. Испытывалась резиновая трубка велониппеля, наружный диаметр 3,4 мм; внутренний диаметр 2,4 мм, площадь сечения 4,555 мм2, длина рабочей части короткого образца 70 мм, длинного образца 140 мм. Результаты испытаний показаны в таблице 1.In particular, the following results were obtained during testing. The rubber tube of the bicycle nipple was tested, the outer diameter of 3.4 mm; inner diameter 2.4 mm, cross-sectional area 4.555 mm 2 , the length of the working part of a short sample of 70 mm, a long sample of 140 mm. The test results are shown in table 1.

Figure 00000014
Figure 00000014

В таблице 1 указаны следующие величины. Общая нагрузка - это приложенное к системе усилие; при выдержках при постоянной деформации значение нагрузки заметно уменьшается, в таблице 1 приведены максимальные, зафиксированные в опыте значения нагрузок. Т.к. имеется две «ветви» образцов, то на образец 1 приходится 2/3 общей нагрузки. Напряжение в образце 1 - это напряжение, вычисленное путем деления силы, приходящейся на образец 1, на значение начальной площади сечения (4,555 мм2). Напряжение в образце 2 - это напряжение, вычисленное путем деления силы, приходящейся на образец 2, на значение начальной площади сечения (4,555 мм2). Координаты Y2 и Х2 - это экспериментально замеренные значения, характеризующие положение траверсы 11. При «нулевой» нагрузке координаты Y2 и Х2 совпадают с координатами Y1 и X1 (фиг. 1). Величины Z1, Z2, Δ2, ε1, 2×ε2 вычисляются по формулам (5) - (9).Table 1 shows the following values. The total load is the force applied to the system; at shutter speeds under constant deformation, the load value decreases markedly, table 1 shows the maximum values of the loads recorded in the experiment. Because If there are two “branches” of samples, then sample 1 accounts for 2/3 of the total load. The voltage in sample 1 is the voltage calculated by dividing the force attributable to sample 1 by the value of the initial cross-sectional area (4.555 mm 2 ). The voltage in sample 2 is the voltage calculated by dividing the force attributable to sample 2 by the value of the initial cross-sectional area (4.555 mm 2 ). Coordinates Y 2 and X 2 are experimentally measured values characterizing the position of the yoke 11. At “zero” load, the coordinates Y 2 and X 2 coincide with the coordinates Y 1 and X 1 (Fig. 1). The values of Z 1 , Z 2 , Δ 2 , ε 1 , 2 × ε 2 are calculated by formulas (5) - (9).

Из таблицы 1 следует, что при деформации ε1=8,01% разность замеренных деформаций для образца 1 ε1 и удвоенной деформацией 2×ε2 второго образца составляет примерно 7,4%; если ε1=10,53%, то эта разность достигает 19,6%. Значит, если за предел линейности взять условия, когда рассматриваемая разность будет равна 10%, то в этом случае предел линейности (по деформации) будет расположен в области: 8% < ε1 < 10,5%.From table 1 it follows that with a strain of ε 1 = 8.01%, the difference between the measured strains for a sample of 1 ε 1 and a double strain of 2 × ε 2 of the second sample is approximately 7.4%; if ε 1 = 10.53%, then this difference reaches 19.6%. This means that if we take conditions beyond the linearity limit when the considered difference is equal to 10%, then in this case the linearity limit (by deformation) will be located in the region: 8% <ε 1 <10.5%.

В таблице 1 приведены данные о величинах деформаций. Но, считая, что материал образцов деформируется равномерно, можно считать, что величины перемещений пропорциональны соответствующим деформациям.Table 1 shows the data on the values of deformations. But, assuming that the material of the samples is deformed uniformly, we can assume that the displacements are proportional to the corresponding deformations.

Итак, внешняя нагрузка прикладывается так, чтобы плечи сил, приложенных к исследуемым образцам, были бы не равны между собой (но величины этих плеч при нагружении остаются постоянными (или почти постоянными)), это является причиной того, что в каждый момент времени (отсчитываемый от начала процесса нагружения) соотношение между величинами сил, приложенных к разным объектам испытаний, остается неизменным (или почти неизменным). Отношение величин этих сил обратно пропорционально отношению величин плеч соответствующих сил. В данном случае плечо соответствующейSo, the external load is applied so that the shoulders of the forces applied to the test samples are not equal to each other (but the magnitudes of these shoulders under loading remain constant (or almost constant)), this is the reason that at every moment of time (counted from the beginning of the loading process) the ratio between the forces applied to different test objects remains unchanged (or almost unchanged). The ratio of the magnitudes of these forces is inversely proportional to the ratio of the magnitudes of the shoulders of the corresponding forces. In this case, the shoulder

силы измеряется расстоянием от точки приложения внешней силы к траверсе 11 до линии действия силы, приложенной к соответствующему образцу. Указанное выше обстоятельство имеет следствием то, что второй объект испытаний может представлять собой один образец (а не два или три, как указано в прототипе), тем самым уменьшается расход исследуемого материала, а для каждого момента времени (отсчитываемого от начала процесса нагружения) соотношение между величинами сил, приложенных к разным объектам испытаний, остается неизменным (или почти неизменным). В этом и заключается причинно-следственная связь между задачей изобретения и техническим результатом изобретения.force is measured by the distance from the point of application of external force to the traverse 11 to the line of action of the force applied to the corresponding sample. The above circumstance has the consequence that the second test object can be one sample (rather than two or three, as indicated in the prototype), thereby reducing the consumption of the test material, and for each point in time (counted from the beginning of the loading process) the ratio between the magnitude of the forces applied to different test objects remains unchanged (or almost unchanged). This is the causal relationship between the objective of the invention and the technical result of the invention.

Кроме того, следует еще раз отметить следующее. На второй образец действует меньшая сила, значит, у второго образца будет меньше деформация. Таким образом, чтобы у концевой части второго образца было бы то же значение перемещения, что и у концевой части первого образца, требуется, чтобы второй образец был бы длинней первого во столько же раз во сколько раз сила, воздействующая на второй образец, меньше силы, воздействующей на первый образец. А отношение величин этих сил обратно пропорционально отношению величин плеч соответствующих сил. (Предполагается, что материал деформируется в «линейной области», а перемещения невелики).In addition, the following should be noted again. A smaller force acts on the second sample, which means that the second sample will have less deformation. Thus, in order for the end part of the second sample to have the same displacement value as the end part of the first sample, it is required that the second sample be as much as many times as long as the first, the force acting on the second sample is less than the force acting on the first sample. And the ratio of the magnitudes of these forces is inversely proportional to the ratio of the magnitudes of the shoulders of the corresponding forces. (It is assumed that the material is deformed in the "linear region", and the displacements are small).

Claims (1)

Способ оценки области линейности механических свойств при деформировании образцов материалов, заключающийся в том, что одновременно нагружают при растяжении два объекта исследования, причем эти объекты исследования имеют разную длину рабочей части образцов, при этом образцы имеют одинаковую площадь поперечного сечения, причем одни концы этих образцов с помощью гибких нерастяжимых элементов крепят к неподвижному основанию, а другие концы образцов с помощью гибких нерастяжимых элементов крепят к подвижной траверсе, причем в рабочем состоянии при малой нагрузке образцы располагают параллельно друг другу и параллельно направлению действия растягивающей нагрузки, причем отношение длин рабочей части образцов обратно пропорционально отношению сил, растягивающих образцы, причем при нагружении в области линейности зоны крепления образцов к траверсе смещаются поступательно при нагружении, отличающийся тем, что точка приложения внешней нагрузки к траверсе, к которой прикрепляются элементы крепления образцов, делит эту траверсу так, что отношение плеч сил, измеряемых от точки приложения внешней нагрузки к этой траверсе до точки крепления гибких нерастяжимых элементов крепления соответствующих образцов к этой траверсе, равно отношению длин рабочей части образцов, в частности, второй образец может иметь вдвое большую длину рабочей части образца, чем первый образец, при этом первый образец имеет плечо силы, вдвое меньшее, чем второй образец, причем второй объект исследования состоит также из одного образца, как и первый объект исследования.A method for assessing the region of linearity of mechanical properties during deformation of material samples, which consists in simultaneously loading two objects of research under tension, moreover, these objects of study have different lengths of the working part of the samples, while the samples have the same cross-sectional area, with one end of these samples having using flexible inextensible elements attached to a fixed base, and the other ends of the samples using flexible inextensible elements attached to a movable traverse, and in working standing at low load, the samples are parallel to each other and parallel to the direction of action of the tensile load, and the ratio of the lengths of the working part of the samples is inversely proportional to the ratio of the forces stretching the samples, and when loading in the linear region of the zone of attachment of the samples to the traverse move progressively under loading, characterized in that the point of application of the external load to the traverse, to which the fastening elements of the samples are attached, divides this traverse so that the ratio of the shoulders of the forces measured from t points of application of an external load to this traverse to the point of attachment of flexible inextensible fastening elements of the corresponding samples to this traverse is equal to the ratio of the lengths of the working part of the samples, in particular, the second sample can have twice the length of the working part of the sample than the first sample, while the first sample has the shoulder of force is half that of the second sample, and the second object of study also consists of one sample, like the first object of study.
RU2019102538A 2019-01-30 2019-01-30 Method of assessing the linearity region of mechanical properties during deformation of material samples RU2710919C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019102538A RU2710919C1 (en) 2019-01-30 2019-01-30 Method of assessing the linearity region of mechanical properties during deformation of material samples

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019102538A RU2710919C1 (en) 2019-01-30 2019-01-30 Method of assessing the linearity region of mechanical properties during deformation of material samples

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2710919C1 true RU2710919C1 (en) 2020-01-14

Family

ID=69171325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019102538A RU2710919C1 (en) 2019-01-30 2019-01-30 Method of assessing the linearity region of mechanical properties during deformation of material samples

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2710919C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU742755A1 (en) * 1974-03-25 1980-06-25 Предприятие П/Я В-2640 Method of determining elasticity modulus of materials at tension
SU1449908A1 (en) * 1986-10-04 1989-01-07 Ленинградский институт текстильной и легкой промышленности им.С.М.Кирова Apparatus for monitoring the elastic and strain characteristics of filament being rewound
RU2357223C1 (en) * 2008-01-09 2009-05-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Бийский Завод Стеклопластиков" Method of testing elastic bars for life time and device for this method carrying out
CN202757829U (en) * 2012-07-11 2013-02-27 中国石油天然气集团公司 Loading device used for sample stress detection
RU2547280C1 (en) * 2013-12-11 2015-04-10 Василий Глебович Сазонов Method to assess limit of linearity of mechanical properties of materials during deformation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU742755A1 (en) * 1974-03-25 1980-06-25 Предприятие П/Я В-2640 Method of determining elasticity modulus of materials at tension
SU1449908A1 (en) * 1986-10-04 1989-01-07 Ленинградский институт текстильной и легкой промышленности им.С.М.Кирова Apparatus for monitoring the elastic and strain characteristics of filament being rewound
RU2357223C1 (en) * 2008-01-09 2009-05-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Бийский Завод Стеклопластиков" Method of testing elastic bars for life time and device for this method carrying out
CN202757829U (en) * 2012-07-11 2013-02-27 中国石油天然气集团公司 Loading device used for sample stress detection
RU2547280C1 (en) * 2013-12-11 2015-04-10 Василий Глебович Сазонов Method to assess limit of linearity of mechanical properties of materials during deformation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bouvier et al. Simple shear tests: Experimental techniques and characterization of the plastic anisotropy of rolled sheets at large strains
Machado et al. Analysis of the isotropic models of the Mullins effect based on filled silicone rubber experimental results
Thuillier et al. Comparison of the work-hardening of metallic sheets using tensile and shear strain paths
Teaca et al. Identification of sheet metal plastic anisotropy using heterogeneous biaxial tensile tests
ES2726273T3 (en) Software program method and product
Prates et al. A new strategy for the simultaneous identification of constitutive laws parameters of metal sheets using a single test
Capilla et al. Determination of uniaxial large-strain workhardening of high-strength steel sheets from in-plane stretch-bending testing
RU2710919C1 (en) Method of assessing the linearity region of mechanical properties during deformation of material samples
Zeng et al. Experimental characterization of dynamic behaviour of gelatin-based material using DIC
Dörlich et al. Towards viscoplastic constitutive models for Cosserat rods
RU2547280C1 (en) Method to assess limit of linearity of mechanical properties of materials during deformation
Simón-Allué et al. Unraveling the effect of boundary conditions and strain monitoring on estimation of the constitutive parameters of elastic membranes by biaxial tests
Zillmann et al. Validation of simple shear tests for parameter identification considering the evolution of plastic anisotropy
Munzenberger et al. A comparison of rubber stress relaxation models for conveyor belt indentation rolling resistance calculations
Achani et al. Behaviour of extruded aluminium alloys under proportional and non-proportional strain paths
RU2546712C1 (en) Methods of evaluating region of linearity of mechanical properties of materials under deformation
Pancheri et al. Strain-controlled biaxial tension of natural rubber: new experimental data
Chateauminois et al. Effects of stretching on the frictional stress of rubber
Zhu et al. Numerical study of the formation of shear bands in soil under interface shearing
JP2020030084A (en) Stress-strain curve creation device and stress-strain curve creation method
Zhang et al. Quantification and characterization of full field ductile damage evolution for sheet metals using an improved direct current potential drop method
Shtark et al. An alternative protocol for determining viscoelastic material properties based on tensile tests without the use of poisson’s ratios
Shevchenko et al. Linear relationship between the first invariants of the stress and strain tensors in theories of plasticity with strain hardening
Schneider et al. Characterisation of the deformation and fracture behaviour of elastomers under biaxial deformation
Duarte et al. Application of Cubic Spline Interpolation to Fit the Stress-Strain Curve to SAE 1020 Steel