SU1753335A1 - Способ определени коэффициента Пуассона материала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к определению механических свойств материалов. Цель способа - повышение точности Производ т нагруже- ние индентора, использу  плоский индентор, вдавливают его в материал, измер ют глубину вдавливани , силу вдавливани  и перемещени  поверхности материала на границе ее контакта с поверхностью индентора в Направлении , противоположном направлению вдавливани  индентора, по которым с учетом формы и размеров индентора суд т о коэффициенте Пуассона, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к определению механических свойств материалов.

Известен способ определени  коэффициента Пуассона путем испытани  образца из исследуемого материала на раст жение. Способ осуществл етс  следующим образом . Образец, представл ющий широкую пластину и имеющий продольную ось симметрии , закрепл ют в зажимах разрывной машины, раст гивают путем приложени  усилий к его торцам и фиксируют относительное удлинение образца в продольном направлении и относительное сужение в поперечном направлении. Коэффициент Пуассона определ етс  как отношение относительного сужени  к относительному удлинению образца.

Данный способ невозможно применить дл  использовани  покрытий, композитных и хрупких материалов и, кроме того, он не обеспечивает высокой точности.

Известен способ определени  коэффициента Пуассона, заключающийс  в том, что в материал дважды внедр ют цилиндрический индентор без сцеплени , и при его сцеплении с испытуемым материалом при одной и той же нагрузке йЖер ют глубину внедрени  в том w в другом случае, определ ют их отношение, по которому суд т о коэффициенте Пуассона и модуле упругости .

Недостатком способа  вл етс  низка  производительность из-за проведени  двух внедрений и выполнени  сцеплени  индентора с материалом и невысока  точность.

Известен способ определени  коэффициента Пуассона материала, заключающийс  в том, что материал нагружают вдавливанием сферического индентора, при этом регистрируют диаметр d п тна касани  индентора или его перемещени  д, замер ют деформацию е материала в радиальном или окружном направлении относительно направлени  вдавливани  и рассчитывают коэффициент Пуассона v no формуле

(Л

С

XJ

СП

СО

со

GO

сл

v

1-33T/M/4R/d3 2-3 /e/4R/d3

если регистрируют диаметр d п тна касани , или по формуле

1-З рУЈ/2УрГ(53 2-3 nfi/E/2 53

если регистрируют перемещение д ин- дентора,

где/з - рассто ние от места замера деформации до центра касани ;

R - радиус индентора.

Недостатком этого способа  вл етс  невысока  точность определени  коэффициента Пуассона, особенно дл  материалов, близких к несжимаемым, и пористых материалов , у которых значение коэффициента Пуассона близко или равно нулю.

Цель изобретени  - повышение точности определени  коэффициента Пуассона.

Поставленна  достигаетс  тем, что в способе определени  коэффициента Пуассона материала, заключающемс  в том, что нагружают индентор, вдавливают его в материал , измер ют глубину вдавливани  индентора , регистрируют перемещение исходной поверхности материала и с учетом формы и размеров индентора определ ют коэффициент Пуассона материала, используют плоский индентор, регистрируют перемещение исходной поверхности материала в направлении, противоположном вдавливанию индентора, и с его учетом определ ют коэффициент Пуассона материала.

На чертеже приведена схема реализации способа.

Способ реализуетс  следующим образом .

Испытуемый материал 1 устанавливают перпендикул рно оптической оси интерферометра 2 на жестком массивном основании 3. В силовой схеме установки, например, между основанием 3 и испытуемым материалом 1 устанавливают силоизмеритель 4, соединенный с регистрирующим прибором 5. В испытуемый материал 1 вдавливают индентор 6 при помощи т ги 7, соединенной с устройством 8, задающим и регулирующим усилие г ги 7. Индентор 6 выполнен в виде цилиндрического штампа из твердого высокомолеку- п рного материала, например стали ШХ-15, а три его вдавливании измерение глубины осуществл ют измерительной головкой 9 типа ГИП, опирающейс  на тыльную поверхность индентора 6.

Дл  проведени  измерений деформации испытуемого материала 1 за границей поверхности индентора б описанное устройство устанавливают на виброизолиро- 1занном оптическом столе 10, что позвол ет фиксировать интерферограмму 11 поверхности испытуемого материала 1 на соединенном с интерферометром 2 видеоконтрольном устройстве 12. По интерферограмме 11 определ ют размеры и форму деформированной поверхности испытуемого материала 1. По полученным измерени м и известным данным и константам определ ют коэффициент Пуассона v по формуле

„-1 .м- AV

(I)

ei V,

где А V - изменение обьема материала после вдавливани  индентора;

Ј1 - относительна  деформаци  материала в направлении вдавливани ;

Vi° - объем испытуемого материала до деформировани .

П р и м е р. В плоскую поверхность испытуемого образца из органического

стекла толщиной мм вдавливают индентор с плоской поверхностью диаметром мм. Измер ют при помощи тензометриче- ского датчика малых усилий величину силы вдавливани  индентора Р, привод щей к деформации поверхности материала. Деформацию поверхности и ее перемещени  за границей контакта с поверхностью индентора определ ли лазерным интерферометром. Глубину вдавливани  индентора д измер ли

головкой измерительной пружинной типа ИГП. По полученным данным: усилие вдавливани  Р-98Н, глубина вдавливани  (5 3, м, максимальна  величина перемещени  поверхности испытуемого материала в направлении , противоположном направлению вдавливани  ,63 10 6 м, ширина деформированной поверхности в радиальном направлении м и, зна  толщину м f испытуемого материала и модуль упругости

МПа, диаметр индентора мм. определ ют;

объем Vi° испытуемого материала до деформировани 

45

(|) ,7 -10

-8 м3;

объем Vi испытуемого материала, вытесненный индентором в направлении вдавливани  2-11

Vi jr-(J) -(5 6,28 10 м3;

объем V2 материала, вытесненного индентором в направлении, противополож- ном вдавливанию, в предположении, что поверхность его близка к тороидальной с радиусом , м

  b-h-R 1,85-10 11 м3 относительную деформацию ei материала в направлении вдавливани 

fit

-P

Я-(|) Е 1.72 10 3

Затем определ ют изменение объемадУ материала от вдавливани  индентора

AV V0-Vi -4,43«1(T11 м3

и по формуле, выведенной из известной зависимости, определ ют значение коэффициента Пуассона v.

1

2( ДУ eiV

)0.42 .

Полученное значение близко к известным значени м дл  органического стекла. Дл  веществ с коэффициентом Пуассона, близким к 0, например, пористых и близких к 0,5, дл  несжимаемых резиноподобных материалов предлагаемый метод расчета дает точные результаты

Предложенный способ определени  коэффициента Пуассона достаточно прост и точен за счет устранени  р да погрешностей и применени  высокоточных средств

измерений.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ определени  коэффициента Пуассона материала, заключающийс  в том, что нагружают индентор, вдавливают его в материал , измер ют глубину вдавливани  индентора , регистрируют перемещение исходной поверхности материала и с учетом формы и размеров индентора определ ют коэффициент Пуассона материала, отличающийс 

   тем, что, с целью повышени  точности, используют плоский индентор, регистрируют перемещение исходной поверхности материала в направлении, противоположном вдавливанию индентора, и с его учетом определ ют коэффициент Пуассона материала.

   J 5 в