SU1150659A1 - Устройство дл исследовани динамических характеристик материалов с внутренним трением,например,пассиков и магнитных лент - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ Д1ЩАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ С ВНУТРЕННИМ ТРЕНИЕМ, НАПРИМЕР ПАССИКОВ И МАГНИТНЫХ ЛЕНТ, содержащее блок задани  величины раст гивающего усили , соединенный с подвижным и неподвижным зажимами дл  установки образца исследуемого материала, а также инерционньй элемент , блок отображени  информации, блок измерени  деформации образца, св занный с подвижным Зажимом, и св занный с инерционнь{м элементом датчик колебаний, подключенньй к входу усилител , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности определени  динамических характеристик материалов при расширении диапазона статических и динамических нагрузок, в него введены формирователь параметров импульсной переходной характеристики, блок сопр жени , вычислитель, первый и второй режимные переключатели , арретир, блок измерени  нат ени  образца, датчик начальных отклонений , блок установки начальньи отклонений и задатчик начальных отклонений , при этом усилитель подключен через формирователь к первому входу блока сопр жени , первый режимный переключатель - к арретиру, соединенному с подвижным зажимом, . т первьй выход датчика начальных отклонений подключен через последовательно соединенные блок установки начальных отклонений и второй режимный переключатель к задатчику начальных отклонений, св занному с инерционным элементом, соединенным сд с датчиком начальных отклонений, Ь второй выход которого подключен к Од второму входу блока сопр жени , СП третий вход которого соединен с вы ходом блока измерени  деформации, четвертый вход - с выходом блока измерени  нат жени , а выход блока сопр жени  через вычислитель - к блоку отображени  информации.

Description

1 1

Изобретение относитс  к технике магнитной записи, а именно к измерению динамических характеристик пассиков и магнитных лент.

Известно устройство дл  исследовани  динамических характеристик в зкоупругого материала, содержащее два зажима дл  закреплени  образца исследуемого материала, датчик колебаний, усилитель и блок отображени  информации , при этом один из зажимов св зан с инерционным элементом, а второй - с электродинамическим возбудителем колебаний. Устройство позвол ет оценить модуль упругости и коэффициент потерь в зкоупругого материала Cl J.

Недостаток известного устройства невысока  точность измерени , котора  обусловлена несовпадением экспериментально получаемой зависимости параметров затухани  с реальной зависимостью из-за поддержани  амплитуды входного ускорени  в устройстве при сн тии амплитудно-частотной характеристики посто нной. Поскольку в реальных системах с внутренним трением поглощение зависит от амплитуды перемещени , в результате испытаний имеет место искажение действительной зависимости поглощени  от частоты.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство, содержащее блок задани  величины раст гивающего усили , соединенный с подвижным и неподвижным зажимами дл  установки образца исследуемого материала, а также инерционный элемент , блок отображени  информации, блок измерени  деформации образца, св занный с подвижным зажимом, и св занный с инерционным элементом датчик колебаний, подключенный к входу усилител . Это устройство позвол ет исследовать деформативные свойства материала нагруженных магнитных лент 23.

К недостаткам этого устройства относ тс  невозможность получени  количественных характеристик внутреннего трени  в материале испытуемого образца из-за отсутстви  в устройстве режима свободных затухающих колебаний и больша  погрешность измерений вследствие вли ни  на результа06592

ты измерений случайных флуктуации ,условий проведени  эксперимента и изменений ненаблюдаемой остаточной деформации.

5 Цель изобретени  - повышение точности определени  динамических характеристик материалов при расширении диапазона статических и динамических нагрузок.

0 Дл  достижени  поставленной цели .в устройство, содержащее блок задани  величины раст гивающего усили , соединенный с подвижным и неподвижным зажимами дл  установки

5 образца исследуемого материала, а

также инерционньй элемент, блок отображени  информации, блок измерени  деформации образца, св занный с подвижным зажимом, и св занный с инерционным элементом датчик колебаний, подключенный к входу усилител , введены формирователь параметров импульсной переходной характеристики , блок сопр жени , вычислитель,

5 первый и второй режимные переключатели , арретир, блок измерени  нат жени  образца, датчик начальных отклонений, блок установки начальных отклонений и задатчик начальных

0 отклонений, при этом усилитель подключен через формирователь к первому входу блока сопр жени , первый режимный переключатель - к арретиру , соединенному с подвижньгм зажимом , первый выход датчика начальных отклонений подключен через последовательно соединенные блок установки начальных отклонений и второй режимный переключатель к задатчику на- чальных отклонений, св занному с инерционным элементом, соединенным с датчиком начальных отклонений, второй выход которого подключен к второму входу блока сопр жени , треt тий вход которого соединен с выходом блока измерени  деформации, четвертый вход - с выходом блока . измерени  нат жени , а выход блока сопр жени  через вычислитель - к

блоку отображени  информации.

Введение в известное устройство перечисленных узлов обеспечит высокую достоверность и воспроизводимость результатов измерений, увели- 5 чит точность и быстродействие оценки нелинейных составл ющих в зкоупругих сил, позволит провести распознавание отдельных их составл ю3

щих в широком диапазоне статических и динамических нагрузок, автоматизи ровать процесс вычислени  динамических характеристик определени  нелинейной зависимости параметров внутреннего трени  от амплитуды колебаний, величины входного воздействи  и конструктивных параметров лентопрот жного механизма.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - его структурна  схема; на фиг. 3 - временные диаграммы, по сн кщие работу устройства.

Устройство дп  исследовани  динаШческих характеристик материала с внутренним треинем образца 1 содержит подвижный зажим 2 и неподвижный зажим 3 дл  установки образца, блок 4 измерени  нат жени , арретир 5, подключенный к первому режимному переключателю 6, блок 7 задани  величины раст гивающего усили , блок 8 измерени  деформации образца, инерционный элемент 9, закрепл емый на образце 1 исследуемого материала на одинаковом рассто нии оТ зажимов 2 и 3, датчик 10 начальных отклонений, блок 11 установки начальных отклонений , второй режимшлй переключатель 2f задатчик 13 начальных отклонений , датчик 14 колебаний, усилитель 15, формирователь 16 параметров импульсной переходной характеристики, блок 17 сопр жени , подключенный выходом через вычислитель 18 к блоку 19 отображени  информации.

Блок 4 измерени  нат жени  сострит из чувствительного элемента 20, преобразовател  21 и усилител  22.

Блок 7 задани  величины раст гивающего усили  состоит из основани  23, стойки 24, узла 25 грубой установки величины раст гивающего усили  и узла 26 точной установки величины раст гивающего усили .

Блок 8 измерени  деформации образца состоит из чувствительного элемента 27, преобразовател  28 и усилител  29.

Блок 11 установки начальных отклонений состоит из схемы 30 сравнени , реостатного делител  31 и регулируемого источника 32 питани .

Формирователь 16 параметров импульсной переходной характеристики состоит из дете1стора 33 моментов перехода через нуль, дифференциатора

50659Л

34, преобразовател  35 частота-напр жение , формировател  36 экстремумов и схемы 37 выборки-хранени .

Образец 1 исследуемого материала J св за.н с чувствительным элементом 20 блока 4 измерени  нат жени . Арретир 5 механически св зан с подвижнь м зажимом 2 и подключен к первому режимному переключателю 6, Датчик 10

0 начальных отклонений подключен к инерционному элементу 9 и соединен одним из своих выходов с одним из ,входов схемы 30 блока 11 уста-i новки начальных отклонений. Выход

5 регулируемого источника 32 питани ,  вл к дийс  выходом блока 11, через второй режимный переключатель 12 подключен к задатчику 13 начальных отклонений, св занному с инерционным

Q элементом 9, подключенным одним из выходов к датчику 10, а другим выходом через последовательно соединенные датчик 14 колебаний, усилитель 15, формирователь 16 к первому

5 входу блока 17 сопр жени , к второму входу которого подключен второй выход датчика 10 начальных отклонений , к третьему входу-выход; блока 8 измерени  деформаций образца, а

„ к четвертому входу - выход блока 4 измерени  нат жени . Зажимы 2 и 3 вьшолнены с возможностью регулировки усили  захвата. Чувствительный элемент 20 выполнен в виде датчика струнных колебаний. Арретир 5 представл ет собой электромагнитную муфту с большим удерживающим усилием . Режимные переключатели 6 и 12 выполнены в виде электронных ключей, причем первый режимный переключатель 6 включён в цепь питани  обмотки арретира 5. Чувствительный элемент 27 и датчик 10 начальных отклонений представл ет собой индуктивные датчики перемещений. Инерционный элемент 9 представл ет собой зажим из магнитом гкого материала и  вл етс  сердечником электромагнита - задатчика 13 начальных отклонений. Датчик 14 колебаний выполнен в виде пьезоакселерометра типа КД-91. Вычислитель 18 и блок 19 отображени  информации представл ют собой соответственно микроэвм Электроника-60 и дисплей типа РИН-609 с термопечатак цим устройством ТПУ-15ВВ.

Устройство работает следующим образом. Образец 1 исследуемого материала закрепл етс  в зажимах 2 и 3. На одинаковом рассто нии от последних закрепл етс  инерционный элемент 9. В исходном состо нии режиме полустройство работает в зучести. При этом ключева  схема первого режимного переключател  6 обесточивает обмотки арретира 5 и поэтому осевые перемещени  подвижного зажима 2 не имеют ограничений, С помощью узлов 25 и 26 соответственно грубой и точной установки раст гивающего усили  блока 7 задани  величины раст гивающего усили  подвижный зажим 2 перемещаетс  вдоль стойки 24 относительно основа ни  23, что приводит к по влению сигналов на выходе чувствительного элемента 20 блока 4 измерени  нат жени .  и на выходе чувствительного элемента 27 блока 8 измерени  деформации образца, которые после пре образовани  и усилени  поступают соответственно на четвертый и трети входы блока 17 сопр жени . С выхода последнего сигналы через вычислитель 18 поступают на вход блока 19 отображени  информации, где регистрируютс  и считываютс . С помощью узла 26 точной установки раст гиваю щего усили  по показани м блока 19 .отображени  информации задаетс  вел чина раст гивающего усили  из диапа зона исследуемых статических нагрузок . В  чейках пам ти вычислител  18 происходит при этом запоминание величины усили  и соответствующей ему деформации. Затем устройство с помощью режимного переключател  6 переводитс  в режим релаксации нап р жени . Дл  этого с помощью ключе вой схемы первого режимного переклю чател  6запитываетс обмотка аррети ра 5, т.е. фиксируетс  положение подвижного элемента 2 в осевом направлении при сохранении ранее установленной величины раст гивающего усили . Кроме того, выход блока 11 установки величины начальных отклонений подключаетс  с помощью ключевой схемы второго режимного переклю чател  12 к входу задатчика 13 нача ных отклонений. С помощью блока 11 установки начальных отклонений, а также,задатчика 13 и датчика 10 на чальных отклонений задаетс  началь ное отклонение инерционного элемен 96 та 9 от положени  равновеси , привод щее к по влению сил упругого сопротивлени  образца 1 исследуемого материала . После завершени  переходных процессов сигнал с выхода датчика 10 поступает через блок 17 сопр жени  и вычислитель 18 на вход блока 19 отображени  информации, где с. тываетс  и регистрируетс . При этом происходит запоминание начальных условий отклонени  Х-,(0) Х,„ и скорости В  чейках пам ти вычислител  18. Затем с помощью ключевой схемы второго режимного переключател  12 задатчик 13 отключаетс  от выхода блока 11 и инерционный элемент 9 совершает свободные затухающие колебани , которые измер ютс  и усиливаютс  соответственно датчиком 14 и усилителем 15. С выхода последнего сигнал поступает на вход формировател  16 параметров импульсной переходной характеристики, с выхода которого сигналы, несущие информацию о периоде и экстремумах (фиг. 3) поступают через блок 17 сопр жени  на вход вычислител  18, где производитс  обработка сигналов и разбиение на классы составл кщих сил в зкоупругого сопротивлени , а также вычисление их количественных характеристик . Поскольку по своей физи-г ческой природе процессы внутреннего трени  в материалах  вл ютс  нелинейными процессами, то измерение параметров импульсной переходной характеристики производитс  дл  всего диапазона допустимых деформаций исследуемого материала путем возвращени  устройства периодически в исходное состо ние с помощью переключател  12 и задани  начальных условий Xj(0), X,(0), X,(0), Xj(0), с помощью блока 11 установки начальных отклонений. Шаг задаваемьж начальных условий определ етс  с помощью вычислител  18 по крутизне зависимости нелинейных составл кщих сил в зкоупругого сопротивлени  от амплитуды колебаний. Дл  опреде7 лени  количественных характеристик -сил внутреннего трени  используетс  аппроксимаци  этих сил функцией F,() этом случае выражение дл  коэффициента поглощени  Ч имеет вид гле V(A) ot-А - рассеиваема  за цикл энерг ги . По измеренным величинам А. в вычислителе 18 определ етс  экспери ментальна  зависимость коэффициента поглощени  от амплитуды колебаний v. Л. где ДА,, А f - А. С использованием метода наименьших квадратов дл  экспериментально сн той зависимости {A) определ ютс  параметры аппроксимирук дей зависимости (4). Расчет повтор етс  дл  начальных условий (2). Степень нелинейности упругих сил (,) определ етс  на основании зависимости угловой частоты свободных колебаний от полуразмаха Л 50 Результаты вычислений по соотношени м (4), (5) и (6) вывод тс  на блок 19 отображени  информации. Полученные результаты позвол ют одновременно построить кривые ползучести или релаксации и зависимость нзменени  динамических характеристик от развити  процессов ползучести или релаксации. Использование изобретени  позволит уменьшить разброс в определении величины динамических характеристик материалов с внутренним трением с 30 до 1% по сравнению с прототипом дл  жесткостных параметров, дл  демпфирующих параметров снижение погрешности не оцениваетс , так как в прототипе нелинейные составл ющие диссипативных сил не определ ютс . Кроме того, изобретение позволит существеиг но повысить оперативность контрол  путем снижени  времени, необходимого дл  получени  информации о динамических характеристиках по сравнению с прототипом за счет исключени  ручной обработки результатов измерени , а также повысить. воспроизводимость и достоверность результатов измерени  динамических характеристик и чувствительность устройства за счет автоматизации процесса исследовани .

SjfOKfxn

Фиг. 2.

Л//

e{ /-TS

57 .J./

CSpoc Пуск

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ С ВНУТРЕННИМ ТРЕНИЕМ, НАПРИМЕР ПАССИКОВ И МАГНИТНЫХ ЛЕНТ, содержащее блок задания величины растягивающего усилия, соединенный с подвижным и неподвижным зажимами для установки образца исследуемого материала, а также инерционный элемент, блок отображения информации, блок измерения деформации образца, связанный с подвижным зажимом, и связанный с инерционным элементом датчик колебаний, подключенный к входу усилителя, отличающееся тем, что, с целью повы шения точности определения динамических характеристик материалов при расширении диапазона статических и динамических нагрузок, в него введены формирователь параметров импульсной переходной характеристики, блок сопряжения, вычислитель, первый и второй режимные переключатели, арретир, блок измерения натяжения образца, датчик начальных отклонений, блок установки начальных отклонений и задатчик начальных отклонений, при этом усилитель подключен через формирователь к первому входу блока сопряжения, первый режимный переключатель - к арретиру, соединенному с подвижным зажимом, ·. первый выход датчика начальных отклонений подключен через последовательно соединенные блок установки начальных отклонений и второй режимный переключатель к задатчику начальных отклонений, связанному с

   SU ,,„1150659 инерционным элементом, соединенным с датчиком начальных отклонений, второй выход которого подключен к второму входу блока сопряжения, третий вход которого соединен с выходом блока измерения деформации, четвертый вход - с выходом блока измерения натяжения, а выход блока сопряжения через вычислитель - к блоку отображения информации.