Способ определения модуля упругости материала

 

(19) R (и) (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (23) 4940779/28 (22) 29.0391 (46) 30.10.93 Бка Йа 39-40 (71) Люберецкое научно-производственйое объединение "Союз" (72) Айзикович С.М. Македонов Ю.В„Герасев В.И. (73) Люберецкое научно-производственное объединение "Союз", (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к определению механических характеристик материалов с неоднородным поверхностным оюем и может быть использовано дпя определения модуля упругости изделий из полимерных материалов. 8 аюсобе производят измерение упругой твердости поверхностного слоя изделия Используют два цилиндрических индентора разных диаметров. На основе полученных данных расчитывают модуль упругости поверхностного и глубинных слоев Зто возможно потому, что каждый индентор "измеряет" некоторые средние характеристики слоя, толщина которого пропорциональна диаметру индентора. Поэтому в результатах измерений при помощи двух инденторов разного диаметра содержится информация, на основе которой при помощи разработанного метода расчета можно определить модуль упругости как глубинных, так и поверхностных слоев Относительная жесткость поверхностного слоя /по отношению к глубинным слоям/, при постоянстве коэффициента

Пуассона в материале, не зависит от абсолютного значения коэффициента Пуассона 3 ил.

2002237

Изобретение относится к определению механических характеристик материалов с неоднородным поверхностным слоем, а именно к определению модуля упругости посредством вдавливания в поверхность материала индентора, и может быть использовано для определения модуля упругости изделий иэ полимерных материалов.

Известны способы определения модуля упругости посредством вдавливания в поверхность изделия сферического или цилиндрического индентора. При первом способе в материал усилием P вдавливают жесткий шарик и измеряют его осадку. Модуль упругости Е для одной иэ разновидностей резин определяют по формуле:

Е =0,80 P D h . где P — усилие, D — диаметр шарика, h — глубина погружения шарика, Š— модуль Юнга.

Наиболее близким техническим решением, избранным в качестве прототипа, является способ определения модуля упругости, при котором вдавливают в поверхность изделия цилиндрический индентор с постоянной скоростью и определяют начальный наклон диаграммы усилие-перемещение. а по нему — модуль .упругости материала.

Недостатком данного способа является то, что точная оценка модуля упругости определяется по толщине. Однако для изделий из полимерных материалов значения модуля упругости поверхностных и глубинных слоев могут быть существенно различны, например иэ-за особенностей технологического процесса. В этом случае, используя известные методы, определяют модуль упругости, являющийся некоторой средней величиной между модулем упругости поверхностного и глубинных слоев материала.

Целью изобретения является повышение точности определения модуля упругости в иэделии посредством on ределения как модуля упругости глубинных слоев материала, так и модуля упругости поверхностного слоя, Это достигается тем, что используют двэ цилиндрических индентора разных диаметров. Так как каждый индентор "измеряет" некоторые средние характеристики слоя, толщина которого пропорциональна диаметру индентора, то по данным. полученным с использованием обоих инденторов, можно определить модуль упругости материала как на поверхности, так и в глубине.

Способ илл острируется на фиг,1-3.

При вдавливании цилиндрического индентора в поверхность однородного материала величина Е, = 4Р/zcCH {жесткость основания) является постоянной и не зависит от размеров штампа, где D — диаметр индентора; д — перемещение индентора под действием силы Р, Она связана с модулем упругости Е.следующим соотношением:

Е = Ев (л(1 — Р)/4). где v — коэффициент

Пуассона, В случае воздействия индентора на неоднородный материал величина Ев зависит от диаметра индентора. Используя это свойство и применяя два индентора различного диаметра можно определить степень неоднородности материала в поверхностном слое.

Пример. В одном из технологических процессов изготовления полимерных материалов получается более жесткий поверхностный слой толщиной около 3 мм, причем модуль упругости в этом слое меняется примерно по линейному закону. Коэффициент

Пуассона и этого материала около 0,5. Для определения жесткости основания Ев испольэовали цилиндрические инденторы с диаметрами 2,33 и 10,0 мм.

Для различных значений отношений (Enon/Ern) от 1,0 до 2,0 через 0,2 для толщины поверхностного слоя 3,0 мм были рассчитаны значения отношений Ев1/Еа и Ев2/Ев,одн, где Ев1, Ев2 жесткость основания для инденторов диаметра 2,23 и 10,0 мм соответственно прИ выдавливании их в материал с неоднородным поверхностным слоем:

Ев.одн — гипотетическая жесткость основания для однородного материала с модулем, равным модулю глубинных слоев исследуемого материала.

Для одного образца материала были получены значения Ев = 125.8 МПа (усилие

88 Н при глубина вдавливания 0,4 мм индентора диаметром 2,23 мм). Ев2 = 100,0 МПа (усилие 940 Н при глубине вдавливания 1,2 мм индентора диаметром 10,0 мм).

Посредством интерполяции данных из таблиц Рассчитанных паРаметРов Ев1/Ев2 и

Ев2/Ев,одн были получены значения Ern =

=53 МПА, Еоов = 8б МПа, Таким образом использование предложенного способа позволяет определить модуль упругости материалов как в глубине, так и на поверхности. (56) Иэраелит Г,Ш. Механические испытания резины и каучука. Л.: Гос.научно-технич, иэдво химической литературы, 1949, с, 219, 2002237

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЛ YCIРУГОСТИ МАТЕРИАЛА, заключающийся в . том, что в поверхность испытуемого материала вдавливают цилиндрический индентор; регистрируют нагрузку на индентор и глубину вдавливания индентора и по ним определяют модуль упругости материала, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностеи, поверхность испытуемого материала вдавливают второй цилиндрический индентор, диаметр основания которого отличен от

5 диаметра основания первого цилиндрического индентора, регистрируют нагрузку, действующую на второй цилиндрический индентор, и с ее учетом определяют модуль упругости материала, 10

2002237

Ев/&1

И

Составитель Ю.Македонов

Редактор Т, Юрчикова Техред M.Mîðãeíòàë КоРРектоР М. Ткач

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3170

Пооизволственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгоооа, vn. Гагаоина. 101