Способ циклического испытания полимерных материалов

Авторы патента:

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

Владельцы патента RU 2758100:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" (ПГНИУ) (RU)

Изобретение относится к области механических испытаний материалов, в частности к испытаниям на сдвиг образцов из полимерных материалов, способных испытывать большие деформации. Сущность: осуществляют циклическое растяжение-сжатие с постоянной заданной скоростью с нарастающей амплитудой удлинения сначала по одной оси, потом по другой оси, затем попеременное циклическое удлинение в двух направлениях осуществляется при следующих уровнях удлинения, причем при каждой смене направления деформации образец подвергается выдержке по времени. Технический результат: получение большей информации о свойствах материала, в частности, при реализации его вязкоупругих свойств при разных уровнях удлинения и при снятии нагрузки. 2 ил., 1 табл.

Известен способ испытания [Diani J., Brieu М, Gilormini P. Observation and modeling of the anisotropic visco-hyperelastic behavior of a rubberlike material // International Journal of Solids and Structures, 2006. V. 43. pp.3044-3056 doi: 10.1016/j.ijsolstr.2005.06.045 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0020768305003811, когда образец одноосно циклически растягивается-сжимается с постоянной скоростью до заданного удлинения и, далее, циклически деформируется при данном удлинении 10 раз; дальнейшее деформирование проводится с нарастающей амплитудой удлинения по этой же программе - циклирование по 10 раз при каждом уровне удлинения - до некоторого выбранного максимального удлинения. Недостатком данного способа является безостановочный процесс испытания, когда смена направления деформирования образца производится без временной выдержки, когда вязкоупругие процессы не успевают полностью реализоваться.

Известен способ испытания [Свистков А.Л., Шадрин В.В. Способ одноосного циклического испытания материала - Патент №2549841, G01N 33/44, G01N 3/32, опубликован 27.04.2015], при котором образец подвергается циклическому растяжению-сжатию с заданной скоростью до максимальной заданной деформации, выдерживают при этой деформации заданное время, сжимают до исходного ненагруженного состояния, выдерживают заданное время, затем циклически деформируют с выдержкой по времени на каждой ступени деформации при растяжении и сжатии, при этом деформация на каждом цикле растяжения задается меньшей, чем на предыдущем цикле, а деформация на каждом цикле разгрузки задается большей, чем на предыдущем цикле. Недостатком данного способа является определение вязкоупругих свойств материала лишь при одной заданной максимальной деформации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому решению является исследование материала [Dargazany R., Itskov М. A network evolution model for the anisotropic Mullins effect in carbon black filled rubbers // International Journal of Solids and Structures, 2009. V. 46. 2967-2977 https://core.ac.uk/download/pdf/82270897.pdf (doi:10.1016/j.ijsolstr.2009.03.022)], при котором материал растягивается с заданной скоростью до заданного удлинения, многократно циклируется при этом удлинении, затем растягивается с увеличивающейся амплитудой растяжения, вновь циклируется и т.д. до определенного заданного удлинения. В прототипе циклическое удлинение с нарастающей амплитудой осуществляется сначала по одной оси, потом образец вынимается из захватов, вновь зажимается и растягивается по ортогональной оси по той же программе.

Недостатком прототипа является безостановочный характер деформирования в результате которого теряется информация об особенностях вязкоупругого поведения материала, связанная с незавершенностью процесса на предыдущем цикле. Это приводит к искажению информации на следующем цикле. Кроме того, в безостановочном режиме нельзя получить информацию о релаксации напряжений при заданной деформации.

Задачей заявляемого изобретения является создание способа испытания материалов, обеспечивающего получение большей информации о вязкоупругих свойствах материала и о размягчении материала (об эффекте Маллинза) при испытании, получения новых более полных данных.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения общих с прототипом, таких как циклическое растяжение-сжатие с постоянной заданной скоростью с нарастающей амплитудой удлинения на каждом цикле деформации вплоть до установленного максимального удлинения или до разрыва, и отличительного существенного признака - при одноосном деформировании при каждой смене направления деформации образец подвергается выдержке по времени. Согласно п. 2 формулы изобретения образец сначала испытывается циклически с нарастающей амплитудой сначала по одной оси, потом в ортогональном направлении по другой оси. Согласно п. 3 формулы изобретения образец сначала деформируется до первого уровня удлинения по одной оси, затем по другой, после происходит деформирование на следующий уровень удлинения с поочередным осуществлением циклов деформирования по первой и второй осям и, так далее, проводится деформирование до следующих удлинений с попеременным циклическим деформированием по первой и второй осям.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - максимально реализовать вязкоупругие свойства материала при каждом уровне удлинения, определить размягчение материала и гистерезисные кривые при заданном удлинении, построить кривые релаксации напряжений при заданных удлинениях, найти остаточную деформацию при разгрузке и остаточную деформацию после выдержки по времени и восстановления структуры материала после снятия нагрузки.

Изобретение иллюстрируется примером и рисунками.

На Фиг. 1. Представлен график циклического растяжения эластомера с нарастающей амплитудой.

На Фиг. 2. Начальные участки графика растяжения с нарастающей амплитудой, где, F/S₀ - инженерное напряжение: сила отнесенная к начальному сечению;

λ - удлинение образца.

Пример. Испытание проводилось по следующей программе со скоростью 25%/мин:

На Фиг. 1 виден гистерезис материала (диссипативные потери) при растяжении-сжатии на каждом цикле растяжения-сжатия.

На Фиг. 2 представлен график до 1.5-кратного удлинения. Здесь видны остаточные удлинения при снятии нагрузки и остаточные удлинения при восстановлении структуры и свойств материала после выдержки 10 минут при сжатии до исходного состояния.

Все графики строятся, используя данные проведенного испытания, в котором присутствуют колонки: текущее время, приложенная сила, перемещение.

Способ циклического испытания полимерных материалов, включающий циклическое растяжение-сжатие с постоянной заданной скоростью с нарастающей амплитудой удлинения на каждом цикле деформирования или до разрыва, отличающийся тем, что испытание осуществляется при каждом уровне удлинения сначала по одной, потом по другой оси, затем попеременное циклическое удлинение в двух направлениях осуществляется при следующих уровнях удлинения, причем при каждой смене направления деформации образец подвергается выдержке по времени.

Изобретение относится к устройствам для изучения физико-механических свойств клубнеплодов и может быть использовано для определения повреждений клубней картофеля при оптимизации работы картофелеуборочных машин, а также в селекции при выведении новых сортов картофеля, предназначенных для механизированного возделывания.

Машина испытательная сервогидравлическая для исследования эксплуатационных характеристик антисейсмических гидроамортизаторов атомных реакторов // 2752378

Изобретение относится к средствам (испытательные машины) и методам исследования эксплуатационных характеристик антисейсмических гидроамортизаторов АЭС, а также может использоваться для механических испытаний образцов материалов на растяжение, сжатие, и мало- и многоцикловую усталость с переходом через ноль.

Способ определения предела выносливости листового материала // 2748457

Изобретение относится к технике прочностных испытаний металлических материалов полуфабрикатов, в частности, к способу определения влияния предварительного пластического деформирования на предел выносливости листового материала. Сущность: из листового материала изготавливают симметричные относительно оси растяжения и имеющие равную толщину образцы, состоящие из захватной, переходной и рабочей частей, причем площадь поперечного сечения рабочей части образцов изменяется по линейному закону.

Высокочастотная усталостная машина для испытаний на динамическую нагрузку для рельсовых крепежных пружинных прутков // 2747792

Изобретение относится к испытательной технике. Высокочастотная усталостная машина содержит станину (1), электродвигатель (2), механизм приводного вала (3), нагрузочный шатунный механизм (4), нагрузочный блок (5), конструкцию зажима пружинного прутка (6), защитный кожух (7) и столешницу станины (8).

Способ ускоренного определения долговечности фильтрующих противогазов // 2746580

Изобретение относится к области исследования надежности технических систем, а именно к созданию экспериментальных способов ускоренных испытаний защитного снаряжения, в частности противогазов. В способе выполняют последовательные воздействия на противогазы климатических факторов, вызывающие процессы старения лицевых частей и фильтрующе-поглощающих коробок, а также механических факторов, вызывающие процессы накопления повреждений в элементах конструкции противогазов и их износа и включающие механические удары, надевание и снятие противогазов.

Способ прогнозирования параметров усталостного разрушения листовых металлических материалов // 2739154

Изобретение относится к области усталостных испытаний металлических материалов для определения циклической долговечности, параметров кривой усталости и может быть использовано для определения усталостных характеристик в широких областях долговечности. Сущность: проводят циклическое нагружение до разрушения, определяют число циклов нагружения до разрушения при фиксируемом уровне напряжения и устанавливают корреляции между уровнем циклического напряжения и числом циклов до разрушения.

Способ испытаний кавитационной эрозии // 2739145

Изобретение относится к области контроля стойкости (прочности) материалов и их защитных покрытий при воздействии концентрированных потоков вещества и энергии. Сущность: размещают образец с испытываемым материалом в жидкой среде перед торцевой поверхностью излучателя ультразвуковых колебаний, обеспечивают колебания на ультразвуковой частоте, формируют в зазоре между торцевой поверхностью излучателя и образцом кавитационный процесс, его реализуют в течение времени, достаточного для разрушения поверхности исследуемого материала, и определяют кавитационную стойкость по изменению толщины исследуемого материала.

Способ сейсмоакустического контроля качества бетонирования заглубленных строительных конструкций // 2737176

Изобретение относится к области строительства в грунте заглубленных железобетонных или бетонных конструкций, возводимых способом «стена в грунте», а также контроля качества бетонирования данных конструкций. Сейсмоакустическим источником 5 производят генерацию сейсмоакустических волн в различных точках первой полой трубы 1 за счет его перемещения с интервалами через расстояние от 0,5 до 4 метра по длине трубы 1, при этом сейсмоакустический источник 5 соединяют и синхронизируют с сейсмоакустическими приемниками 7 посредством цифровой сейсмоакустической станции 8, на которую производится регистрация сигналов, полученных сейсмоакустическими приемниками 7 при прохождении сейсмоакустических волн через отвердевшую бетонную среду конструкции «стена в грунте» 4.

Установка для механических испытаний образцов листовых материалов на усталость при изгибе // 2730555

Устройство относится к испытательной технике, может быть использовано для испытания на усталость образцов листовых материалов при изгибе. Установка содержит источник колебаний, захваты для крепления образцов и измерительное устройство.

Способ испытания на прочность диска турбомашины, имеющего концентраторы напряжений в виде отверстий, и устройство для его осуществления // 2730115

Изобретение относится к турбомашиностроению, в частности к способам испытания на прочность дисков турбомашин, имеющих концентраторы напряжений в виде отверстий, а также к устройствам для его осуществления. Сущность: в имитационной модели диска турбомашины, имеющей сквозное отверстие, имитирующее сквозное отверстие под стяжной болт в полноразмерном диске турбомашины, выполняют исходный радиальный надрез от контура сквозного отверстия имитационной модели диска турбомашины по направлению к его центру, с диаметрально противоположной надрезу стороны сквозного отверстия выполняют радиальный разрез имитационной модели диска турбомашины до его кромки и нагружают по нормали к плоскости надреза.

Установка для испытания трубопровода на усталостную прочность // 2760354

Изобретение относится к конструированию стендов для испытания трубопроводов на усталостную прочность, содержащих специальные приспособления для закрепления трубопроводов на вибростенде, в частности трубопроводов турбомашин. Установка содержит средство балансировки и, по меньшей мере, один штуцер для закрепления конца трубопровода различного диаметра, опора выполнена в виде полого цилиндра с кольцевым фланцем, наружная боковая поверхность полого цилиндра выполнена в виде многогранника с четным количеством граней, при этом штуцер установлен, по меньшей мере, на одной из граней и соединен с последней посредством разъемного соединения, а на противоположной ей грани опоры закреплено средство балансировки или штуцер для уравновешивания системы, причем устройство упругих направляющих, передающее вибровозбуждения от вибратора, направлено вдоль оси опоры. Опора выполнена, по меньшей мере, с одним резьбовым отверстием на каждой грани под разъемное соединение для закрепления штуцера или средства балансировки, средство механического нагружения выполнено в виде, по меньшей мере, одного шара определенной массы с цилиндрическим отверстием, выполненного с возможностью жесткого закрепления на противоположном конце трубопровода. Технический результат заключается в упрощении конструкции, повышении надежности и универсальности использования при повышении точности результатов, возможности испытаний трубопроводов разного диаметра и более одного трубопровода одновременно. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.