Способ определения упруго-диссипативных характеристик древесины

Авторы патента:

Шлычков Сергей Владимирович (RU)

G01N3/32 - путем приложения повторяющихся или пульсирующих усилий (создание таких усилий вообще, - см. такие классы, как B06,G10 )

G01N3/20 - путем приложения постоянных изгибающих моментов (G01N 3/26,G01N 3/28 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2715222:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)

Изобретение относится к области определения упругих инерционных и диссипативных свойств образцов из твердых материалов и может быть использовано при исследовании их физико-механических свойств. При осуществлении способа возбуждают колебания образца гармоническим воздействием в диапазоне низших и средних частот, регистрируют амплитудно-частотные характеристики образцов и выявляют их спектр колебаний, на заданной частоте возбуждаются гармонические колебания образца и регистрируется кривая затухающих колебаний, цифровая обработка этой кривой позволяет определить амплитудные значения виброперемещений (A_i) и декремент колебаний для j-й собственной частоты. Достигается возможность определения декремента для любой собственной частоты исследуемого диапазона низших и средних частот и применение для широкого спектра твердых материалов. 3 ил.

Изобретение относится к области определения упругих, инерционных и диссипативных свойств древесины и может быть использовано при исследовании их физико-механических свойств. В частности, для определения модуля упругости.

Известен способ определения декремента колебаний, заключающийся в анализе свободных затухающих изгибных колебаний образцов (SU 1179159). Установка должна включать два идентичных клиновидных образца с наклеенными на них тензодатчиками и одинаково закрепленных на станине. Возбуждаются свободные колебаний в одном образце, через общую станину они передаются на другой и в момент времени, когда размах колебаний у образцов становится одинаковым, производятся измерения декремента колебаний. К недостаткам данного подхода следует отнести сложность постановки эксперимента: наличие одинаковых образцов, идентичность их закрепления, места наклейки датчиков, а также приближенность выводов о равенстве поглощенной и трансформированной энергии колебаний и соответственно результата измерений.

Известна установка для определения декремента колебаний материала при изгибных колебаниях (SU 457010). Установка содержит два свободно подвешенных груза, к которым крепится исследуемый образец, зеркало, закрепленное на одном из грузов в узле колебаний, источник света и систему регистрации отраженного луча. С целью повышения точности, установка снабжена закрепленным на другом грузе в узле колебаний дополнительным зеркалом, установленным параллельно первому. В системе регистрации отраженного луча помещен вращающийся барабан с фотобумагой, на которой фиксируется колебательный процесс в виде виброграммы. К недостаткам такого похода следует отнести высокую сложность и трудоемкость организации исследований, а также низкую точность, связанную с использованием устаревших аналитических приборов.

Известен способ (RU 2408861) определения коэффициента внутреннего рассеяния энергии в материале, заключающийся в том, что его можно определить для материалов, имеющих модуль упругости существенно ниже, чем у стали (пластмассы, резины, дерево, горные породы). Способ состоит в следующем: боек подвешивают на нерастяжимую нить в виде физического маятника, отклоняют на определенный угол и свободно отпускают, после чего он соударяется с исследуемым образцом, совершая виброударный процесс, а наблюдатель визуально фиксирует углы отклонения оси маятника. На основании величины углов отклонения рассчитывается коэффициента внутреннего рассеяния энергии. К недостаткам подхода следует отнести ограниченность использования по материалам и невысокую точность.

Известно устройство (RU 45525 U1) для определения спектра частот собственных резонансных колебаний объекта. Оно включает источник электрических колебаний, преобразователь электрических колебаний в механические, приемник - преобразователь механических колебаний в электрические и измеритель параметров колебаний. При этом источник электрических колебаний выполнен в виде генератора шума. Исследуемый объект подвешивается на двух нитях. Генератор шумов подает электрический шумовой сигнал на преобразователь электрических колебаний в механические по нити к объекту. Объект начинает совершать колебания со всеми частотами, содержащимися в электрическом шумовом сигнале, передавая через другую нить механические колебания к приемнику - преобразователю механических колебаний в электрические. Электрический сигнал от приемника - преобразователя поступает в измеритель параметров колебаний, который из всего спектра частот выделяет собственные резонансные частоты объекта и определяет параметры затухания колебаний. Несомненным достоинством этого подхода является простота выявления частотного спектра, однако, выявление параметров затухания не соответствует традиционным подходам [1, 2]. Согласно [2] для измерения параметров затухания необходимо исследование колебаний механической системы (образца) по одной из собственных форм, а в данном случае образец совершает полигармонические колебания и получаемые результаты, соответственно, не могут считаться достоверными.

Известен способ (RU 2086943 С1) определения логарифмического декремента колебаний, по которому возбуждают резонансные колебания исследуемого объекта при постоянной амплитуде вынуждающей силы и регистрируют резонансную частоту ƒ_r и амплитуду a(ƒ_r) резонансных колебаний, затем производят расстройку резонанса путем изменения частоты вынуждающей силы, регистрируют амплитуду a(ƒ₁) и соответствующую ей частоту колебаний ƒ₁. Логарифмический декремент определялся по формуле

Известен аналогичный способ (RU 2531844 С1) определения логарифмических декрементов колебаний по ширине симметричной расстройки резонанса. Он отличается от (RU 2086943 С1) тем, что в качестве измеряемых параметров могут использоваться не только виброперемещения, но также виброскорости и виброускорения или квадратурные составляющие частотных характеристик перемещений, ускорений или синфазных составляющих частотных характеристик скоростей на резонансных частотах. Общими недостатками указанных подходов является высокая сложность и трудоемкость подобных исследований, связанных с необходимость использования вибростенда и специального лабораторного оборудования. Следует отметить также невозможность определения логарифмического декремента для того или иного материала, а только для конкретной конструкции или его элемента с учетом рассеяния энергии колебаний в наложенных на конструкцию связях.

Технический результат способа определения упруго-диссипативных характеристик древесины - это возможность определения декремента для любой собственной частоты исследуемого диапазона низших и средних частот и применение для широкого спектра твердых материалов. Результат достигается возбуждением колебаний образца гармоническим воздействием в диапазоне низших и средних частот и последующей регистрацией амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), по которой выявляют спектр колебаний образца. На заданной собственной частоте спектра возбуждаются установившиеся гармонические колебания, и регистрируется кривая затухающих колебаний. Цифровая обработка этой кривой позволяет определить амплитудные значения виброперемещений (A_i) и декремент колебаний для выбранной собственной частоты.

На рис. 1 представлена установка для определения упруго-диссипативных характеристик материалов. Реализация точечного крепления образца. На рис. 2 - установка для определения упруго-диссипативных характеристик материалов. Реализация консольного крепления образца. На Рис. 3 - затухающие свободные колебания образца.

Разработанная установка отличается доступностью для широкого круга исследователей и простотой реализации экспериментов, поскольку для ее реализации не требуется дорогостоящего лабораторного оборудования, достаточно наличия персонального компьютера снабженного полнодуплексной звуковой платой и специально изготовленного образца 1 в виде стержня диаметром 2-5 мм, длиной 50-350 мм. Кроме того, установка позволяет осуществлять исследования характеристик рассеяния энергии в широком частотном диапазоне. Для этого размеры образца, граничные условия можно менять в зависимости от номера исследуемой спектральной составляющей АЧХ. На образце закрепляется насадка 2 из «мягкой» стали с внутренним диаметром, подогнанным по диаметру образца. Торцы образца точечно фиксируются в станине прибора с помощью зажимов 3. (Зажимное приспособление при необходимости анализа влияния граничных условий или исследуемой частоты колебаний можно изменить). На электромагнитный вибратор 4 подается гармонический сигнал с выхода полнодуплексной звуковой платы персонального компьютера (ПК) 5. Определение спектра колебаний ведется путем плавного изменения частоты, подаваемой с генератора звука на вибратор 4, возбуждающий изгибные колебания исследуемого образца 1 посредством насадки 2. Снятый электромагнитным датчиком 6 сигнал поступает на вход полнодуплексной звуковой платы ПК 5 и проводится обработка данных посредством специальной программы. На экран монитора 7 выводится амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) образца. Анализ АЧХ позволяет определить спектр колебаний данного образца. На электромагнитный вибратор 4 подается гармонический сигнал заданной частоты (соответствующей исследуемой спектральной составляющей) с выхода полно дуплексной звуковой платы ПК 5. Таким образом, возбуждаются установившиеся механические колебания образца, затем прекращаем подачу сигнала и образец переходит в режим затухающих колебаний. Снятый электромагнитным датчиком 6 сигнал поступает на вход полнодуплексной звуковой платы ПК 5 и проводится обработка данных посредством специальной программы. На экран монитора 7 выводится кривая затухающих колебаний образца (рис. 3). Анализ затухающих колебаний позволяет определить амплитудные значения виброперемещений (A_i) и декремент колебаний для j-ой собственной частоты [1, 2].

С целью исследования потерь энергии в опорах или невозможности реализации точечного крепления образца можно изменять граничные условия (схему закрепления образца) и повторить представленный выше алгоритм. На рис. 2 представлен образец, один конец которого защемлен с помощью специального зажимного устройства, а на другом конце закреплена насадка 2 из «мягкой» стали с внутренним диаметром, подогнанным по диаметру образца.

Данный способ реализован в лабораторных условиях. В качестве испытуемых образцов использовались цилиндрические образцы из древесины различных пород и некоторых пластмасс (оргстекло, текстолит, полистирол и др.). Сравнение экспериментально полученных логарифмических декрементов со значениями логарифмических декрементов, полученным по литературным данным, подтвердило достоверность получаемых при осуществлении изобретения результатов.

Литература

1. Вибрации в технике: Справочник в 6 т./ Колебания линейных систем/ Под редакцией Болотина В.В. - М.: Машиностроение, 1978. - Т. 1. - 352 с.

2. Курс теоретической механики: Учебник для вузов/ В.И. Дронг, В.В. Дубинин, М.М. Ильин и др.; Под общ. ред. К.С. Колесникова - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 736 с.

Способ определения упруго-диссипативных характеристик древесины, по которому возбуждают колебания образца гармоническим воздействием в диапазоне низших и средних частот, регистрируют амплитудно-частотные характеристики образцов и выявляют их спектр колебаний, на заданной частоте возбуждаются гармонические колебания образца и регистрируется кривая затухающих колебаний, цифровая обработка этой кривой позволяет определить амплитудные значения виброперемещений (A_i) и декремент колебаний для j-й собственной частоты.

Изобретение относится к технологии исследования прочностных свойств твердых материалов путем приложения повторяющихся или пульсирующих усилий и может быть использовано для определения областей образования пустот и величины плотности глиносодержащего барьерного материала при создании барьеров безопасности в пунктах размещения радиоактивных отходов, а также при выводе из эксплуатации уран-графитового реактора.

Способ определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта // 2699554

Изобретение относится к грунтоведению и может быть использовано при проектировании искусственных оснований фундаментов зданий и сооружений из насыпного глинистого грунта.

Способ определения предела выносливости стальных деталей и образцов // 2686877

Изобретение относится к области определения предела выносливости стальных деталей и образцов из стали, путем приложения к ним повторяющихся или пульсирующих усилий.

Установка для испытания кабеля // 2683001

Изобретение может быть использовано для испытания силового кабеля для питания шахтного оборудования и машин, преимущественно самоходных вагонов, очистных и проходческих комбайнов.

Стенд и способ для испытания канатов // 2681240

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к устройствам для испытания канатов, а именно к стендам для испытания канатов на выносливость. Стенд содержит опорную раму, по крайней мере, два узла крепления каната, по крайней мере, один из которых выполнен с возможностью перемещения, механизм, обеспечивающий возможность перемещения узла крепления каната, устройство для натяжения каната, по крайней мере, два вращающихся синхронно во встречных направлениях барабана, каждый из которых снабжен, по крайней мере, одним набором шкивов, выполненных с возможностью вращения в местах их закрепления на барабанах, механизм регулировки расстояния между центрами вращения барабанов, устройство синхронизации вращения барабанов, по крайней мере, один двигатель с трансмиссией.

Стенд для проведения испытаний металла в зоне контактного взаимодействия колеса с рельсом и способ проведения испытаний // 2680164

Изобретения относятся к области исследования прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним повторяющихся механических усилий, в частности к исследованию прочности металла в зоне контактного взаимодействия колеса с рельсом.

Устройство для испытания образца материала на консольный изгиб, кручение, растяжение, сжатие и сложное сопротивление при постоянной и переменной нагрузке // 2678595

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для испытания образца материала на консольный изгиб, кручение, растяжение, сжатие, а также на сложное сопротивление, и может быть применено в учебной лаборатории.

Виброщуп контроля плотности грунта морского дна // 2673506

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения поведения участков грунта с нарушенной и измененной плотностью в том числе на морском дне и на дне других водоемов.

Устройство для оценки прочности коронарных стентов для возможности их установки в зоне "мышечного моста" // 2669731

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для тестирования стентов. Устройство для оценки прочности стентов содержит две опоры и камеру для подачи жидкости, в которой между опорами установлен стент.

Стенд и способ испытания на стенде колес и осей колесных пар на сопротивление усталости и исследования поведения металла в зоне контактного взаимодействия колеса с рельсом // 2665358

Изобретение относится к стендам, осуществляющим испытание колес и осей колесных пар ж/д подвижного состава на сопротивление усталости. Исследуемый фрагмент колесной пары, состоящий из колеса с запрессованной в него разрезанной в средней части осью, крепится в центре опорной плиты стенда посредством шарового шарнира, образованного упором с крышкой и съемной втулкой, напрессованной на ось в районе ее буксовой шейки, а колесо исследуемого фрагмента колесной пары опирается на внутреннюю поверхность кольца рельсоимитатора, закрепленного в держателе, установленном на той же опорной плите соосно с вертикальной осью, проходящей через центр шарового шарнира.

Приспособление для исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры // 2710921

Использование: для исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры. Сущность изобретения заключается в том, что приспособление для исследования процессов деформирования резиноподобных материалов при изменении температуры содержит два ползуна, которые могут смещаться вдоль горизонтального основания, причем к этим ползунам прикреплены детали, на которых при испытаниях базируется исследуемый образец, предназначенный для испытаний при трехточечном изгибе, в средней части образца на образец сверху вниз воздействует сила, при этом приспособление содержит длинные, легкие, жесткие на растяжение две тяги, ползуны снабжены направленными вниз деталями для шарнирного крепления к ним этих тяг, причем горизонтальное основание имеет длинную прорезь, при перемещении каждого из двух ползунов вдоль этой прорези детали для шарнирного крепления этих тяг перемещаются в этой прорези, кроме того, приспособление содержит два куска гибкой, прочной, жесткой на растяжение нити, которая предназначена для того, чтобы несколько раз обматывать образец и зацепляться с другим концом тяги, а для нагружения образца, при его изгибе, в центральной части образца устанавливают подвес, на этом подвесе подвешивают груз, с помощью которого нагружают образец при его изгибе, таким образом, система представляет собой подвешенный образец.

Универсальное приспособление сравнения жесткости лопастей несущих или рулевых винтов вертолётов на изгиб в плоскости тяги // 2704753

Изобретение относится к области авиации, в частности к средствам определения жесткостных характеристик лопастей с целью сравнения жесткости лопастей несущих или рулевых винтов вертолетов на изгиб в плоскости тяги при серийном производстве в соответствии с техническими условиями (ТУ) в области авиастроения.

Устройство для создания и измерения разрушающей нагрузки // 2696070

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических нагрузок, а именно к устройствам для измерения разрушающей нагрузки при испытании материалов.

Способ и устройство прогнозирования разрушения // 2694312

Изобретение относится к способу и устройству прогнозирования разрушения. Сущность: осуществляют этапы, на которых получают эффективную ширину в направлении, включающем в себя точечносварной участок и пересекающем направление нагрузки на плоской поверхности, на которой предоставляется точечносварной участок элемента, вычисляют каждый предварительно определенный временной интервал, эффективную ширину, изменяющуюся в соответствии с изменением нагрузки, и прогнозируют разрушение точечносварного участка с использованием вычисленной эффективной ширины.

Стенд для испытаний труб внутренним давлением и на изгиб // 2691271

Изобретение относится к испытательной технике и касается создания стенда для испытаний стальных труб магистральных нефтепроводов на статическую и малоцикловую прочность.

Способ испытания плоских образцов на изгиб // 2688611

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам испытаний плоских образцов на изгиб. Сущность: осуществляют предварительное условное деление образца по длине на участки, закрепление концов образца на опоре, выполненной в виде замкнутой рамы с двумя подвижными распорками.

Способ определения параметров динамического догружения в растянутых железобетонных элементах конструктивных систем // 2672771

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, в частности к испытаниям растянутых элементов конструкций железобетонных стержневых систем. Способ предусматривает устройство в среднем поперечном сечении испытываемого элемента пазов глубиной и шириной до 0,1 h высоты сечения.

Способ прогнозирования разрывов, устройство прогнозирования разрывов, программа, носитель записи и способ вычисления критерия распознавания разрывов // 2670575

Изобретение относится к способу прогнозирования разрывов, устройству прогнозирования разрывов и способу вычисления критерия распознавания разрывов. Сущность: прогнозируют разрыв соединительного участка объекта, подлежащего анализу, включающего в себя пару элементов, соединенных друг с другом, посредством использования метода конечных элементов, при этом способ содержит: первый этап, на котором получают по меньшей мере размер элемента участка основного материала, из числа параметров, заданных в элементной модели для объекта, подлежащего анализу; второй этап, на котором вычисляют, в качестве критерия распознавания разрывов, предельный момент разрыва, заданный посредством функции, включающей в себя в качестве переменной размер элемента участка основного материала; и третий этап, на котором распознают, превышает или нет момент, прикладываемый к соединительному участку при анализе деформаций элементной модели для объекта, подлежащего анализу, предельный момент разрыва, и выводят результат распознавания в качестве результата прогнозирования разрывов для соединительного участка.

Установка для определения механических свойств гибких стержневых элементов // 2668568

Установка предназначена для изучения жесткостных и демпфирующих свойств гибких стержневых элементов со сложной внутренней структурой. С ее помощью определяются зависимости кривизны изгиба гибких стержневых элементов от величин краевых изгибающих моментов, а также устанавливаются зависимости углов закручивания торцевых сечений гибких элементов относительно друг друга от величин краевых крутящих моментов.

Универсальное приспособление для определения жесткостных характеристик лопастей на изгиб в плоскости тяги // 2659861

Изобретение относится к определению жесткостных характеристик лопасти с целью контроля качества лопастей при серийном производстве и может быть использовано для определения жесткостных характеристик сложных деталей в различных отраслях промышленности.