SU1109579A1

SU1109579A1 - Способ измерени внутренних напр жений в композиционных полимерных материалах

Info

Publication number: SU1109579A1
Application number: SU833553921A
Authority: SU
Inventors: Ростислав Григорьевич Пинчук; Александр Владимирович Рогачев; Валентин Викторович Харитонов; Вячеслав Григорьевич Пинчук
Original assignee: Белорусский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта
Priority date: 1983-02-09
Filing date: 1983-02-09
Publication date: 1984-08-23

Abstract

. 1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕН; НИХ НАПРЯЖЕНИЙ В КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛАХ, включакмций введение в образец чувствительного к механическим напр жени м элемента и регистрацию параметра этого элемента, завис щего от внутренних напр жений, отличающийс тем, что, с целью упрощени способа и повышени производительности, в качестве чувствительного элемента используют мелкодисперсный ферромагнитный наполнитель с диаметром зерен 540 в количестве 0,5-5 мае.ч.,а в образце путем внешнего нагружени создают по наперед заданному закону одноосные механические напр жени , при которых регистрируют резонансные частоты сигналов дерного магнитного резонанса импульсным когерентным методом на атомных драх ферромагнетика, по величине которых и значени м внешних напр жений определ ют внутренние § напр жени . 2. Способ по п.1, отличающий с тем, что, с целью повышени точности измерений, в образце по следовательно создают одинаковые по величине внешние механические напр жени сжати и раст жени .

Description

;о ел

4J

со Изобретение относитс к материало едению и преимущественно может быть использовано при конструировании ,,, выпуске и эксплуатации деталей уз-лов машин и механизмов, изготовл емых из композиционных полимерньох материалов. Известен способ проволочной тензометрии дл измерени внутренних Нзпр жений в полимерных материалах, основанный на том, что о величине внутренних напр жений в образце суд по изменению сопротивлени датчиков Спроволочных резисторов), внесенных в него перед отверждением 13. Однако этот способ предъ вл ет высокие требовани к выбору формы измерительной модели, отличаетс сложностью изготовлени образцов и требует градуировку каждого отдельно го датчика сопротивлени . Наиболее близким к изобретению по тех шческой сущности вл етс способ измерени внутренних напр жений в композиционных полимерных материалах включакщий введение в образец чувст вительного к механическим напр жени м элемента и регистрацию параметра этого элемента, завис щего от внутренних напр жений. Способ заключаетс в том, что в отверждаемый полимерный образец пом щаетс чувствительный к внутренним напр жени м элемент в виде ферромаг нитного сердечника с обмоткой, необ ходимой дл измерени магнитной проницаемости сердечника методом моста переменного тока, и по величине изменени магнитной проницаемости чув ствительного элемента под действием внутренних напр жений в образце суд т об их величине 23Однако известный способ имеет недостатки ,, св занные с изготовлением специального образца, включающего чувствительный элемент конечных размеров , который измен ет распределени . и величину внутренних напр жений в образце. ; Кроме того, способ обладает низко производительностью, так как дл его осуществлени требуетс предваритель на Градуировка калздого отдельного образца. 1 Цель изобретени - упрощение способа измерени внутренних, напр жений и повышение его производительности, Поставленна цель достигаетс тем что согласно способу измерени внутренних напр жений в композиционных полимерных; материалах, включающему введение в образец чувствительного к механическим напр жени м элемента и peгиcтpaциk) параметра этого элемента завис щего от внутренних напр жений в качестве чувствительного элемента используют мелкодисперсный ферромагнитный наполнитель с диаметром зерен 5,1 о-б--10 мв количестве О, 5-5 мае .ч. , а в образце путем внешнего нагружени создают по наперед заданному закону одноосные механические напр жени , при которых регистрируют резонансные частоты сигналов дерного магнитного резонанса импульсным когерентным методом на атомных драх ферромагнетика , по величине которых и значени м внешних напр жений определ ют внутренние напр жени . С целью повышени точности измерений , в образце последовательно создают одинаковые по величине внешние механические напр жени сжати и раст жени . Введение в образец мелкодисперсного ферромагнитного наполнител позвол ет использовать в качестве параметра , чувствительного к внутренним напр жени м , частоту резонансного поглощени ЯМР, величина которой определ етс внутрикристаллическим локальным магнитным полем, завис щим от механических напр жений. Чувствительность используемого импульсного когерентного метода ЯМР достаточно высока и позвол ет обнаружить в 1 см образца 1 О-1 резонирующих дер. Это составл ет (10 -10 ) часть от всех атомов в 1 см , Точность измерени резонансной частоты 0,005%. Мелкодисперсный ферромагнетик (дисперс (ностью 5-10 ), вл ющийс чувствительным к внутренним напр жени м элементом, служит или в качест ве наполнител в изучаемом композиционном поли:лерном материале, или незначительно ; добавкой в количестве 0,5-5 мае,ч. В издели х или образцах, изготовленных из предлагаемого композиционного полимера, содержащего чувствительный элемент, имеют место внутренние напр жени , определ емые технологией изготовлени и .физико-химическими процессами при отверждении. Поместив изделие (образец) в радиочастотную катушку импульсного когерентного спектрометра ЯМР, можно измерить изменение резонансной частоты ЯМР (йГ), которое пропорционально величине внутренних напр жений в образце (бд), т.е, (а- коэффициент , завис щий от дисперсности ферромагнетика и модулей упругости ферромагнетика и полимера). Дл исключени этой неизвестной величины (а) и нахождени истинных значений внутренних напр жений в образце согласно способу измер етс резонансна частота ЯМР при данной температуре Т (например, К) на дисперсном ферромагнетике, используемом в качестве чувствительного элемента. Значение, этой частоты ;, ; измер етс резонансна частота ЯМР при той же температуре (Т) на изделии (образце) прь условии одноосных механических напр жений, наложенных на изделие (образец), величина которых известна и равна (6). Значение измеренной частоты ЯМР (fi) измер етс резонансна частота ЯМР при той же температуре (Т) на изделии (образце) при условии большего, чем первое, одноосного механического напр жени , наложенного на изделие (образец). Величина внешнего механического напр жени известна и равна (uj). Значение измеренной частоты ЯМР (l)/ на основании проведенных исследований с достаточно высокой степенью точности можно предположить , что fi .

2.«(6,.6J .

Реша эти два уравнени совместно , получим - к IU

. v.

(1)

К,-1

/де

ve

f,-f.

к.

.

При осуществлении предлагаемого способаможно использовать внешние напр жени сжати или раст жени . Однако, если в образце последовательно создавать одинаковые по величине напр жени сжати и раст жени , то точность расчета повышаетс . Кроме этого, введение в различные области образца ферромагнитных материалов разной природы и регистраци резонансной частоты их атомов позвол ют определить объемное распределение внутренних напр жений в образце.

Направление одноосного внешнет о нагружени при исследованных его значени х практически не вли ет на величину измер емых внутренних напр жений . Дл уменьшени погрешности его

1следует выбирать совпадающим с направлением внутренних напр жений,характер распределени которых определ етс геометрическими формами образцов и дл р да тел

o (цилиндр, стержень) может быть достаточно точно и просто определен .

Пример. Дл осуществлени 5 способа изготовлены образцы (издели ) цилиндрической формы диаметром 1,5-IO- м и длиной 7-10 м из композиции , включающей, мае.ч.: эпоксидна смола (ЭД-5) 100, отвердитель (гексаметилдиамин - ГМДА) 12, пластификатор (марка МГФ-9) 20, наполнитель (кварцева мука) 0,20,40,60,80,100; чувствительный к внутренним напр жени м элемент (мелкодисперсный феррит марки ЗСЧ8) 1,5. Режим отверждени одинаков дл всех образцов - 3,6-10с при 295 К и далее 3,б10 с при 345 К. Все измерени ЯМР проводились при 295 К. Резонансна частота сигнала ЯМР на атомных драх Fe в феррите марки ЗСЧ8 NiFejO в мелкодисперсном состо нии составл ет f 67,82 МГц независимо от того выдержан он при режиме отверждени или нет. Значени резонансных частот ЯМР на атомных 5 драх в мелкодисперсном феррите дл отвержденных образцов при различных внешних одноосных напр жени х сжати представлены в табл. 1 .

Таблица 1

Рассчитанные внутренние напр жеНИН в издели х (образцах) на основании данных табл. 1 по предложенной расчетной формуле(1)представлёны в табл.2,

Величина внутренних напр жений в образце , 6 -10- , Н/М 11,6

13,9

Полученные данные незначительно отличаютс от данных дл серии образцов с. добавкой мелкодисперрного феррита в количестве 5 мае.ч., и эти различи наход тс в пределах ошибки измерений. Анализ этих данных дает возможность утверждать, что внутренние напр жени в образцах из композиционного полимера возрастают с ростом содержани наполнител (кварцевой муки), что согласуетс с результатами , полученными методом магнитоупругих датчиков. Наблюдаетс также совпадение с численными значени ми внутренних напр жеНИИ .

Таблица 2

16р8

17,9

19,0

20,3

Таким образом, предлагаемый способ измерени внутренних напр жений в композиционных полимерных материалах по сравнению с известными способами существенно прост, так как исключаетс необходимость в специальной подготовке образцов дл исследований , повышает производительность, так как дл его осуществлени не требуетс предварительна градуировка каждого конкретного образца, повышает точность измерени в св зи с устранением необходимости введени чувствительного злемента, который оказывает вли ние на величину внутренних напр жений.

Claims

. 1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕН; НИХ НАПРЯЖЕНИЙ В КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛАХ, включающий введение в образец чувствительного к механическим напряжениям элемента и регистрацию параметра этого элемента, зависящего от внутренних напряжений, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения производительности, в качестве чувствительного элемента используют мелкодисперсный ферромагнитный наполнитель с диаметром зерен 5 4 О^-6 -10~*м в количестве 0,5-5 мас.ч.,а в образце путем внешнего нагружения создают по наперед заданному закону одноосные механические напряжения, при которых регистрируют резонансные часто ты сигналов ядерного магнитного резонанса импульсньал когерентным методом на атомных ядрах ферромагнетика, по величине которых и значениям внешних напряжений определяют внутренние ξ напряжения.
2. Способ поп.1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в образце последовательно создают одинаковые по величине внешние механические напряжения сжатия и растяжения.

1 109579