Устройство для измерения поперечной деформации высокоэластичных материалов

Изобретение относится к области исследования свойств легкодеформируемых материалов. Сущность: устройство содержит систему зажимов образца материалов, механизм задания продольной деформации, датчик измерения и регистрирующий блок, шкалы нагружения и продольной деформации, выполненные в виде оцифрованных оптоэлектронных линеек. Датчик измерения выполнен в виде компьютерной мыши, жестко соединенной со стрелкой-расправителем спиралевидной кромки и обеспечивающей возможность перемещения упомянутой стрелки-расправителя между осевой линией и кромкой образца в деформированном состоянии при постоянном контакте с поверхностью образца. Регистрирующий блок представляет собой персональный компьютер с блоком сопряжения и выполнен с возможностью записи показаний шкал нагружения и продольной деформации через блок сопряжения в память компьютера, преобразования величины перемещения стрелки-расправителя при помощи программных средств по заданному алгоритму в значения поперечной деформации, коэффициента сужения и условного коэффициента Пуассона, а также с возможностью визуализации на экране монитора перемещений стрелки-расправителя и полученных результатов преобразования. Технический результат: повышение точности измерения поперечной деформации при одновременном упрощении устройства и расширении его технологических возможностей. 1 ил.

 

Изобретение относится к приборостроению для легкой и текстильной промышленности и может быть использовано для исследования деформационных характеристик легкодеформируемых высокоэластичных материалов типа тканей и трикотажных полотен с вложением полиуретановых нитей.

Известен прибор [Бузов Б.А. Практикум по материаловедению швейного производства. - М.: Издательский центр «Академия», 2003, с.103-104] для измерения продольной и поперечной деформаций текстильных материалов, который содержит средства для закрепления материала, выполненные с возможностью перемещения друг относительно друга по двум взаимно перпендикулярным направлениям, и систему считывания продольной и поперечной деформаций при одноосном нагружении. К недостаткам этого прибора следует отнести технологические ограничения, возникающие при исследовании высокоэластичных материалов вследствие появления при одноосном нагружении краевого эффекта в виде спиралевидной кромки по длине образца. При этом определение величины поперечной деформации (сужения) образца технологически и технически затруднено вследствие необходимости расправления спиралевидной кромки посредством ручных приемов и удержания ее в расправленном состоянии в ходе измерения, что создает дополнительные труднопрогнозируемые погрешности не инструментального характера.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения поперечной деформации высокоэластичных материалов [патент РФ №2002243, опубл. 30.10.93 г.], которое содержит механизм задания продольной деформации в виде разрывной машины, датчик измерения, регистрирующий блок, оптическую систему и предметную рамку, выполненную из двух частей, одна из которых неподвижно связана с оптической системой, а другая установлена с возможностью поворота относительно первой, при этом в ней выполнены прорези для прохождения светового потока, в центральной части расположена игла, предназначенная для фиксации материала, при этом датчик измерения выполнен в виде фотоэлемента, установленного на поворотной части предметной рамки.

Недостатком этого устройства является его сложность, обусловленная закреплением устройства в процессе измерения непосредственно на образце, что создает неудобства в работе и вносит погрешность в результаты за счет веса самого устройства. Для устранения краевого эффекта (спиралевидности кромок) в известном устройстве материал пропускают между двумя ограничивающими плоскостями, что увеличивает погрешность измерения за счет наличия сил трения. Кроме того, на точность измерения известного устройства влияет погрешность, связанная с неизбежными флюктуациями интенсивности исходного светового потока.

Задачей создания изобретения является повышение точности измерения поперечной деформации при одновременном упрощении устройства и его применения, а также расширение его технологических возможностей.

Поставленная задача решается устройством для измерения поперечной деформации высокоэластичных материалов, содержащим систему зажимов образца, механизм задания продольной деформации, датчик измерения и регистрирующий блок, которое, в отличие от известного устройства, дополнительно содержит шкалы нагружения и продольной деформации, выполненные в виде оцифрованных оптоэлектронных линеек, одна из которых тарирована в зависимости от податливости динамометрического элемента и свойств материала, при этом датчик измерения выполнен в виде компьютерной мыши, жестко соединенной со стрелкой-расправителем спиралевидной кромки и обеспечивающей возможность перемещения упомянутой стрелки-расправителя между осевой линией и кромкой образца в деформированном состоянии при ее постоянном контактном взаимодействии с поверхностью образца, регистрирующий блок включает персональный компьютер и блок сопряжения и выполнен с возможностью записи показаний шкал нагружения и продольной деформации через блок сопряжения в память компьютера, преобразования величины перемещения стрелки-расправителя при помощи программных средств по заданному алгоритму в значения поперечной деформации ΔН, коэффициента сужения и условного коэффициента Пуассона

где ΔH=Н₀-Н_i (Н₀ и H_i - значения исходной ширины образца и его ширины при продольной деформации Δl_i=l_i-l₀); (l₀ и l_i - значения исходной и конечной длины образца);

- относительная деформация образца по ширине;

- относительная деформация образца по длине, а также с возможностью визуализации на экране монитора перемещений стрелки-расправителя и результатов преобразования.

Структурно-кинематическая схема устройства наглядно представлена на чертеже.

Функциональная часть прибора содержит зажимы 1 и 2 образца 3 с реперными метками 4, опорную плоскость 5 для образца, винтовые передачи 6 и 7 и тарированные оптоэлектронные шкалы (линейки) 8 и 9.

Винтовая передача 6 и опорная плоскость 5 обеспечивают условия непровисания образца в ходе исследования, при этом складкообразование исключают посредством незначительного начального нагружения.

Винтовая передача 7 совместно с упругим элементом 10 обеспечивают динамометрическое нагружение образца и его продольную деформацию, контролируемые посредством тарированных оптоэлектронных шкал (линеек) 8 и 9, а также перемещающихся совместно с зажимом 1 ИК-диодов 11 и 12 с записью информации через блок сопряжения 13 в память персонального компьютера 14.

Заявляемое устройство содержит компьютерный манипулятор - компьютерную мышь 15, способную перемещаться по опорной плоскости 16 и жестко связанную со стрелкой-расправителем 17, которая предназначена для сканирования исследуемого образца в поперечном направлении при непосредственном контакте с его поверхностью и одновременного расправления спиралевидной кромки образца в его деформированном состоянии.

Устройство работает следующим образом.

После внесения исходных данных (начальные параметры образца, вид материала, его волокнистый состав и т.д.) в память персонального компьютера 14 и закрепления образца 3 по условию совпадения нанесенной на нем базовой (нулевой) линии (оси симметрии образца или другой линии, смещенной параллельно ей), условно принимаемой за линию отсчета, с реперными метками 4 зажимов 1, 2 осуществляют настройку нулевого значения поперечной деформации и с помощью компьютерной мыши 15 обеспечивают установку стрелки-расправителя 17 в базовом (нулевом) положении.

Посредством винтовой передачи 7 и динамометрической системы нагружения 9 осуществляют перемещение зажима 1 на заданную величину продольной деформации образца 3, при этом информация о величинах продольного перемещения и нагружении поступает через блок сопряжения 13 в память компьютера 14.

Зафиксировав положение стрелки-расправителя 17 относительно осевой линии, путем передвижения компьютерной мыши 15 по опорной плоскости 16 жестко связанную с компьютерной мышью стрелку-расправитель 17 перемещают в поперечном направлении от базовой линии к боковому срезу материала, расправляя при этом образовавшуюся спиралевидную кромку образца.

На экране монитора персонального компьютера реальное перемещение стрелки-расправителя 17 визуализируется в виде перемещения курсора и посредством программных средств преобразуется в значение поперечной деформации образца ΔН=H₀-Н_i, где Н₀ и H_i - соответственно значения исходной ширины образца и его ширины при продольной деформации Δl_i=l_i-l₀, при этом l₀ и l_i определяются как значения исходной и конечной длины образца.

При фиксированных величинах нагружения материала и его продольной деформации с использованием загруженной в память персонального компьютера информации расчетным путем с помощью программных средств определяется коэффициент сужения материала как отношение абсолютного значения деформации образца по ширине ΔН к его абсолютной деформации по длине Δl, т.е.

Таким же образом рассчитывается условный коэффициент Пуассона как отношение поперечной деформации образца к его продольной деформации, т.е. где - относительная деформация образца по ширине; - относительная деформация образца по длине.

Полученные результаты расчетов визуализируются на экране монитора

При изменении исходных данных и условий эксперимента цикл измерения повторяется.

Устройство для измерения поперечной деформации высокоэластичных материалов, содержащее систему зажимов образца, механизм задания продольной деформации, датчик измерения и регистрирующий блок, отличающееся тем, что дополнительно содержит шкалы нагружения и продольной деформации, выполненные в виде оцифрованных оптоэлектронных линеек, одна из которых тарирована в зависимости от податливости динамометрического элемента и свойств материала, при этом датчик измерения выполнен в виде компьютерной мыши, жестко соединенной со стрелкой-расправителем спиралевидной кромки и обеспечивающей возможность перемещения упомянутой стрелки-расправителя между осевой линией и кромкой образца в деформированном состоянии при ее постоянном контактном взаимодействии с поверхностью образца, регистрирующий блок включает персональный компьютер и блок сопряжения и выполнен с возможностью записи показаний шкал нагружения и продольной деформации через блок сопряжения в память компьютера, преобразования величины перемещения стрелки-расправителя при помощи программных средств по заданному алгоритму в значения поперечной деформации ΔН, коэффициента сужения и условного коэффициента Пуассона
где ΔН=Н₀-Н_i (Н₀ и Н_i - значения исходной ширины образца и его ширины при продольной деформации Δl_i=l_i-l₀, где l₀ и l_i - значения исходной и конечной длины образца); - относительная деформация образца по ширине; - относительная деформация образца по длине, а также с возможностью визуализации на экране монитора перемещений стрелки-расправителя и результатов преобразования.