Устройство для определения физико-механических характеристик материалов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Рудницкий Валерий Аркадьевич Крень Александр Петрович Мацулевич Олег Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для определения физико-механических характеристик материалов, состоящее из корпуса в виде направляющего цилиндра с упором, индентора, включающего полусферический наконечник с вмонтированным в нем постоянным магнитом, индуктивной катушки, охватывающей индентор, и блока обработки сигнала, отличающееся тем, что индентор дополнительно содержит осесимметричный шток, прикрепленный к полусферическому наконечнику, на котором расположены с возможностью перемещения инерционный элемент в виде цилиндра с центральным отверстием и пружинный элемент, причем масса инерционного элементасвязана с жесткостью пружинного элементаотношением где- максимальное сжатие пружинного элемента,- ускорение силы тяжести.(56) 1. А.с. СССР 1138696, МПК 01 3/48, 1985. 2. Патент Великобритании 1485218, МПК 01 3/52, 1977. Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к определению физико-механических характеристик металлических и неметаллических материалов. Известно устройство для определения твердости металлических материалов и изделий 1, состоящее из цельного индентора с вмонтированным в нем постоянным магнитом, закрепленным на поворотном рычаге, узла фиксации индентора в исходном положении, катушки индуктивности, блоков обработки информации и индикации. Недостатком устройства является невысокая точность измерения из-за малого времени соударения индентора с испытуемым материалом, недостаточного для завершения релаксационных процессов в материале. Прототипом полезной модели является устройство 2, содержащее цельный осесимметричный индентор с полусферическим наконечником с вмонтированным постоянным магнитом, который разгоняется за счет действия силовой пружины, катушку индуктивности, блок обработки сигнала. Недостатком устройства является невысокая точность измерения физико-механических характеристик неметаллических вязкоупругих материалов, в частности резинотехнических изделий, из-за влияния не завершившихся за время соударения индентора релаксационных процессов в контролируемом материале. Задачей полезной модели является повышение точности определения физико-механических характеристик материалов путем увеличения времени соударения индентора с испытуемым материалом. Сущность настоящей полезной модели заключается в существенном повышении точности определения физико-механических характеристик особенно неметаллических вязкоупругих материалов путем существенного увеличения времени соударения индентора с испытуемым материалом. Результат достигается за счет того, что устройство содержит корпус в виде направляющего цилиндра с упором, индентор, включающий полусферический наконечник с вмонтированным в нем постоянным магнитом, индуктивную катушку, охватывающую индентор, и блок обработки сигнала. Индентор дополнительно содержит осесимметричный шток, прикрепленный к полусферическому наконечнику. На осесимметричный шток посажен с возможностью перемещения инерционный элемент в виде цилиндра с центральным отверстием. Между наконечником и инерционным элементом располагается пружинный элемент. Для обеспечения поставленной цели масса инерционного элементаи жесткость пружинного элементавыбираются таким образом, чтобы выполнялось следующее соотношение где- максимальное сжатие пружинного элемента,- ускорение силы тяжести. Использование инерционного и пружинного элементов приводит к тому, что в процессе удара происходит перемещение инерционного элемента вдоль осесимметричного штока сначала к полусферическому наконечнику и затем от него в исходное положение. Вследствие этого время контакта полусферического наконечника с испытуемым материалом будет определяться продолжительностью перемещения пружинного элемента по осесимметричному штоку, что на порядок превышает время контакта цельного индентора. Увеличение времени удара приводит к практическому совпадению результатов динамических испытаний со стандартными статическими. На фигуре представлена схема устройства. 2 61722010.04.30 Устройство для определения физико-механических характеристик материалов состоит из корпуса в виде направляющего цилиндра 1 с упором 2, индентора 3, включающего полусферический наконечник 4 с вмонтированным в нем постоянным магнитом 5, осесимметричнный шток 6, прикрепленный к полусферическому наконечнику 4, инерционный элемент 7 в виде цилиндра с центральным отверстием. Инерционный элемент 7 посажен на осесимметричный шток 6 с возможностью свободного перемещения. Между инерционным элементом 7 и полусферическим наконечником 4 размещен пружинный элемент 8 в виде цилиндрической пружины сжатия. Индентор 3 перемещается в направляющем цилиндре 1. Исходное положение индентора в направляющем цилиндре 1 фиксируется упором 2. Индуктивная катушка 9, охватывающая при контакте полусферического наконечника 4 индентора 3 с испытуемым материалом постоянный магнит 5, соединена с блоком обработки сигнала 10. Устройство работает следующим образом. Устанавливается направляющий цилиндр 1 с индентором 3 на испытуемую поверхность, которая может располагаеться как в горизонтальной, так и наклонной плоскостях. Поднимается индентор 3 в исходное положение до упора 2 в направляющем цилиндре 1, и затем под действием силовой пружины (на фигуре не показана) осуществляется разгон индентора 3 до момента контакта полусферического наконечника 4 с испытуемой поверхностью. После этого начинается движение инерционного элемента 7 вдоль осесимметричного штока 6 к полусферическому наконечнику 4, преодолевая сопротивление пружинного элемента 8. После того как произошло деформирование пружинного элемента 8, движение инерционного элемента 7 будет направлено в противоположную сторону и после достижения им исходного положения произойдет отрыв осесимметричного наконечника 4 от испытуемой поверхности. Во время удара в индуктивной катушке 9 наводится сигнал, величина которого зависит от скорости перемещения постоянного магнита 5. Сигнал обрабатывается блоком обработки сигнала 10. Предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью определять физикомеханические характеристики твердость и модуль упругости как металлических, так и неметаллических материалов, особенно полимерных, свойства которых зависят от времени приложения нагрузки за счет существенного увеличения времени контакта индентора с испытуемым материалом. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3