Модель структуры пористого материала

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МОДЕЛЬ СТРУКТУРЫ ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси(73) Патентообладатель Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси(57) Модель структуры пористого материала, состоящая из соединенных между собой упругих элементов, отличающаяся тем, что каждый упругий элемент выполнен из полимерного материала и имеет форму тонкостенной вогнутой ячейки с углом вогнутости ячейки 90, при этом упругие элементы соединены друг с другом посредством двух выступов и двух пазов, размещенных соответственно на противоположных стенках каждого элемента. Фиг. 3 Изобретение относится к области механики, к учебным наглядным пособиям и моделям для демонстрации упругого поведения материала при деформировании и может быть использовано при изучении курса сопротивления материалов и теории упругости. 4556 1 Известны многочисленные устройства для демонстрации поведения материала при деформировании. К их числу можно отнести устройство для демонстрации деформирования опорных конструкций под нагрузкой 1. В данном устройстве материал моделируется набором пружин, что позволяет наглядно объяснить гипотезу податливого основания. Недостатком данного устройства является очень узкий класс демонстрируемых явлений и упрощенность моделирования реального материала. Предложен учебный прибор по сопротивлению материалов и строительной механике 2, состоящий из горизонтальных упругих стержней и вертикальных упругих связей, который также можно рассматривать как модель материала. Недостатком указанного прибора является проблематичность сопоставления характеристик модели со свойствами реального материала и невозможность демонстрации с ее помощью аномалий упругого поведения. Известен также учебный прибор по сопротивлению материалов 3, содержащий основание, деформируемый объект и шарнирный параллелограмм, который соединен с приспособлениями для крепления деформируемого объекта. Данный прибор позволяет демонстрировать упругое поведение материала, остаточную деформацию и явление образования шейки перед разрушением материала. Недостатком этого технического решения является невозможность демонстрации аномалий упругого поведения, изучение которых является актуальной областью исследований механики твердого тела. Прототипом заявляемого изобретения является модель структуры (фиг. 1) для демонстрации аномалии упругих свойств материалов - отрицательного коэффициента Пуассона 4. Модель состоит из жестких стержней 1, соединенных при помощи подвижных шарниров 2. Перемещения шарниров ограничиваются пружинами 3, характеризующими упругость всей модели. Соединение стержней показано на фиг. 2. Прототип имеет следующие недостатки трудоемкость изготовления модели недостаточное соответствие модели реальному материалу ограничения, накладываемые на структуру, в силу которых возможна демонстрация только нижнего предельного значения коэффициента Пуассона, равного - 1. Задачи, на решение которых направлено заявляемое изобретение создание менее трудоемкой в изготовлении модели структуры материала уточненное моделирование деформационного поведения реальных пористых материалов демонстрация отрицательного коэффициента Пуассона, характерного для пористых материалов с ячейками вогнутой формы. Решение поставленных задач достигается тем, что модель структуры пористого материала состоит из соединенных между собой упругих элементов, причем каждый элемент выполнен из полимерного материала и имеет форму тонкостенной вогнутой ячейки с углом вогнутости 90, а соединение элементов осуществляется при помощи двух выступов и двух пазов, размещенных соответственно на противоположных стенках каждого элемента. Такое решение задачи позволяет расширить диапазон решаемых задач путем демонстрации эффекта отрицательного коэффициента Пуассона при деформировании реальных пористых материалов. На фиг. 3 изображена модель структуры материала, состоящая из упругих элементов, выполненных, например,из полимерного материала или эластомера (фиг. 4) с пазами и выступами. Соединение упругих элементов осуществляется посредством пазов и выступов типа ласточкин хвост. Демонстрация упругих деформаций материала производится следующим образом. Модель структуры материала 1 устанавливается в известное нагружающее устройство 2 с закреплением двух противоположных граней модели в захватах, один из которых является неподвижным 3, а второй захват 4 перемещается на определенную величину, путем сжатия или растяжения модели (фиг. 5). При этом в направлении, поперечном направлению приложения нагрузки, регистрируются смещения двух остальных граней. При снятии нагрузки модель восстанавливает начальные размеры и демонстрирует упругие свойства материала. Увеличение поперечного сечения модели при растяжении либо его уменьшение при сжатии свидетельствует об отрицательном значении коэффициента Пуассона. Предлагаемая модель была изготовлена в лабораторных условиях в ИММС НАНБ путем сборки упругих элементов (фиг. 4), изготовленных из полиэтилена низкого давления марки 277 методом литья под давлением. Испытания модели проводились на универсальном прессе типа УП-7. Регистрация параметров деформирования модели осуществлялась при помощи индикаторов перемещений щупового типа марки ИЧ-1. Модель показала следующие технические возможности демонстрация деформирования пористых материалов при одноосном нагружении демонстрация аномалии упругости - отрицательного коэффициента Пуассона пористых материалов с ячейками вогнутой формы. В частности, в таблице приведены результаты испытаний модели с углом вогнутости ячеек, равным 60. 4556 1 Результаты определения коэффициента Пуассона модели Нагрузка, Н 50 100 150 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.