Способ неразрушающего контроля физико-механических свойств полимерного материала или изделия из полимерного материала

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА ИЛИ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Крень Александр Петрович Рудницкий Валерий Аркадьевич Садовников Алексей Олегович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Способ неразрушающего контроля физико-механических свойств полимерного материала или изделия из полимерного материала, включающий виброударное деформирование контролируемого материала или изделия посредством жесткого индентора и измерение временных интервалов между двумя последовательными соударениями индентора с контролируемым материалом или изделием, отличающийся тем, что измерения производят в точке соударения контролируемого материала или изделия и индентора, непрерывно фиксируют количество произведенных ударов, в зависимости от вида контролируемого материала или изделия выбирают наиболее информативный участок на кривой, представляющей зависимость частоты колебаний от числа ударов, в зоне переходного процесса,производят расчет величины, характеризующей угол наклона кривой зависимости частоты колебаний от числа ударов, по значению и знаку которой, а также числу ударов до выхода процесса виброударного деформирования в установившийся режим судят о деформационной способности материала или изделия, а по значению временных интервалов между двумя последовательными соударениями в установившемся режиме процесса виброударного деформирования - о прочности полимерного материала или изделия. 10472 1 2008.04.30 Изобретение относится к неразрушающему контролю полимерных материалов или изделий из полимерных материалов и может быть использовано при оценке физикомеханических свойств. Известно устройство 1 и способ для определения твердости 2, заключающийся в нанесении удара жестким индентором с заданной кинетической энергией по испытуемому изделию и измерении временного интервала между двумя последовательными соударениями индентора. Недостатками этого способа являются недостаточная чувствительность измерений, вследствие использования одного значения кинетической энергии и малая информативность способа, поскольку этим способом можно определять только один параметр - твердость. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ контроля физикомеханических свойств металлов (в частности твердости), основанный на применении виброударного автоколебательного метода и устройства, его реализующего 3, заключающийся в виброударном деформировании материала контролируемого изделия посредством жесткого индентора при плавном перемещении устройства по поверхности контролируемого изделия, измерении величины временных интервалов между двумя последовательными соударениями индентора и контролируемого материала (частоты виброударных колебаний) при установившейся частоте виброударного процесса (в установив шемся режиме), когда изменение частоты колебаний от количества ударов стремится к нулю или им можно пренебречь, и определении твердости материала по длительности временного интервала между двумя последовательными соударениями. Недостатком данного способа является его малая информативность, поскольку он дает возможность оценить только твердость испытуемого материала и не позволяет оценить его деформационные и прочностные характеристики. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении информативности неразрушающего контроля физико-механических свойств полимерных материалов и изделий из полимерных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что для повышения информативности и достоверности неразрушающего контроля полимерных материалов и изделий производят виброударное деформирование материала жестким индентором в точке соударения контролируемого материала или изделия и индентора, измеряют временные интервалы между соударениями (частоту виброударных колебаний ), величина которых в зоне переходного процесса меняется вплоть до выхода процесса в установившийся режим (до момента достижения определенной установившейся частоты виброударного процесса уст), непрерывно фиксируют количество произведенных ударов , в зависимости от вида контролируемого материала или изделия выбирают наиболее информативный участок на кривой,представляющей зависимость частоты колебаний от числа ударов, в зоне переходного, характеризующей угол наклона кривой, по значению и знаку которой, а также числу ударов 1 до выхода процесса в установившийся режим судят о деформационной способности материала, а по значению временных интервалов между двумя последовательными соударениями в установившемся режиме процесса виброударного деформирования - о прочности полимерного материала или изделия. На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства, реализующего способ. На фиг. 2. показаны два из многих возможных вариантов изменения частоты колебаний (временного интервала между двумя последовательными соударениями) в процессе виброударного деформирования материала от количества наносимых ударов. 2 10472 1 2008.04.30 Устройство для реализации способа состоит из корпуса 1, установленных на нем электродвигателя, состоящего из статора 2 и ротора 3, катушки 4 индуктивности и дополнительного постоянного магнита 5. На роторе 3 установлен рычаг 6 с индентором 7 и основным постоянным магнитом 8. С катушкой 4 индуктивности и статором 2 связан управляющий узел, состоящий из усилителя-ограничителя 9, ключа 10, источника 11 тока и фазосдвигающего конденсатора 12. Узел измерения и обработки сигнала состоит из устройства измерения временных интервалов и обработки полученной информации 13 и дифференциатора 14. Дополнительный постоянный магнит 5 выполнен в виде стержня, установлен в плоскости вращения рычага 6 на расстояниидо оси, где- длина рычага, - радиус катушки 4 индуктивности, с возможностью перемещения вдоль своей оси, а магнитное поле его направлено навстречу магнитному полю основного постоянного магнита 8. Способ реализуется следующим образом. При нажатии пусковой кнопки (на фиг. 1 не показана) источник 11 тока устройства коммутируется на обмотку электродвигателя, фазосдвигающий конденсатор 12 переключается в режим Реверс и ток из источника 11 проходит через обмотку электродвигателя,ротору 3 сообщается крутящий момент, а индентор 7 поднимается до ограничителя (не показан). При отпускании кнопки фазосдвигающий конденсатор 12 переключается в режим Работа, индентор 7 движется вниз, в катушке 4 индуктивности основной постоянный магнит 8 индуцирует сигнал определенного знака, который открывает ключ 10. Ток от источника 11 проходит через обмотку электродвигателя и ротору 3 сообщается крутящий момент, ускоряющий движение рычага 6 с индентором 7. Крутящий момент, действующий на ротор 3 и рычаг 6, передается до тех пор, пока индентор 7 не войдет в контакт с испытуемым материалом. При приближении индентора 7 к испытуемому материалу постоянный магнит 8, прикрепленный к индентору 7, взаимодействует с полем дополнительного постоянного магнита 5 и сила взаимодействия несколько уменьшает скорость индентора 7 и силу удара. В момент соударения индентор 7 резко тормозится и затем происходит его отскок вследствие усилия, обусловленного восстановлением упругой деформации материала в месте удара, и силы отталкивания постоянных магнитов 5 и 8. При отскоке рычага 6 с индентором 7 в катушке 4 индуктивности сигнал меняет знак и ключ 10 запирается. Далее, под действием силы тяжести, скорость отскока замедляется до полной остановки рычага 6 с индентором 7, затем рычаг 6 и индентор 7 начинают движение вниз,ключ 10 открывается под действием сигнала с катушки 4 индуктивности, а на ротор 3 и рычаг 6 с индентором 7 действует крутящий момент, величина которого зависит от тока в обмотке электродвигателя. При каждом соударении индентора 7 с испытуемым материалом сигнал в катушке 4 меняет знак и на выходе дифференциатора 14 формируются импульсы, которые подаются в устройство измерения временных интервалов и обработки полученной информации 13, где производится измерение числа ударови временных интервалов между двумя последовательными соударениями (частоты виброударных колебаний ). До момента достижения равенства энергии, придаваемой индентору 7 с помощью электродвигателя, с энергией, обусловленной восстановлением упругой деформацией материала в месте удара (т.е. до момента достижения определенной установившейся частоты виброударного процесса), происходит переходный процесс и длительность временных интервалов между двумя последовательными соударениями резко меняется. После окончания переходного процесса в момент достижения равенства энергий индентор 7 начинает колебаться в установившемся режиме (когда изменение частоты колебаний от количества стремится к нулю или им можно пренебречь). В зависимости от вида контроударов лируемого полимерного материала или изделия из полимерного материала в устройстве 3 10472 1 2008.04.30 измерения временных интервалов и обработки полученной информации 13 происходит выбор наиболее информативного участка в зоне переходного процесса и расчет величины, характеризующей угол наклона зависимости частоты колебаний от числа ударов, по значению и знаку которой, а также числу ударов 1 до выхода процесса виброударного деформирования в установившийся режим судят о деформационной способности материала или изделия, а по значению временных интервалов между двумя последовательными соударениями в установившемся режиме процесса виброударного деформирования - о прочности полимерного материала или изделия. Способ позволяет контролировать различные полимерные материалы и изделия из полимерных материалов, обеспечивая при этом необходимую информативность и достоверность контроля. Он также предполагает градуировку соответствующего средства контроля в единицах любого параметра, который находится в корреляционной зависимости от рассчитываемых в способе величин (например, в единицах твердости, предела прочности,предела текучести, модуля упругости и других физико-механических свойств). Источники информации 1. А.с. СССР 1138696, 1985. 2. Рудницкий В.А., Недбальский И.И. Динамический метод и прибор для измерения твердости металлических изделий // Дефектоскопия. - 1987. -1. - С. 61-66. 3. А.с. СССР 1422111, 1988. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4