Установка для исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры

Использование: для исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры. Сущность изобретения заключается в том, что установка для исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры содержит детали для закрепления образца и для приложения нагрузки к образцу, причем нагрузка на образец действует вертикально вниз и создается путем подвешивания груза, при этом установка снабжена деталями, позволяющими замерять смещение зоны приложения нагрузки к образцу, при этом установка предназначена для исследования образца в виде кольца (тора), в этой установке закрепляемые детали неподвижно закреплены на плоском вертикально расположенном основании, для крепления образца используется горизонтально расположенный стержень, неподвижно закрепленный на основании, в нижней части вертикально расположенного образца к образцу шарнирно прикреплена деталь в виде жесткого хомута, которая позволяет закрепить одну концевую часть прочной жесткой на растяжение нити, причем эта нить пропущена сквозь вертикально расположенную трубочку и может свободно без трения перемещаться вниз и вверх, причем эта трубочка имеет наружную резьбу и ввинчена в резьбу резьбовой детали, неподвижно закрепленной на основании, причем, вращая эту трубочку, можно определить координату зоны приложения нагрузки к образцу, причем к нижней части нити, продетой сквозь трубочку, крепится груз известной массы т, кроме того, на основании неподвижно закреплены два болта для установки опорной планки и прижимной планки, которые предназначены для фиксирования натянутой нити в заданном положении, при этом в рабочем состоянии эта нить проходит не только сквозь трубочку, но и между этими планками. Технический результат: обеспечение возможности исследования процессов деформирования кольцевого образца из резиноподобного материала при изменении температуры. 2 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, к испытательной технике, служит для исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры.

Повышение температуры (в определенных пределах) полимерных материалов обычно ускоряет процессы ползучести и релаксации. Но у образцов из резиноподобных материалов наблюдаются отклонения от этой закономерности. Известен, так называемый, эффект Гуха-Джоуля. Этот эффект, в частности, проявляется в том, что растянутая резина при нагревании стремится сократить свою длину. В разных изданиях используются разные наименования этого эффекта (часто описывают этот эффект без наименования).

Этот эффект описан, в частности, в работах:

1. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. 3: излучение, волны, кванты; 4: кинетика, теплота, звук. М.: Мир, 1976, 496 с. (См. стр. 333-336)

2. Трилор Л. Введение в науку о полимерах. Пер. с англ. М.: Мир, 1973, 240 с. (См. стр. 46-49)

3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.П. Термодинамика и молекулярная физика. 3-е изд., испр. и доп. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит.1990, 592 с. (См. стр. 172)

4. Архаров A.M., Марфенина И.В., Микулин Е.И. Криогенные системы: Основы теории и расчета. 2-е изд., перераб. и доп.М.: Машиностроение, 1988,464 с. (См. стр. 189)

5. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Физика в мире полимеров. М.: Наука, 1989, 208 с. (См. стр. 105-107)

6. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Полимеры и биополимеры с точки зрения физики. 2-е изд. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2014, 304 с. (См. стр. 138-140).

7. Леенсон И.А. Как и почему происходят химические реакции. Элементы химической термодинамики и кинетики. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2010, 224 с. (См. стр. 64.)

Кроме того, данные о поведении резиноподобных материалов в зависимости от продолжительности воздействия нагрузки приведены, в частности, в следующих работах:

8. Сазонов В.Г. Особенности деформирования полиуретана при нестандартных условиях нагружения. // Журнал: Полиуретановые технологии. 2009, №3(22), с. 30-34.

9. Даштиев И.З. Ползучесть, релаксация и диссипативные свойства полиуретановых эластомеров. // Журнал: Полиуретановые технологии. 2005, №1, с. 7-9.

10. Димитриенко Ю.И. Нелинейная механика сплошной среды. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009, 624 с. (См. на стр. 502, рис. 7.5. График релаксации напряжений полиуретана при деформации 8,3%)

11. Димитриенко Ю.И. Механика сплошной среды: учеб. пособие в 4 т. Т.4: Основы механики твердых сред. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013, 624 с. (См. на стр. 412, рис. 4.4.2. График релаксации напряжений полиуретана при деформации 8,3%)

Теоретическое обоснование этих особенностей приведено, в частности, в книге: Аскадский А.А., Попова М.Н., Кондращенко В.И. Физико-химия полимерных материалов и методы их исследования. М.: Издательство АСВ, 2015, 408 с. (См. стр. 30-37)

В [4] (стр. 189) сказано, что металлы при растяжении охлаждаются, а резина ведет себя иначе, она нагревается.

Часто описывается этот эффект, но не приводится каких-либо количественных данных, характеризующих это явление.

В книге [1], (см. стр. 335 и 336), на вопрос: можно ли построить машину, в которой используются тепловые свойства резины, сказано следующее. Для этого можно немного усовершенствовать велосипедное колесо, вставив туда резиновые спицы. Если с помощью двух ламп накаливания нагреть резину на одной стороне колеса, то она станет «сильнее», чем ненагретая резина на другой стороне. Центр тяжести колеса сдвинется и отойдет от точки опоры. Колесо повернется. После поворота холодные резиновые спицы пододвинутся поближе к теплу, а нагретые уступят им свое теплое место и остынут. И колесо будет медленно вращаться, пока будут гореть лампы. «Коэффициент полезного действия такой машины чрезвычайно мал. Для вращения колеса едва хватает содержащейся в двух лампах мощности около 400 Вт, а способно оно поднять лишь блоху».

Но надо заметить, что при определенных условиях могут проявляться заметные силы. В некоторых странах колесные пары вагонов метро оборудованы «резинометаллическими» буксами (это «слоистое» образование - слой резины, слой из листа стали, слой резины, слой из листа стали и т.д.). Проводились исследования с целью оценки возможности применения таких букс в климатических условиях г. Москва. Среди других исследований было исследование влияния изменения температуры на «осадку» вагона. В боксе с вагоном за ночь была поднята температура примерно на 30°С. Замеры показали, что вагон приподнялся примерно на 10 мм. Ожидалось, что при повышении температуры резиноподобный материал станет более податливым и вагон опустится. Но оказалось, что вагон поднялся примерно на 10 мм. Этот экспериментальный факт может быть объяснен проявлением эффекта Гуха-Джоуля.

В [8] (см. стр. 30-31) получено, что у полиуретана модуль ползучести (и модуль релаксации) может быть представлен в виде:

где время t измеряется в секундах. (Получено, что у полиуретана, твердость которого около 97 ед. IRHD, Е(1 сек.)=55 МПа).

Причем у полиуретанов разной твердости Е(1 сек.) имеет разное значение, а величина Z характеризуется одним и тем же числом:

Модуль ползучести и модуль релаксации (получаемый при испытаниях на релаксацию) имеют близкие значения. Испытания образцов полиуретана показали, что соотношение (1) имеет место в широком диапазоне значений lg(t):

l≤lg(t)≤7

(lg(t)=7 при времени ≈ 116 суток).

Если аппроксимировать соотношением (1) при Z=0,04242 (см. (2)) зависимости от времени модуля, приведенные в работах: [9], [10] (см. стр. 502), [11] (см. стр. 412), то получается близкое совпадение теоретической и экспериментальной кривой. Причем следует заметить, что экспериментальная кривая, представленная в [9], заканчивается при lg(t)≈7 (t в секундах).

Таким образом, если образец из полиуретана находится в нагруженном « состоянии более суток, а изменение температуры образца осуществляется менее, чем за 1 час, то можно считать, что на изменение деформации фактор времени почти не влияет, а изменение деформации обусловлено изменением температуры.

Описанные в литературе способы исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры в основном касаются растянутых резиновых полосок. Часто рекомендуют растягивать эти полоски втрое. Но некоторые резиноподобные материалы не выдерживают таких высоких деформаций (разрушаются при более низких деформациях). Кроме того, образец может иметь форму кольцевого образца (т.е. образца в виде тора). Например, такая форма образца может более подходить для исследования поведения материала в конструкции. Учитывая сказанное выше, была поставлена задача исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры с использованием кольцевых образцов (т.е. образцов в виде тора).

Известна установка (см. стр. 335-336, фиг. 44.2 в книге [1]: Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. 3: излучение, волны,кванты; 4: кинетика, теплота, звук. М.: Мир, 1976, 496 с.), представляющая собой конструкцию в виде хорошо уравновешенного велосипедного колеса, у которого есть обод, а спицы сделаны из растянутых резиновых полосок. При нагреве спиц этого колеса, расположенных по одну сторону от оси колеса, центр тяжести обода смещается, колесо начинает вращаться. Причем направление вращения колеса указывает на то, что при нагревании резиновых полосок, они сокращают свою длину.

Совпадающими признаками этой установки и заявляемого изобретения являются следующие. В установке есть растянутые элементы из резиноподобных материалов, меняют температуру этих элементов.

Недостатки этой установки. Эта установка позволяет только качественно оценить, что растянутая резина при нагревании стремится сократить свою длину, но не позволяет получить какие-либо количественные оценки. Кроме того, при использовании этой установки разные зоны одного и того же куска резиноподобного материала имеют разную температуру.

Известно устройство для исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры (см. стр. 47-48, рис. 3.3 на стр. 48 в книге [2]: Трилор Л. Введение в науку о полимерах. Пер. с англ. М.: Мир, 1973, 238 с.). Это устройство принято в качестве прототипа. Это известное устройство содержит неподвижный крючок и подвижный крючок, между которыми размещают растянутую втрое по отношению к ее первоначальным размерам кольцевую резиновую полоску (окружностью 15-20 см). Причем подвижный крючок связан со стальной пружиной. Пружина подобрана таким образом, чтобы при растяжении резины ее первоначальная длина увеличилась вдвое. Маленький металлический диск, укрепленный на верхнем крючке, опирается на короткое плечо легкой стрелки, имеющей центр вращения вблизи от этого диска. При погружении образца в сосуд с кипящей водой происходит его сжатие и пружина растягивается, что заставляет стрелку двигаться вверх. В холодной воде наблюдается противоположный эффект.

Совпадающими признаками этого устройства и предлагаемой установки являются следующие. При использовании устройства в образце создаются зоны растянутого резиноподобного материала. Образец нагружен почти постоянной нагрузкой. Имеются детали для размещения образца. Имеется приспособление для замера перемещений при изменении температуры образца. Для проведения исследований меняют температуру материала образца, причем разные участки образца имеют одинаковую температуру; температуру образца можно замерить. Замеряют величину изменения размеров образца.

Недостатки этого известного устройства заключаются в следующем. Это устройство предназначено для исследования образцов в виде резиновой полоски, а требуется провести исследования на кольцевом образце (т.е. на образце в виде тора). Кроме того, требуется: либо оттарировать пружину, либо использовать вспомогательное устройство для замера величины нагрузки, растягивающей пружину.

Задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить исследование процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры в кольцевом образце (т.е. в образце в виде тора), для этого создать области материала в этом образце, где реализуется деформация растяжения материала. Кроме того, установка, используемая для проведения исследований, должна позволять, не разгружая образец, переносить его в другое помещение.

Эта задача решается тем, что кольцевой образец (т.е. образец в виде тора) располагают в вертикальной плоскости. Образец «цепляют» за болт, укрепленный горизонтально на вертикально расположенном основании. К нижней части кольцевого образца крепится хомут с отверстием. Сквозь это отверстие продета гибкая, прочная, жесткая на растяжение нить. Эта нить (например, с помощью узлов) закреплена на хомуте. Другой конец этой нити продет сквозь трубочку, проходит между прижимными планками и служит для «подвеса» груза, с помощью которого нагружается образец. Причем эта трубочка снаружи имеет резьбу (для удобства шаг резьбы равен 1 мм). Эта трубочка ввинчивается в деталь, неподвижно закрепленную на основании. На основании также неподвижно закреплена линейка, которая служит для фиксации положения торцевой части трубочки. Для более точного определения положения трубочки, на торцевой части трубочки равномерно (по кругу) нанесены деления (например, десять делений). Причем, прижимные планки, между которыми проходит нить, могут прижиматься друг к другу, фиксируя неподвижно нить в заданном положении. При этом груз можно снять, а образец останется нагруженным.

Сущность изобретения заключается в следующем. Кольцевой образец (т.е. образец в виде тора) располагают в вертикальной плоскости. Образец «цепляют» за болт, укрепленный горизонтально на вертикально расположенном основании. К нижней части кольцевого образца крепится хомут с отверстием. Сквозь это отверстие продета гибкая, прочная, жесткая на растяжение нить. Эта нить (например, с помощью узлов) закреплена на хомуте. Другой конец этой нити продет сквозь трубочку, проходит между прижимными планками и служит для «подвеса» груза, с помощью которого нагружается образец. Причем эта трубочка снаружи имеет резьбу (для удобства шаг резьбы равен 1 мм). Эта трубочка ввинчивается в деталь, неподвижно закрепленную на основании. На основании также неподвижно закреплена линейка, которая служит для фиксации положения торцевой части трубочки. Для более точного определения положения трубочки, на торцевой части трубочки равномерно (по кругу) нанесены деления (например, десять делений). Причем, прижимные планки, между которыми проходит нить, могут прижиматься друг к другу, фиксируя неподвижно нить в заданном положении. При этом груз можно снять, а образец останется нагруженным. В нагруженном состоянии нить проходит вдоль оси трубочки (т.е. совпадает или почти совпадает с осью трубочки).

Технический результат изобретения заключается в том, что обеспечивается исследование процессов деформирования кольцевого образца из резиноподобного материала при изменении температуры; кроме того, предлагаемая установка позволяет переносить нагруженный образец в другое помещение, не разгружая образец.

На фиг. 1 показан общий вид установки (вид спереди).

На фиг. 2 показан общий вид установки (вид сбоку).

1 - основание; в рабочем состоянии основание 1 располагается вертикально.

2 - образец исследуемого материала; на фигурах показан образец 2 в виде кольца (тора).

3 - отверстие в основании 1; отверстие 3 предназначено для обеспечения крепления основания на вертикальной плоскости (например, на стене).

4 - болт, неподвижно закрепленный на основании 1; болт 4 служит для размещения («зацепления») образца 2.

5 - шайба, устанавливаемая на болт 4; шайба 5 является вспомогательной деталью, она служит для удобства размещения образца 2.

6 - хомут; хомут 6 крепится к образцу 2 с помощью болта 7; к хомуту 6 крепится прочная и жесткая при растяжении нить 8, с помощью которой нагружается образец 2 грузом 9.

7 - болт, с помощью болта 7 хомут 6 крепится к образцу 2.

8 - прочная, жесткая при растяжении нить; нить 8 одной концевой частью крепится к хомуту 6, продевается сквозь трубочку 10, продевается в пространстве между планками 14 и 15; к нити 8 подвешивается груз 9. Таким образом, нить 8 служит для передачи нагрузки от веса груза 9 на образец 2.

9 - груз; груз 9 крепится к нити 8.

10 - трубочка; сквозь трубочку 10 продета нить 8. Трубочка 10 имеет снаружи резьбу; удобно, чтобы эта резьба имела шаг 1 мм. Около торца трубочки 10 по кругу равномерно нанесены деления (например, 10 штук), позволяющие определить угол поворота трубочки 10.

11 - деталь с резьбой; деталь 11 с помощью болтов 12 и 13 неподвижно закреплена на основании 1. В детали 11 просверлено отверстие и нарезана резьба под резьбовую трубочку 10. Т.е. резьбовая трубочка 10 вкручивается в резьбу в детали 11. Деталь 11 может быть изготовлена, например, из куска тонкостенного профиля, в котором сделано сквозное отверстие и нарезана резьба для ввинчивания трубочки 10.

12 - болт; болт 12 вместе с болтом 13 служит для неподвижного крепления детали 11 к основанию 1. На фиг. 2 болты 12 и 13 не показаны.

13 - болт; болт 13 вместе с болтом 12 служит для неподвижного крепления детали 11 к основанию 1.

14 - прижимная планка; прижимная планка 14 вместе с опорной планкой 15 служит для неподвижного «фиксирования» положения нити 8.

15 - опорная планка; опорная планка 15 вместе с прижимной планкой 14 служит для неподвижного «фиксирования» положения нити 8.

16 и 17 - болты, неподвижно закрепленные на основании 1. Болты 16 и 17 служат для размещения планок 14 и 15, между которыми проходит нить 8. Нить 8 может неподвижно зажиматься между планками 14 и 15, например, путем закручивания гаек, установленных на болтах 16 и 17.

18 - линейка; линейка 18 неподвижно закреплена на основании 1; деления на линейке 18 не показаны.

19 - торцевая часть трубочки 10. На части 19 трубочки 10 по кругу равномерно нанесены деления (например, 10 штук), позволяющие определить угол поворота трубочки 10.

На болт 4 и на болт 7 в зоне взаимодействия с образцом 2 может быть надета втулка (или подложена прокладка), чтобы образец 2 не взаимодействовал с резьбой на болтах 4 и 7, а взаимодействовал с гладкой поверхностью.

На фигурах резьба на болтах (см. на фиг. позиции с номерами: 4, 7, 12, 13, 16, 17), на резьбовой трубочке 10, на детали 11 не показана, чтобы не загромождать рисунки.

Между планками 14 и 15, путем закручивания гаек на болтах 16 и 17, закрепляется нить 8. При этом образец 2 остается в нагруженном состоянии, а груз 9 можно снять. Это удобно, когда требуется перенести установку из одного помещения в другое (с другой температурой).

Для замера перемещений трубочка 10 вращается вокруг своей оси и перемещается.

Линейка 18 может иметь миллиметровые деления; линейка 18 должна быть закреплена на основании 1 так, чтобы при «нулевом» положении «шкалы» 19 торец трубочки 10 находился бы точно напротив деления на шкале 18. В итоге, вращая трубочку 10, мы сможем с точностью до 0,1 мм замерить перемещение образца 2. Для удобства при замере перемещений линейка 18 может быть расположена ближе к трубочке 10, чем это показано на фиг. 2.

При испытаниях были получены следующие результаты. Образец в виде кольца (тора) имел следующие размеры: наружный диаметр 65 мм; сечение в виде сплошного круга диаметром 12 мм. Материал: полиуретан, твердостью ≈ 80 Шор А. Этот образец был нагружен грузом, масса которого 6 кг. При повышении температуры образца на 14°С груз (массой 6 кг) приподнялся на 0,33 мм. Работа поднятия этого груза равна:

А=m×g×ΔU=6×9,8×0,33×10-3=0,019 Дж.

Следует заметить, что тепловая энергия, требуемая для нагрева образца, скажем на 10°С, на несколько порядков превосходит работу А.

Пусть удельная теплоемкость полиуретана равна С=1,8 кДж/(кг×К) (1,8 Дж/(г×К)); плотность равна ρ=1,2×103 кг/м3 (1,2 г/см3).

Объем тора вычисляется по формуле: V=2×π2×Ro×r2; /Ro=Do/2=2,65 см/

V=2×π2×2,65×0,62 ≈ 18,8 см3; m=р×V≈1,2×18,8 ≈ 22,56 г. Тепловая энергия, требуемая для нагрева этого тора на ΔT=10°С, будет равна

Q=C×m×ΔT ≈ 1,8x×22,56×10 ≈ 406 Дж.

Вычислим теперь наибольшие значения деформации растяжения деформированного кольцевого образца (т.е. образца в виде тора).

Внутренняя часть тора, той части тора, которая стремится «распрямиться» при деформировании, будет иметь деформации растяжения, вычисляемые по соотношению:

где r - радиус сечения тора; Rнач - начальный радиус (снаружи) недеформированного тора; Rзам - замеренный (снаружи) радиус кривизны «распрямленной» части деформированного тора. Для недеформированного кольцевого образца Rзам=Rнач, учитывая это равенство, по (3) получаем, что ε=0. (Это одна из проверок того, что (3) получено верно.)

Замеры показали, что для «распрямляемой» части кольца R ≈ 58 мм. Полагая в (3) r=6 мм; Rзам=58 мм; Rнач=32,5 мм, получим, что ε≈0,1435 (14%).

Рассмотрим теперь не «распрямленную» часть кольца, а наоборот «сильней» изогнутую. На внешней поверхности этой части кольца будут растягивающие деформации. Пусть в этой области кольца снаружи замерен радиус кривизны Rзам тогда

где r - радиус сечения тора; Rнач - начальный радиус (снаружи) недеформированного тора; Rзам - замеренный (снаружи) радиус кривизны «сильней изогнутой» части деформированного тора. Для недеформированного кольцевого образца Rзам=Rнач, учитывая это равенство, по (4) получаем, что ε=0. (Это одна из проверок того, что (4) получено верно.)

Замеры показали, что для «сильней изогнутой» части кольца R ≈ 13,5 мм. Полагая в (4) r=6 мм; Rзам=13,5 мм; Rнач=32,5 мм, получим, что ε≈0,47 (47%).

Чтобы «не мешать» свободному деформированию образца 2, трубочку 10 вращают вокруг своей оси, при этом трубочка 10 смещается вниз; между хомутом 6 и концевой частью трубочки 10 образуется зазор. При проведении замеров перемещений трубочку 10 вращают в другую сторону, чтобы зазор между концевой частью трубочки 10 и хомутом 6 уменьшился до нуля (об этом можно следить визуально или с помощью электроконтакта, замыкаемого при соприкосновении хомута 6 и концевой части трубочки 10).

По линейке 18 определяется целое число мм, характеризующих положение торцевой части 19 трубочки 10, а по делениям на торцевой части 19 трубочки 10 определяются доли мм (поэтому, удобно, чтобы наружная резьба на трубочке 10 имела бы шаг, равный 1 мм).

Испытания заключаются в следующем. Считаем, что для заданных размеров образца 2 изготовлена установка (см. фиг. 1 и фиг. 2) и подобрана масса груза 9. Устанавливают вертикально основание 1. Устанавливают образец 2. К образцу 2 крепят хомут 6. Предварительно к хомуту 6 крепят нить 8. Трубочку 10 с наружной резьбой ввинчивают в резьбовую деталь 11 так, чтобы между концевой частью трубочки 10 и хомутом 6 был зазор. Нить 8 пропускают сквозь трубочку 10 и между прижимными планками 14 и 15. Предварительно подвешивают груз 9. Проверяют, чтобы между хомутом 6 и концевой частью трубочки 10 был бы небольшой зазор. Затем груз 9 «снимается» и делается выдержка, чтобы образец «вернулся» к своему прежнему положению (обычно бывает достаточна выдержка 30 минут). Вращая трубочку 10, замеряют начальное положение хомута 6 с помощью линейки 18 и с помощью шкалы на торцевой части 19 трубочки 10.

Подвешивают груз 9. Периодически замеряют прогиб: делают замеры, например, через 10 сек, 60 сек, 100 сек, 10 мин, 60 мин, 2 часа, 3 часа, 4 часа после нагружения образца 1 (затем обычно проводятся замеры один раз в рабочий день, при этом следует фиксировать температуру в помещении, дату и время). //Эти периодические замеры в начальный период нагружения проводятся с целью выявления закономерностей типа (1), а также для того, чтобы убедиться, что замеры перемещений почти «стабилизировались».//

На следующие сутки (или через несколько суток), когда с течением времени прогиб будет изменяться за 1 час почти незаметно, приступают к замерам перемещений при изменении температуры. Эти работы лучше проводить в зимний период, когда, открывая и закрывая окно, можно заметно изменить температуру окружающей среды в зоне расположения образца (или, например, нагруженный образец вынести на улицу).

Таким образом, кольцевой образец (т.е. образец в виде тора) располагают в вертикальной плоскости. Образец «цепляют» за болт, укрепленный горизонтально на вертикально расположенном основании. К нижней части кольцевого образца крепится хомут с отверстием. Сквозь это отверстие продета гибкая, прочная, жесткая на растяжение нить. Эта нить (например, с помощью узлов) закреплена на хомуте. Другой конец этой нити продет сквозь трубочку, проходит между прижимной и опорной планками и служит для «подвеса» груза, с помощью которого нагружается кольцевой образец (т.е. образец в виде тора). Причем эта трубочка снаружи имеет резьбу (для удобства шаг резьбы равен 1 мм). Эта трубочка ввинчивается в деталь, неподвижно закрепленную на основании. На основании также неподвижно закреплена линейка, которая служит для фиксации положения торцевой части трубочки. Для более точного определения положения трубочки, на торцевой части трубочки равномерно (по кругу) нанесены деления (например, десять делений). Причем, прижимная и опорная планки, между которыми проходит нить, могут прижиматься друг к другу, фиксируя неподвижно нить в заданном положении. При этом груз можно снять, а образец останется нагруженным.

Образец в виде тора растягивается силами, направленными вдоль диаметра тора. Деформирование образца в виде тора такими силами обуславливает то, что в областях тора, в зоне приложения нагрузок, те части тора, которые наиболее удалены (в недеформированном состоянии) от оси симметрии тора, испытывают деформации растяжения (в тангенциальном направлении). При этом в зонах тора, расположенных там, где проходит диаметр тора, перпендикулярный линии действия указанных выше нагрузок, приложенных к этому тору, в зонах тора, наиболее приближенных (в недеформированном состоянии) к оси симметрии тора, будут деформации растяжения (в тангенциальном направлении).

Тем самым обеспечивается возможность переноса нагруженного образца в другое помещение (помещение с другой температурой) и возможность

исследования процесса деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры кольцевого образца (т.е. образца в виде тора) и создаются области материала в этом образце, где реализуется деформация растяжения материала.

В этом проявляется причинно-следственная связь между задачей изобретения и техническим результатом изобретения в части обеспечения исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры в кольцевом образце (т.е. в образце в виде тора) и в части обеспечения возможности переноса установки в другое помещение, не разгружая образец, и в части создания области материала в этом образце, где реализуется деформация растяжения материала.

Установка для исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры, содержащая детали для закрепления образца и для приложения нагрузки к образцу, причем нагрузка на образец действует вертикально вниз и создается путем подвешивания груза, при этом установка снабжена деталями, позволяющими замерять смещение зоны приложения нагрузки к образцу, отличающаяся тем, что установка предназначена для исследования образца в виде кольца (тора), в этой установке закрепляемые детали неподвижно закреплены на плоском вертикально расположенном основании, для крепления образца используется горизонтально расположенный стержень, неподвижно закрепленный на основании, в нижней части вертикально расположенного образца к образцу шарнирно прикреплена деталь в виде жесткого хомута, которая позволяет закрепить одну концевую часть прочной жесткой на растяжение нити, причем эта нить пропущена сквозь вертикально расположенную трубочку и может свободно без трения перемещаться вниз и вверх, причем эта трубочка имеет наружную резьбу и ввинчена в резьбу резьбовой детали, неподвижно закрепленной на основании, причем, вращая эту трубочку, можно определить координату зоны приложения нагрузки к образцу, причем к нижней части нити, продетой сквозь трубочку, крепится груз известной массы т, кроме того, на основании неподвижно закреплены два болта для установки опорной планки и прижимной планки, которые предназначены для фиксирования натянутой нити в заданном положении, при этом в рабочем состоянии эта нить проходит не только сквозь трубочку, но и между этими планками.



 

Похожие патенты:

Использование: для оценки области линейности механических свойств при деформировании образцов материалов. Сущность изобретения заключается в том, что одновременно нагружают при растяжении два объекта исследования, причем эти объекты исследования имеют разную длину рабочей части образцов, при этом образцы имеют одинаковую площадь поперечного сечения, причем одни концы этих образцов с помощью гибких нерастяжимых элементов крепят к неподвижному основанию, а другие концы образцов с помощью гибких нерастяжимых элементов крепят к подвижной траверсе, причем в рабочем состоянии при малой нагрузке образцы располагают параллельно друг другу и параллельно направлению действия растягивающей нагрузки, причем отношение длин рабочей части образцов обратно пропорционально отношению сил, растягивающих образцы, причем при нагружении в области линейности зоны крепления образцов к траверсе смещаются поступательно при нагружении, при этом точка приложения внешней нагрузки к траверсе, к которой прикрепляются элементы крепления образцов, делит эту траверсу так, что отношение плеч сил, измеряемых от точки приложения внешней нагрузки к этой траверсе до точки крепления гибких нерастяжимых элементов крепления соответствующих образцов к этой траверсе, равно отношению длин рабочей части образцов, в частности, второй образец может иметь вдвое большую длину рабочей части образца, чем первый образец, при этом первый образец имеет плечо силы, вдвое меньшее, чем второй образец, причем второй объект исследования состоит также из одного образца, как и первый объект исследования.

Изобретение относится к устройствам для оценки механических и прочностных характеристик снежного покрова непосредственно в месте непосредственного залегания на лавиноопасных склонах горнолыжных комплексов.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» весомой среды в ее массиве и на краях откосов в естественном и нарушенном состоянии.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для проведения экспериментальных исследований свойств материалов в условиях высокоскоростного нагружения.

Изобретение относится к средствам испытания устройств на ударные нагрузки и может быть использовано для проведения испытаний защитных устройств, в том числе бамперов, транспортного средства.

Изобретение относится к дендрометрии и может быть использовано в экологическом и технологическом мониторинге территории индикацией и тестированием свойствами коры растущих деревьев.

Изобретение относится к методам и средствам контроля, применяемым для исследования поведения и свойств образцов изделий и материалов в процессе ударных испытаний их структурных характеристик и прочностных параметров.

Изобретение относится к технологии контрольно-испытательных процессов и может быть использовано в цеховых условиях при испытаниях бытовых электродвигателей , стабилизаторов, трансформаторов и др.

Использование: для исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры. Сущность изобретения заключается в том, что установка для исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры содержит детали для закрепления образца и для приложения нагрузки к образцу, причем нагрузка на образец действует вертикально вниз и создается путем подвешивания груза, при этом установка снабжена деталями, позволяющими замерять смещение зоны приложения нагрузки к образцу, при этом установка предназначена для исследования образца в виде кольца, в этой установке закрепляемые детали неподвижно закреплены на плоском вертикально расположенном основании, для крепления образца используется горизонтально расположенный стержень, неподвижно закрепленный на основании, в нижней части вертикально расположенного образца к образцу шарнирно прикреплена деталь в виде жесткого хомута, которая позволяет закрепить одну концевую часть прочной жесткой на растяжение нити, причем эта нить пропущена сквозь вертикально расположенную трубочку и может свободно без трения перемещаться вниз и вверх, причем эта трубочка имеет наружную резьбу и ввинчена в резьбу резьбовой детали, неподвижно закрепленной на основании, причем, вращая эту трубочку, можно определить координату зоны приложения нагрузки к образцу, причем к нижней части нити, продетой сквозь трубочку, крепится груз известной массы т, кроме того, на основании неподвижно закреплены два болта для установки опорной планки и прижимной планки, которые предназначены для фиксирования натянутой нити в заданном положении, при этом в рабочем состоянии эта нить проходит не только сквозь трубочку, но и между этими планками. Технический результат: обеспечение возможности исследования процессов деформирования кольцевого образца из резиноподобного материала при изменении температуры. 2 ил.

Наверх