Способ определения прочности материала, включающий измерение электрического сопротивления образца

 

Использование: в измерительной технике, в частности при неразрушающем контроле твердых материалов. Сущность изобретения: для определения прочности образца в виде углеродной нити, состоящей из элементарных углеродных нитей одинаковой длины, измеряют электрическое сопротивление углеродной нити и разрывную нагрузку элементарного волокна. Разрывную нагрузку углеродной нити определяют из соотношения P=P_i · R_i/R, где P_i - разрывная нагрузка элементарного волокна, R - электрическое сопротивление углеродной нити, R_i - электрическое сопротивление элементарного волокна. 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к методам определения механических свойств материалов.

Целью изобретения является уменьшение трудоемкости определения разрывной нагрузки углеродной нити. Способ определения прочности материала, включающий измерение электрического сопротивления образца, отличающийся тем, что для образца в виде углеродной нити фиксированной длины, состоящей из элементарных углеродных нитей соответствующей длины, измеряют электрическое сопротивление, разрывную нагрузку элементарного волокна, может найти широкое применение в ходе технологического процесса формирования углепластика.

Известен способ ультразвукового контроля по А.С. N 1682904, кл. G 01N 29/20, выданному Б. Ф.Борисову, А.И.Недбаю, который заключается в том, что возбуждают импульс ультразвуковых колебаний в плоскопараллельном образце, соединенном с обеспечением акустического контакта по крайней мере с одним звукопроводом, принимают эхо-импульсы из образца и измеряют их характеристики, по которым проводят контроль. С целью повышения точности контроля перед возбуждением в образце ультразвуковых колебаний присоединяют к контактным поверхностям образца слой контактного материала заданной толщины. При проведении ультразвукового контроля по величине эхо-импульсов толщину слоя устанавливают из соотношения d=1/2αl·n·D²₁·n/2lΔα_o, где D₁ коэффициент прохождения ультразвуковой волны через границу образец контактный слой; Δα_o абсолютная величина требуемой погрешности определения затухания ультразвука в контролируемом образце; α величина затухания ультразвуковых колебаний в материале контактного слоя; l длина образца; n=1,2 количество контактных слоев.

При проведении ультразвукового контроля по временным интервалам между эхо-импульсами толщину слоя устанавливают из соотношения d=1/2αl·n·R₂D₁U·n/R₁·W·L·S₁, где R₁ и D₁ коэффициенты отражения и прохождения ультразвуковых волн на границе образец контактный слой; R₂ коэффициент отражения ультразвуковых волн на границе контактный слой звукопровод;
α величина затухания ультразвуковых волн в материале контактного слоя;
S₁ относительная величина требуемой точности определения скорости распространения ультразвуковых колебаний;
L и U длина образца и скорость ультразвука в нем соответственно;
n=1,2 количество контактных слоев в акустической ячейке;
W частота ультразвукового контроля.

Материал слоя выбирают удовлетворяющим условию
(Z_o-Z_e)/(Z_o+Z_e)=A,
где Z_o табличное значение волнового сопротивления материала образца;
Z_e табличное значение волнового сопротивления материала контактного слоя: при использовании двух звукопроводов; при использовании одного звукопровода.

Недостатком способа является существенное влияние на принимаемый эхо-импульс переходного сопротивления контакта, которое соизмеримо с сопротивлением материала на ультразвуковой частоте. Это, в конечном счете, определяет низкую точность измерения. Другой существенный недостаток способа объясняется необходимостью проведения трудоемких испытаний, требующих значительных затрат времени. Это приводит к сужению области использования данного способа, поскольку он может быть применен только в лабораторных условиях.

Известен способ определения усилия текучести при испытании проволочного образца на растяжение по А.С. N 1779975, кл. G 01N 3/08, выданному Г.К.Субботину, А.В.Белову, А.Н.Латохину. Суть изобретения заключается в том, что в качестве критерия начальной пластической деформации принято изменение электрического сопротивления в локальной зоне рабочей части образца, вызванное пластическим течением, по сравнению с упруго-напряженной остальной зоной рабочей части образца. Локальное изменение электросопротивления улавливается путем включения рабочей части образца в роли четырех плеч в схему уравновешенного моста Уитстона, а усилие локальной текучести определяется в момент разбалансировки моста по нуль-индикатору.

Недостаток данного способа определения механической характеристики материала заключается в невозможности его применения к хрупким тонковолокнистым материалам, для которых неоднократное перемещение зажимов по образцу при нагружении в момент растяжения ведет к разрушению образца и не позволяет с нужной точностью определить необходимые характеристики. Данный недостаток не позволяет использовать этот способ в ходе технологического процесса формирования углепластиков прототип.

Предлагаемый способ определения прочности материала, включающий измерение электрического сопротивления образца, отличается тем, что для образца в виде углеродной нити фиксированной длины, состоящей из элементарных углеродных нитей соответствующей длины, измеряют электрическое сопротивление, разрывную нагрузку элементарного волокна, а разрывную нагрузку углеродной нити определяют из соотношения
P P_i · R_i/R,
где P_i разрывная нагрузка элементарного волокна,
R электрическое сопротивление углеродной нити,
R_i электрическое сопротивление элементарного волокна.

Несмотря на исторически-традиционное применение и использование метода сопротивления при контроле различных параметров, введенные причинно-следственные связи между разрывной нагрузкой нити и электрическим сопротивлением волокна приводят к новому положительному эффекту снижению трудоемкости определения разрывной нагрузки углеродной нити и одновременному сокращению времени измерения при автоматизации технологического процесса формования углепластика и соответствует критерию "новизна".

Предложенный способ отличается низкой трудоемкостью определения разрушающей нагрузки углеродной нити и малым временем измерения при автоматизации технологического процесса формования углепластика.

Предложенный способ определения прочности материала поясняется фиг. 1 и 2, на которых 1 прорезь, 2 линия сгиба, 3 элементарное волокно, 4 - клей, 5 бумажная рамка, 6 захваты, 7 рычаг аналитических весов, 8 - нагружающее устройство, 9 набор грузов, 10 фиксатор грузов.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Электрическое сопротивление элементарного волокна 3 R_i определяется с помощью стандартных приборов на фиксированной длине l. Для измерения R_i элементарное волокно 3 вклеивается в бумажную рамку 5. Затем определяется разрывная нагрузка P_i или по паспортным данным, или экспериментальным методом на разрывной машине, или на установке для определения физико-механических характеристик элементарного углеродного волокна 3.

В последнем случае рамка 5 с вклеенным образцом 3 закрепляется в захватах 6 установки и разрезается. С помощью нагружающего устройства 8, состоящего из набора грузов 9 и фиксаторов грузов 10, элементарное волокно нагружается до разрушения. По данным испытаний определяется средняя величина разрушающей нагрузки волокна P_i. В дальнейшем измеряется электрическое сопротивление углеродной нити R, состоящей из n целых элементарных волокон, на фиксированной длине l стандартными методами.

Разрывная нагрузка P углеродной нити по разрывной нагрузке элементарного волокна P_i определяется из соотношения
P P_i · R_i/R.

Формула изобретения

Способ определения прочности материала, включающий измерение электрического сопротивления образца, отличающийся тем, что для образца в виде углеродной нити фиксированной длины, состоящей из элементарных углеродных нитей соответствующей длины, измеряют электрическое сопротивление, разрывную нагрузку элементарного волокна, а разрывную нагрузку углеродной нити определяют из соотношения
P P_i · R_i/R,
где P_i разрывная нагрузка элементарного волокна;
R электрическое сопротивление углеродной нити;
R_i электрическое сопротивление элементарного волокна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2