Исследование прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий: .исследование твердости или упругой твердости – G01N 3/40

Изобретение относится к технике контроля и исследования материалов и изделий и может быть использовано для определения параметров рельефа поверхности (линейные размеры, шероховатость), механических (твердость, модуль упругости) и трибологических (коэффициент трения, износостойкость, время жизни покрытий) характеристик материалов с субмикронным и нанометровым пространственным разрешением. Устройство содержит индентор, установленный на упругом элементе, по меньшей мере, два оптических датчика, каждый из которых включает источник оптического излучения и его приемник. Упругий элемент выполнен П-образным, стойки П-образного упругого элемента закреплены на держателе, индентор установлен на перекладине П-образного упругого элемента. П-образный упругий элемент выполнен с возможностью, по меньшей мере, частичного перекрытия потока оптического излучения оптических датчиков и изменения площади перекрытия потока при своем изгибе или содержит установленное на нем приспособление, выполненное с возможностью, по меньшей мере, частичного перекрытия потока оптического излучения оптических датчиков и изменения площади перекрытия потока при своем изгибе. По меньшей мере, один из оптических датчиков выполнен с возможностью контроля изгиба перекладины в плоскости П-образного элемента в процессе измерения, а другой из оптических датчиков - с возможностью контроля изгиба стоек в плоскости П-образного элемента в процессе измерения. Технический результат: повышение качества, достоверности и стабильности измерений, повышение технологичности устройства при его производстве. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способам определения механических свойств материалов путем вдавливания индентора в поверхность образца с заданной нагрузкой, а именно к способам определения статического модуля упругости Юнга. Сущность: совместно используют экспериментальное вдавливание индентора и компьютерное моделирование вдавливания индентора методом конечных элементов. Проводят экспериментальное сканирование поверхности частицы, вдавливание индентора в наночастицу заданной силой и определение по упругой составляющей экспериментальной глубины проникновения индентора. Осуществляют генерацию электронной геометрической модели наночастицы, формируют и решают методом конечных элементов контактную задачу вдавливания индентора в частицу в серии экспериментов при постоянном усилии индентирования. Путем варьирования значением модуля упругости добиваются нулевой разницы между экспериментальной и расчетной глубиной проникновения индентора, определяют модуль упругости частицы, соответствующей нулевой разнице расчетной и экспериментальной глубин. Технический результат: разработка способа определения модуля упругости материала микро- и наночастиц произвольной формы. 4 ил.

Изобретение относится к технике испытания твердых материалов на микротвердость. Сущность: осуществляют подготовку микрошлифа, нанесение механического отпечатка на поверхность микрошлифа, измерение размера отпечатка с помощью микроскопа. Отпечатки создаются твердыми частицами, находящимися в жидкости, приобретающими высокое ускорение, возбужденное ультразвуковой головкой в докавитационной области. Технический результат: возможность определения микротвердости материалов в относительных единицах, имеющих мелкокристаллическую структуру либо тонкие покрытия. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа материалов путем определения их твердости и может быть использовано для определения физико-механических характеристик растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций и т.п. Устройство содержит буровое сверло, приводимое во вращение электрическим приводом, электрический привод подачи бурового сверла, находящиеся в корпусе устройства. Привод вращения бурового сверла установлен посредством подшипников на каретке с возможностью свободного вращения относительно оси вала ротора. Каретка, осуществляющая подачу и обратное движение бурового сверла вдоль его оси, установлена на салазках и резьбовом валу. Корпус привода вращения бурового сверла соединен с кареткой нагрузочной пружиной, а величина сопротивления сверлению определяется с помощью датчика угла поворота привода вращения бурового сверла относительно оси вала его ротора. Технический результат - повышение точности измерения физико-механических характеристик исследуемого материала сверлением, возможность анализа данных процесса сверления без использования ЭВМ, повышение надежности, ремонтопригодности и снижение веса устройства. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технике контроля и исследования материалов и изделий и может быть использовано для определения параметров рельефа поверхности и механических характеристик материалов с субмикронным и нанометровым пространственным разрешением. Устройство содержит пьезоэлектрический стержень с двумя внешними и одним разделительным электродом, индентор, размещенный на одном из концов стержня, держатель, в котором укреплен другой конец стержня, схему возбуждения, схему детектирования. Устройство дополнительно снабжено оптическим датчиком, состоящим из источника и приемника оптического излучения. Пьезоэлектрический стержень размещен между источником и приемником оптического излучения таким образом, что пьезоэлектрический стержень перекрывает часть потока оптического излучения с возможностью изменения количества излучения, попадающего на приемник излучения, при своем изгибе. Технический результат: возможность осуществлять сканирование поверхности, измерять статический изгиб стержня и силу, приложенную к индентору в процессе индентирования, и тем самым расширить функциональные возможности устройства. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к разделу исследования прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий и может быть использовано в машиностроении и металлургии. Сущность: осуществляют внедрение под действием усилия индентора в образец и приводят их в относительное перемещение, перпендикулярное направлению приложения усилия. Предварительно измеряют размеры рабочих частей индентора. Индентор внедряют в два образца, преимущественно в каждый на половину его высоты, скрепляют образцы с возможностью скольжения, смещают их относительно друг друга на длину исследуемой зоны. Регистрируют величины смещающего усилия и перемещение образцов, производят запись диаграммы «усилие - перемещение». Твердость определяют как отношение смещающего усилия, преимущественно с учетом поправки на трение, к площади поверхности рабочих частей индентора. Технический результат: разработка более производительного информативного, надежного и точного способа определения твердости с непрерывной фиксацией характера ее распределения на протяжении заданной длины исследуемой зоны с целью анализа физической и структурной неоднородности материала. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для оценки твердости почвы. Устройство для измерения твердости почвы включает платформу (1) с фиксаторами (2), штоки (3) и измерительные механизмы (4). Платформа имеет горизонтальную (5) и вертикальную (6) плоскости, на которых смонтированы пластины (7) со штоками (3). Пластины (7) через отверстия (8) в плоскостях соединены П-образной вставкой (9) с измерительным механизмом (4), помещенным в П-образную вставку (9) и контактирующим с плоскостью платформы. При этом штоки (3) выполнены одинаковыми по длине и расположены на пластинах рядами. Изобретение позволяет определить твердость почвы в вертикальном и в горизонтальном направлении, а также оценить ее способность без обработки формировать высокий урожай полевых культур. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для определения механических свойств горных пород. Техническим результатом является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей. Погружной измеритель крепости горных пород содержит гидроцилиндр с тремя концентрическими полостями: входной, кольцевой и напорной, нагрузочный поршень со штоком, оснащенным индентором, и дополнительный бесштоковый поршень. При этом между кольцевой полостью под дополнительным бесштоковым поршнем и напорной полостью нагрузочного поршня со штоком обеспечена гидравлическая связь посредством канала. 1 ил.

Настоящее изобретение относится к способам определения показателей механических свойств монолитных образцов. Сущность: отбирают монолитный образец произвольной формы и осуществляют осевое нагружение монолитного образца сферическими инденторами до его разрушения. Измеряют величины нагрузки в момент разрушения монолитного образца. Измеряют площади поверхности разрыва монолитного образца и определяют механические свойства монолитного образца. На двух противоположных поверхностях монолитного образца, в местах предполагаемого контакта с инденторами, подготавливают параллельно расположенные друг другу площадки размером не менее 10×10 мм. Осуществляют осевое нагружение путем сжатия монолитного образца парой сферических инденторов, прикладывая равномерную нагрузку с постоянной скоростью нагружения, равной 0,1÷0,5 кН/с, в качестве механических свойств монолитного образца определяют сцепление монолитного образца по формуле. Технический результат: повышение точности и упрощение определения механических свойств монолитных образцов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технике контроля материалов и изделий и может быть использовано для измерения параметров рельефа поверхности и механических характеристик материалов с субмикронным и нанометровым пространственным разрешением. Техническим результатом является повышение быстродействия и чувствительности устройства и расширение его функциональных возможностей. Устройство для измерения физико-механических свойств материалов (вариант 1) содержит пьезоэлектрический стержень с двумя внешними и одним разделительным электродом, индентор, размещенный на одном из концов стержня, держатель, в котором укреплен другой конец стержня, схему возбуждения, схему детектирования и управляемый источник напряжения. При этом пьезоэлектрический стержень выполнен составным из закрепленной в держателе и свободной частей, причем свободная часть выполнена как продолжение закрепленной и скреплена с ней, управляемый источник напряжения подключен к закрепленной части, индентор размещен на конце свободной части, один внешний электрод свободной части стержня соединен со схемой возбуждения, другой внешний электрод соединен со схемой детектирования. Устройство (вариант 2) отличается от первого варианта тем, что в его состав введен дополнительный пьезоэлектрический стержень, образующий совместно с составным стержнем камертонную конструкцию, при этом схемы возбуждения и детектирования подключены к разным ветвям камертона. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к строительству и машиностроению. Карманный твердомер содержит полый корпус и боек с индентором, расположенные в полости корпуса с возможностью свободного перемещения. Корпус и боек имеют поперечные соосные отверстия, в которые вставлены перерезаемые стержни, установленные так, что сила воздействия на индентор равна силе перерезания указанных стержней. Технический результат: создание карманного инструмента для приближенного определения твердости в нелабораторных условиях ударным способом с заданием силы воздействия на индентор с возможностью задания этой силы ступенчато в широких пределах, в том числе задавать усилия, применяемые в традиционных методиках. 1 ил.

Изобретение относится к способу определения контактной жесткости тел и может быть использовано в автомобилестроении в качестве метода определения жесткости элементов конструкции, в том числе тонкостенных элементов. Технический результат заключается в определении жесткости упругих опор, контактной жесткости материалов, в том числе и тонкостенных элементов, сокращении времени измерения, исключении демонтажа конструкции или установки ее на стенде. Сущность способа заключается в том, что металлический шарик подвешивают на нерастяжимую нить в виде математического маятника, отклоняют на определенный угол и свободно отпускают, после чего он соударяется с препятствием, жесткость которого требуется измерить, совершая виброударный процесс, а наблюдатель фиксирует период колебаний, то есть время, необходимое на свободное перемещение, соударение и отскок. Жесткость материала определяют по формуле:

где с - жесткость, m - масса шарика, T ₁₂ - полный период колебания, g - ускорение свободного падения, l - длина нерастяжимой нити. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение для неразрушающего оптического контроля при дистанционном определении механической твердости стальных изделий, измерении профиля твердости по глубине при поверхностной обработке, локальных измерениях, включая труднодоступные места. Способ заключается в том, что изделие из стали подвергают локальному воздействию мощным лазерным излучением, в результате чего происходит оптическое возбуждение нестационарного теплового поля. Пространственно-временная модуляция тепловых волн с поверхности металла переносится в оптическую область с применением считывающего пучка лазера малой мощности видимого диапазона. С помощью CCD камеры регистрируется динамика спекл-изображений поверхности образца. Разбивая спекл-изображения на ряд фрагментарных участков, рассчитывают значения функции F(T,r)=1-cor(T,r), где cor_i(T₁,r) - корреляционная функция. Для выделенного фрагмента по полученным значениям строят график функции F(T,r) и по калибровочным кривым определяют механическую твердость этого участка стального изделия. Техническим результатом является уменьшение погрешности измерений за счет исключения негативного влияния «паразитных» инфракрасных источников излучения. 13 ил.

Использование: для определения модуля нормальной упругости материала металлического изделия. Сущность: заключается в том, что берут металлический образец, измеряют твердость образца и изделия, определяют отношение скоростей сферического индентора до и после соударения с образцом и с изделием и на основании результатов измерений образца и изделия определяют величину модуля нормальной упругости материала изделия по соответствующей математической формуле. Технический результат: снижение трудоемкости определения модуля нормальной упругости материала металлического изделия и обеспечение возможности использования способа как в промышленных, так и в лабораторных условиях без повреждения поверхности изделия.

Учебный прибор для измерения твердости материала в условиях учебных мастерских. Технической задачей изобретения является создание и измерение усилия нажатия шарика на образец при выполнении условия наглядности и надежности процесса. Применяется равноплечный жесткий рычаг для передачи усилия нажатия на образец; на рычаге консольно укреплен упругий стержень, по деформации изгиба которого вычисляется усилия нажатия шарика на образец. Усилие нажатия вычисляется по показаниям двух индикаторов перемещений, установленных на конце рычага и конце стержня. Сила давления на упругий стержень осуществляется с помощью гидравлического домкрата, укрепленного на плите под стержнем. Рычаг установлен в подшипниковой опоре и может поворачиваться вокруг ее оси при действии стержня. По величине усилия нажатия шарика на образец и величине диаметра отпечатка на образце вычисляется число твердости материала образца НВ по Бринелю. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: рассчитывают величину максимальных напряжений, возникающих в наиболее опасных точках реальной металлоконструкции при ее эксплуатации. Рассчитывают величину стрелы прогиба, обеспечивающую создание величины напряжения в среднем сечении пластины с покрытием, равной рассчитанной величине максимального напряжения в металлоконструкции. Изготавливают образец в виде металлической пластины с полимерным покрытием. Нагружают пластину по схеме трехточечного изгиба воздействием на ее среднюю часть до рассчитанной величины стрелы прогиба. Констатируют сохранение диэлектрической сплошности покрытия, после чего образец помещают в эксплуатационную среду или среду, моделирующую эксплуатационную. Выдерживают на заданной базе времени, вновь проверяют диэлектрическую сплошность покрытия и судят о сопротивлении полимерного покрытия растрескиванию. Технический результат: повышение точности испытаний. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике. Твердомер содержит ультразвуковой датчик, состоящий из стержневого акустического резонатора с индентором на одном конце и нагрузочной пружины на другом, закрепленных на резонаторе пьезопреобразователей, генератора и цифрового электронного блока обработки и регистрации, выполненного из соединенных последовательно схемы питания, микроконтроллера, графического матричного ЖКИ и клавиатуры. Причем в твердомер дополнительно введен динамический датчик, содержащий метаемый пружиной боек с твердосплавным шариком и встроенным магнитом, индуцирующим знакопеременную ЭДС в катушке индуктивности, охватывающей корпус динамического датчика, соединенный с аналого-цифровым преобразователем, встроенным в микроконтроллер, через устройство выборки-хранения. Технический результат: обеспечение возможности использования одного цифрового электронного блока обработки и регистрации для работы как с ультразвуковым, так и с динамическим датчиком. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: измеряют профиль резьбы шпильки и твердость материала шпильки. Определяют предел текучести. Рассчитывают предел прочности материала шпильки, запас прочности шпильки и посредством расчета на базе измеренного значения твердости определяют усталостные свойства материала. Измерение профиля резьбы производят путем фотографирования цифровым фотоаппаратом резьбового участка шпильки или производят сканирование шпильки посредством планшетного сканера, вводят в компьютер полученное изображение резьбы с последующим получением профиля резьбы на экране дисплея компьютера, например, посредством программы Word. Сопоставляют измеренный профиль резьбы с исходным стандартным профилем резьбы и на основании этого определяют скорость коррозии и величину износа или деформации резьбы, на основании полученных данных выявляют закономерность регрессионного процесса шпильки, а затем шпильку как представитель партии подвергают испытанию на разрыв и определяют реальную величину предела прочности шпильки с последующим сравнением полученного экспериментально запаса прочности с полученным расчетным путем запасом прочности шпильки и по усталостным характеристикам, полученным расчетным путем, произведенным на базе измеренных параметров резьбы и материала шпильки, производят оценку технического состояния шпильки, и косвенно оценивают техническое состояние оборудования или его узла, на котором эксплуатировалась шпилька. Технический результат: повышение точности исследования. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к процессу тарировки прибора для измерения твердости материалов. Способ тарировки прибора для измерения твердости материалов заключается в том, что определяют условную твердость для нескольких эталонных мер и их вводят совместно с соответствующими номинальными значениями твердости в память процессора прибора, затем на основании данных, взятых из памяти процессора прибора, посредством метода наименьших квадратов определяют функцию вида HV=а₀+a₁HL+a₂HL²+...+ a_nHLⁿ, где HV - шкала твердости по Виккерсу, HL - условная твердость, a₀, a₁,...,a_n - коэффициенты полинома, n - показатель степени, выбираемый из условий достижения требуемой точности аппроксимации, и для последующего измерения твердости исследуемого материала полученную функцию вводят в память процессора прибора в виде ее кусочно-линейной аппроксимации. Предложенный способ позволяет тарировать прибор один раз для всего диапазона выбранной шкалы. 2 ил.