Способ измерения вязкоупругих характеристик материалов

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ, основанный на измерении угла закручивания и крутящего момента при вынужденных крутильных колебаниях испы-туемого образца, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа, испытуемый образец закрепляют в подвесках с известной жесткостью в осевом напряжении, дополнительно измеряют амплитуду и фазу колебаний второй гармоники осевых колебаний, изменяют жесткость подвесок с последующим измерением амплитуды и фазы второй гармоники, а расчет искомых характеристик осу (Л ществляют по известным формулам. Од СО ю о Од

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) С 01 N 11/16 (21) 3615081/24-25

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (22) 07.07.83 (46) 23.06.85. Бюл. Ф 23 (72) Л,П.Ульянов (71) Центральное конструкторское бюро уникального приборостроения

Научно-технического объединения

АН СССР (53) 532,137(088,.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N- 589568, кл. G 01 N 11/16, 1967.

2, Форган Р.П. Улучшенная конструкция крутильного вискозиметра для исследования полимеров, — "Приборы для научных исследований", 1965, Ф 3, с. 53-60 (прототип).

„„SU „„1163206 (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ, основанный на измерении угла закручивания и крутящего момента при вынужденных крутильных колебаниях испытуемого образца, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа, испытуемый образец закрепляют в подвесках с известной жесткостью в осевом напряжении, дополнительно измеряют амплитуду и фазу колебаний второй гармоники осевых колебаний, изменяют жесткость подвесок с последующим измерением амплитуды и фазы второй гармоники, а расчет искомых характеристик осуществляют по известным формулам.

1163206

Изобретение относится к области измерения вязкоупругих характеристик материалов с помощью сдвигового деформирования образцов в широкой области низких частот. 5, Известен способ измерения вязкоупругих характеристик материалов, основанный на параметрической компенсации управляющего (возмущающего) воздействия, благодаря чему с высо- 10 кой точностью определяют компоненты комплексного модуля сдвига (1).

Наиболее близким к изобретению является способ измерения вязкоупругих характеристик материалов, заклю- 15 чающийся в том, что измеряют угол закручивания и крутящий момент при вынужденных крутильных колебаниях испытуемого образца и по измеренной амплитуде деформаций или измеренном 20 крутящем моменте и сдвигу фаз между напряжением (крутящим моментом, сдвиговым усилием) и деформацией рассчитывают. с учетом фактора формы компоненты комплексного модуля сдви- 25 га другие характеристики материала (2 J.

Однако при кручении образца ма териала, как просто при,сдвиге, практически возникают нормальные напряжения, в некоторых случаях (эффект Вайссенберга) на десятичные порядки превышающие тангенциальные.

В динамическом режиме деформирования под воздействием нормальных напряжений возникают соответствующие деформации образца, перпендикулярные сдвиговому деформированию, на которые расходуется неучитываемая часть энергии. Величина этих 4 деформаций зависит от комплексных упругостей держателей образца в нормальном направлении и, в конечном счете, от формы образца и конструктивных особенностей испытательной машины, прибора, на которых изучаются динамические механические характеристики материалов. В зависимости от величины нормальных деформаций большая или меньшая часть приложенного крутящего момента ипи сдвигового усилия идет на возбуждение нормальных деформаций, величина которых до сих пор не учитывалась, а следовательно, значения сцвиговых характеристик материалов получались большей или меньшей степени ошиочными. Этот факт является одной из главных причин невоспроизводимости характеристик одного и того же материала, полученных на различных по конструкции приборах.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей способа испытаний при крутильных колебаниях образца материала за счет учета взаимного влияния сдвиговых и объемных деформаций образца.

Поставленная цель достигается тем, что при способе измерения вязкоупругих характеристик материалов, основанном на измерении угла закручивания и крутящего момента при вынужденных крутильных колебаниях испытуемого образца, последний закрепляют в подвесках с известной жесткостью в осевом направлении, дополнительно измеряют амплитуду и фазу колебаний второй гармоники осевых колебаний, изменяют жесткость подвесок с последующим измерением амплитуды и фазы второй гармоники, а расчет характеристик осуществляют по известным формулам.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения вязкоупругих характеристик материалов.

Устройство состоит из генератора 1 механических крутильных колебаний, образца 2 с задаваемыми амплитудой и частотой деформирования, датчика 3 крутящих моментов, датчика 4 нормальных деформаций, подвеса 5 с задаваемой комплексной упругостью, держателей 6 образца и анализирующего устройства 7 °

Устройство работает следующим образом.

Генератором 1 задаются амплитуда и частота сдвигового деформирования образца 2, закрепленного в держателях 6. При этом с помощью датчика 3 измеряется приложенный к образцу 2 крутящий момент, а с помощьюдатчика 4 измеряются амплитуда и фаза второй гармоники осевых колебаний верхнего держателя, возникающих, например, вследствие существования эффекта нормальных напряжений. Данные измерений датчиков 3 и 4, а также заданные значения амплитуды и частоты деформирования образца и комплексной упругости подаются на анализатор 7, с помощью которого вычисляются искомые характеристики.

1163206

Составитель В.Крутин

Техред О..Неце Корректор О.Луговая

Редактор И.Николайчук

Заказ 4097/42 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4

Пример. Берут образец монодисперсного полибутадиена с молекулярной массой 85000, наружным диаметром 4 10 м, внутренним диаметром 3,2-10 м и высотой 3 -10 и. На частоте 100 Гц задается амплитуда крутильных колебаний 0,002 рад и устанавливается жесткость подвеса 5 0,88 ° 10 н/м.

Измеренный комплексный крутящий момент по модулю 8,00 10 н м, амплитуда второй гармоники 3-10 м.

Жесткость подвеса 5 изменяется вдвое и составляет 1,76-10 н/м. При этом амплитуда второй гармоники t 45 10 м, а крутящий момент 7,9 х х 10 н.м. Вычисленные значения по модулю. комплексного модуля сдвига и модуля растяжение-сжатие соответственно 1, 0 - 10 и 1, 4 ° 10 Па.

Таким образом, изобретение расширяет функциональные возможности

5 известных способов и позволяет получить уточненные значения комплексного модуля сдвига, а также измерить и вычислить комплекснйй модуль растяжение-.сжатие, амплиту1ц ды осевых и радиальных деформаций и осевых сил (напряжений) . IIo этим величинам, в свою очередь, могут вычисляться такие качественно новые характеристики материалов, как

1 коэффициент объемного деформирования, коэффициент трансформации крутящего момента в нормальные напряжения, шаровой и скашивающий тензоры сил и деформаций.