Файл: Негматов, С. С. Демпфирующие свойства полимерных материалов и покрытий на их основе (обзор).pdf

тронный луч проче'рчиваёт nä экрйнё осциллографа прямую

линию.

C переходом деформации в упруго-пластическую область

опа перестает быть пропорциональной напряжению. Между

обоими сигналами происходит сдвиг фаз, и линии нагрузки и

разгрузки перестают совпадать. На экране появляется петля

гистерезиса, размеры которой изменяются с ростом напряже­ ния. В процессе испытания петли фотографируют на пленку.

Определить циклическую деформацию (полную и неупру­

гую) можно, используя следующие зависимости (рис. 3):

=∙n—kxxa, Ai=kxAχ.

Здесь ≡a — амплитуда полной деформации за цикл;

Аз — неупругая деформация за цикл;

ха — амплитуда отклонения электронного луча ос­

циллографа на оси X;

Ax — ширина петли гистерезиса в координатах X и Y; kx — цена 1 мм отклонения луча по оси X.

Рис. 3. Динамическая петля гистерезиса.

Величину коэффициента kx находят для каждого образца

и серии замеров по данным, полученным в области упругого

деформирования.

где σl∙ — напряжение в упругой области;

X1 — соответствующее ему отклонение луча;

E — модуль упругости материала.

10

МЕТОД СВОБОДНЫХ ЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ

Метод свободных затухающих колебаний наиболее простой ’ и распространенный [13—24].

Демпфирующая способность определяется по виброграмме,

для записи которой применяют разнообразные устройства.

Для характеристики демпфирующей способности принята величина логарифмического декремента.

Настоящий метод позволяет изучать динамические свой­

ства в широком диапазоне частот колебаний и амплитуд на­

пряжений в материале.

К недостаткам метода относится некоторая трудоемкость

ки для определения демпфирующих свойств конструкционных

материалов методом свободных затухающих колебаний.

В лаборатории «Механика полимеров» на кафедре «Экс­

плуатационные материалы и охрана труда» Ташкентского ав­

тодорожного института для исследования демпфирующих свойств полимерных материалов мы специально сконструиро­

вали экспериментальную установку [20]. Она проста, в ней нет сравнительно сложной электронной аппаратуры (теизоусили-

телн, осциллографы и т. п.), для обслуживания которой необ­

ходимы квалифицированные специалисты.

Установка состоит из массивного стального основания 1

с зажимным устройством 2 и электромагнитом 4 на штативе 3.

В зажимном устройстве крепится уширенным концом консоль­

но образец 5. Перемещая штатив, можно менять начальную

амплитуду колебаний, а передвигая электромагнит по длине

образца по штативу 3, — частоту колебаний.

Свободные колебания вызываются следующим образом.

Образец 5 отклоняют на необходимую величину и фиксируют электромагнитом 4. Затем тумблером (на схеме не показан)

разрывается цепь электромагнита 4, и свободный конец резко

11

P и с. 4. Блок-схема экспериментальной установки,

освобождается. На концах образцов приклеивается пластина

из ферромагнитного материала.

Затухающие колебания записываются оптическим мето­ дом [21]. Световой луч от осветителя 7 падает на зеркальце 8,

укрепленное посредине рабочей длины образца, и, отражаясь, попадает на вращающийся барабан с фотобумагой 6. Барабан

приводится в движение от электродвигателя через шестерен­ чатую передачу. Сменой шестерни можно регулировать ско­ рость вращения барабана.

МЕТОД ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ В ЗОНЕ РЕЗОНАНСА

Этот метод основан на зависимости ширины резонансного пика амплитудной кривой перемещения (рис. 5) и резонансной

12

впадины амплитудной кривой возмущающей силы от величи­

ны диссипативных сил.

Рис. 5. Резонансный пик амплитудно-частотной зависимости перемещения

(∆w— ширина резонансной кривой на уровне 0,707 от максимума, р — час­ тота собственных колебаний образца).

Метод резонансного пика выражается расчетными зависи­ мостями для систем, обладающих рассеянием энергии, про­

порциональным первой степени скорости, т. е. при энергетиче­

ских потерях, обусловленных вязким сопротивлением [25], или

квадрату амплитуды, т. е. при амплитудно-независимом отно­ сительном рассеянии энергии [26]. Существенный недостаток

метода в том, что его применение ограничивается случаями

малых уровней циклического деформирования материала, ког­

мальной величины';

р — собственная частота колебаний испытуемого об­ разца.

13

На рис. 6 представлена принципиальная схема прибора

ДМП-1 [27], предназначенного для определения динамическо­

го модуля упругости, тангенса угла механических потерь и ло­

гарифмического декремента колебаний полимерных мате­

риалов.

Рис. 6. Принципиальная схема прибора ДМП-1.

/ — электронно-счетный частотомер; II — звуковой гене­ ратор; III — электронный вольтметр; IV — осциллограф;

V— осциллограф типа H-105; VI— усилитель.

14

В зажиме 7 закреплен образец ! в виде полоски прямо­ угольного сечения толщиной 0,5—5 и шириной 20 мм. На сво­

бодном конце образца и на расстоянии не менее 50 мм от пего наклеены пермаллоевые пластинки 3 толщиной 0,1 мм. На

стойке 6 установлены две каретки, в одной из которых закреп­

лен электромагнитный возбудитель колебаний 4, а в другой —

того же типа датчик скорости колебаний 2. В качестве возбу­

дителя и датчика использованы телефонные капсюли ТК-47. Каретки можно передвигать по стойке, устанавливая образец

любой длины — от 100 до 200 льч. Возбудитель 4, кроме того,

в горизонтальной плоскости выставляется относительно об­

разца в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Возбудитель колебаний, питаемый от звукового генерато­

ра II (типа ГЗ-ЗЗ), создает переменное магнитное поле, в ко­

тором колеблется образец.

Величину тока возбуждения контролируют по миллиампер­ метру термоэлектрической системы. В магнитном поле датчи­ ка колеблется вторая пластинка, наклеенная на образец. На­ пряжение датчика, пропорциональное скорости колебаний, по­

Зеркальная шкала вольтметра обеспечивает четкую фикса­

цию максимума для выявления резонансных частот и уровня 0,707 от максимума для определения тангенса угла потерь η.

Частоту измеряют по электронно-счетному частотометру // (типа ЧЗ-ЗА) с цифровой индикацией. Для контроля формы

колебаний сигнал, усиленный электронным вольтметром, по­

дается на вход электронного осциллографа IV (типа Cl — 19Б).

Тангенс угла потерь η определяют по формуле

где Aω — ширина резонансной кривой на уровне 0,707 от

максимума; р — частота собственных колебаний образца.

Для получения логарифмического декремента колебаний

возбуждение срывается, и синхронно включается светолучевой

осциллограф V (типа Н-150), на котором записывается вибро­ грамма затухающих колебаний.

Логарифмический декремент рассчитывают по формуле (9).

15

Измерение декремента служит здесь дополнительным сред­ ством при оценке демпфирующих свойств материала, посколь­ ку он связан с η известным соотношением [2]:

цессе получения резонансной впадины амплитуда колебаний

образца сохраняется постоянной, поэтому данный метод при­

годен при любой нелинейности амплитудной зависимости рас­ сеяния энергии.

На основе описанного метода отраслевой лабораторией

прочности полимеров Ростовского института инженеров же­

лезнодорожного транспорта разработан прибор РУИЗ-2Т [29],

на котором можно определять логарифмический декремент б

непосредственно со шкалы и динамические модули продоль­ ной упругости E и сдвига G.

Для получения температурной зависимости основных дина­

мических характеристик материала предусмотрены термокрио­

камеры, охватывающие образец и позволяющие создавать

температуры от 123 до 573oK.

Таким образом, все установки, стенды и приборы для исследования динамических свойств материалов могут быть классифицированы по следующим признакам [6]:

1)по характеру колебаний (свободные или вынужденные);

2)по частотному диапазону (низко-, среднеили высоко­

частотные) ;

3)по виду деформаций при колебаниях (продольные, по­

перечные или крутильные);

4)по способу возбуждения колебаний (механический, электромагнитный, электростатический, вихревыми токами,

пьезоэлектрический, ультразвуковой и т. д.);

5)по способу регистрации колебании (визуальный, меха-

16