способ исследования демпфирующих свойств материалов при поперечных колебаниях

Формула изобретения

СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕМПФИРУЮЩИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОПЕРЕЧНЫХ КОЛЕБАНИЯХ, заключающийся в том, что призматический образец с утолщениями на его концах консольно закрепляют в массивной плите, к свободному концу образца прикрепляют инерционный груз, возбуждают в образце резонансные колебания, измеряют параметры этих колебаний, по которым судят о демпфирующих свойствах материала образца, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени, уменьшения трудоемкости и повышения точности исследования, используют инерционный груз, выполненный в виде двух стержней из магнитотвердого материала, в качестве возбудителя и измерителя используют две индуктивные катушки, установленные оппозитно одна другой так, что их оси совпадают с направлениями векторов намагниченности стержней, и взаимодействующие со стержнями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к исследованиям вибропоглощающих свойств конструкционных материалов, а именно к способам измерения демпфирующих свойств.

Известен способ измерения демпфирующих свойств материалов, в котором для возбуждения и регистрации изгибных колебаний на конце образца прикрепляют магнитные якорные пластины, притягивающиеся поляризующим полем, создаваемым электромагнитной катушкой с сердечником [1].

Недостатком этого способа является недостаточная точность измерения из-за аппаратурных потерь, возникающих в возбудителе и приемнике в результате гистерезиса и вихревых токов в якорных пластинах и полюсах магнитов-сердечников.

Известен также способ исследования демпфирующих свойств конструкционных материалов при поперечных колебаниях, в котором призматический образец утолщенным концом крепится консольно в массивной стальной плите, подвешенной на тонких стальных струнах для уменьшения потерь энергии в фундамент. Поперечные колебания образца возбуждаются с помощью электромагнита, питающегося от мощного усилительного устройства. Задающий сигнал обеспечивается звуковым генератором Г3-34 через реле, катушка которого питается через контактное устройство шлейфового осциллографа. Таким образом создаются поперечные колебания требуемой амплитуды и формы, а с помощью реле и контактов осциллографа возбуждение срывается и образец совершает свободные затухающие колебания. Колебания записываются бесконтактным теневым способом с использованием фотооптического датчика, переменный электрический сигнал с которого усиливается и попадает на гальванометр шлейфового осциллографа, где фиксируется на кинопленке в виде виброграммы затухающих колебаний образца. Обработка виброграмм дает значение логарифмического декремента колебаний [2].

Недостатком приведенного устройства является низкая производительность труда, обусловленная длительностью процесса регистрации колебаний и обработки данных, включающего запись виброграмм на кинопленку, ее фотообработку, сушку, обработку результатов измерений, которая не исключает возможной субъективной ошибки.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ исследования демпфирующих свойств материалов при поперечных колебаниях с использованием образца, представляющего собой брус равного сопротивления изгибу, имеющий две расположенные под углом одна к другой боковые стенки с одинаковыми и постоянными сечениями, которые образованы сквозным вырезом в виде равнобедренной трапеции в плоскости, перпендикулярной к плоскости колебаний, при этом геометрические параметры груза и угол между боковыми стенками выбирают из условия пересечения средних линий продольных центральных сечений этих стенок в центре тяжести груза. Образец одним концом консольно закрепляют в массивной плите, к свободному концу прикрепляют инерционный груз, возбуждают в образце поперечные колебания, регистрируют параметры этих колебаний, записывая виброграммы на фотобумагу и по этим параметрам судят о демпфирующих свойствах материала образца [3].

Указанный способ содержит недостатки предыдущего способа, кроме того имеет недостаток, заключающийся в технологической сложности изготовления образца.

Целью изобретения является сокращение времени, уменьшение трудоемкости и повышение точности исследования.

Это достигается тем, что испытуемый образец призматической формы консольно закрепляют в массивной опоре, к свободному концу прикрепляют инерционный груз в виде двух стержней из магнитотвердого материала SmCo₅ с высокой остаточной индукцией. Инерционный груз является возбудителем резонансных колебаний образца. В качестве измерителя используют две индуктивные катушки, установленные оппозитно друг другу. Оси катушек совпадают с направлением вектора намагниченности стержней и в процессе исследования взаимодействуют со стержнями. Они несут информацию о параметрах свободно затухающих колебаниях образца.

Такой способ определения демпфирующих свойств материала позволяет исключить регистрацию виброграмм на кинопленке или фотобумаге и субъективные ошибки при обработке последних.

Способ иллюстрируется на фиг.1 и 2.

Способ осуществляется следующим образом. К образцу (фиг.1), представляющему собой сплошной брус 2 прямоугольного поперечного сечения с утолщениями на концах, прикрепляют инерционный груз в виде двух стержней 3 из магнитного сплава SmCo₅. Образец консольно крепят в массивной медной опоре.

Структурная схема установки для изучения демпфирующих свойств материалов приведена на фиг.2. Установка содержит генератор 4 сигналов низкочастотный, катушки 5 и 6 измерения, осциллограф 7, низкочастотный усилитель 8, пороговый дискриминатор 9 и счетчик 10 импульсов.

Возбуждение поперечных колебаний образца 2 осуществляется электромагнитным способом, при помощи двух стержней из сплава SmCo₅, укрепленных на конце образца и являющихся инерционным грузом 3. Измерительные катушки 5, 6 устанавливаются оппозитно друг другу, а их оси совпадают с направлением векторов намагниченности стержней. Резонанс колебаний фиксируется осциллографом 7 по максимуму напряжения, наводимого в катушках 5 и 6. Сигнал усиливается и поступает на вход порогового дискриминатора 9, а затем - на счетчик 10 импульсов.

Для точного определения резонансной частоты используется частотомер, входящий в состав генератора 4. С помощью порогового дискриминатора задаются амплитуды начала А₁ и конца А₂ свободных затухающих колебаний. Счетчиком фиксируется количество колебаний, совершенных образцом при изменении амплитуды от А₁ до А₂. После соответствующей обработки результатов измерения получают значения логарифмического декремента колебаний Q^-1 (или внутреннего трения) в функции амплитуды циклического деформирования материала, либо температуры или какого другого воздействия. Математическая обработка результатов исследования и построение графиков зависимостей параметров демпфирования от параметров воздействия осуществляется с помощью ЭВМ.

Преимуществом предлагаемого способа является возможность исследования демпфирующих свойств как магнитных, так и немагнитных материалов, упрощение метода регистрации и сокращение времени определения искомых величин, возможность полной автоматизации процесса исследования. Использование сердечников из магнитотвердого материала SmCo₅ с высокой индукцией позволяет уменьшить силу тока и габариты возбуждающих катушек (что имеет большое значение для исследования материалов в условиях криогенных температур 4,2-77 К, когда тепловыделение в катушках приводит к трудностям в стабилизации температуры образца, большому расходу дорогостоящих хладагентов - жидких гелия, водорода или азота), а также получить достаточно мощный сигнал в измерительных катушках, который можно регистрировать без предварительного усиления и на который практически не влияют наводки.