СТЕНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ И СТРУКТУРЫ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения деформаций полимерных композиционных материалов (ПКМ) и диагностики их физико-химических характеристик при их испытаниях на прочность.
Известно устройство для измерения деформаций конструкций из композиционных материалов при повышенных температурах, принятое за прототип (патент РФ №2149352, МПК G01B 7/16, опубл. 20.05.2000), содержащее упругую подложку (предметный столик), узлы крепления (зажимы), съемную монтажную рамку (прецизионные направляющие), измерительную аппаратуру и нагреватель.
Недостатком устройства является его невозможность одновременного осуществления исследований напряженно-деформированного состояния ПКМ при механическом воздействии и диагностики физико-химических свойств этого ПКМ.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства в части одновременного исследования и установления взаимосвязи физико-химических свойств ПКМ с параметрами микроструктуры и напряженно-деформированного состояния ПКМ при механическом воздействии.
Технический результат достигается за счет встраивания в конструктивную схему стенда измерения механических деформаций ПКМ дополнительного спектрометра комбинационного рассеяния (или как принято называть за рубежом: рамановского спектрометра). Стенд для измерения деформаций от механических воздействий на ПКМ и диагностики их физико-химических свойств содержит предметный столик с прецизионными направляющими для закрепления исследуемого образца ПКМ, подвергающегося нагрузке с возможностью нагрева образца, измерительную аппаратуру и блок нагревателя. При этом в стенд добавлен спектрометр комбинационного рассеяния с возможностью измерения и компенсации изменчивости параметров в спектрометре и с возможностью одновременной с измерением деформаций исследуемого образца ПКМ диагностики его физико-химических свойств.
Спектрометр комбинационного рассеяния содержит источник монохроматического излучения, средство, выполненное с возможностью одновременного взаимодействия излучения с исследуемым образцом ПКМ в нагруженном состоянии и эталонным образцом ПКМ без нагрузки, средство для получения спектров комбинационного рассеяния образцов ПКМ на одной длине волны, а также компьютерное средство определения функции свертки указанных спектров, выполненное с возможностью использования функции свертки для корректировки спектра комбинационного рассеяния исследуемого образца ПКМ для получения нормированного спектра комбинационного рассеяния исследуемого образца ПКМ.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого стенда.
В состав стенда (фиг.1) включен предметный столик (2), на котором закреплены прецизионные направляющие (3), являющиеся устройствами приведения в движение зажимов (10) исследуемого образца ПКМ на сжатие или растяжение соответственно. Исследуемый образец ПКМ (1) жестко закреплен зажимами (10) к направляющим (3), приводимым в движение силовым актуатором (9) (устройство приложения механического нагружения) через рычаг-шайбу (5) и промежуточный шкив (4). В состав стенда также включены: устройство измерения деформации (6) исследуемого образца ПКМ в результате нагружения, спектрометр комбинационного рассеяния (7), снимающий спектр с образцов ПКМ (1) в нагруженном (исследуемый образец) и ненагруженном (эталонный образец) состояниях при заданной температуре от нагревателя (8). Исследуемый образец ПКМ подвергают нагрузке в результате воздействия устройства приложения (актуатор) и измерения силы нагружения (9), имеющее в своем составе двигатель, создающий нагрузку, и динамометр, измеряющий величину нагрузки.
В состав спектрометра комбинационного рассеяния (7) включены: многомодовый диодный лазер, средство для расщепления излучения по меньшей мере на два луча - волоконно-оптический сплавленный расщепитель луча, включающий призму или полупосеребренное зеркало; средство, выполненное с возможностью одновременного взаимодействия излучения с образцом ПКМ, содержащее оптическую систему хода луча с окнами или ячейками, фильтрами, линзами и иными оптическими элементами, формирующими сфокусированный поток излучения на образец ПКМ (1) в условиях нагружения (исследуемый образец ПКМ) и без нагружения (эталонный образец ПКМ), по меньшей мере один возбуждаемый волоконно-оптический световод, фильтры для уменьшения помехового излучения, спектрограф с интерфейсом в сочетании с многоканальным матричным детектором, включающим фотодиодную матрицу, усилительную фотодиодную матрицу, прибор с зарядовой связью, фотографическую пленку, интерферометр или дисперсионный спектрометр в сочетании с подвижной маской, содержащей ряд щелей; компьютерное средство для определения функции свертки указанного спектра, выполненное с возможностью использования функции свертки для корректировки рамановского спектра образца ПКМ с возможностью получения нормированного рамановского спектра образца ПКМ.
Предлагаемый стенд работает следующим образом.
На предметном столике закреплены прецизионные направляющие. Образец жестко закреплен зажимами к направляющим, которые приведены в движение силовым актуатором, прикладывающим нагружение через рычаг-шайбу и промежуточный шкив. Таким образом, образец ПКМ подвергают нагрузке (растяжению или сжатию) в результате воздействия устройства приложения и измерения силы нагружения, имеющего двигатель, создающий нагрузку, и динамометр, измеряющий величину нагрузки. Одновременно с приложенной к образцу ПКМ нагрузкой при заданной температуре нагревателя производят снятие спектра с поверхности нагруженного исследуемого образца ПКМ и эталонного образца ПКМ рамановским спектрометром комбинационного рассеяния, работающим следующим образом. Одномодовым диодным лазером, используя средство для фокусировки луча - оптическую систему, включающую призму или полупосеребренное зеркало, фильтры для уменьшения помехового излучения, производят облучение через оптические объективы образцов ПКМ с помощью источника монохроматического излучения и одновременно через собирающие оптические объективы, спектрограф с интерфейсом в сочетании с многоканальным матричным детектором, включающим фотодиодную матрицу, усилительную фотодиодную матрицу, прибор с зарядовой связью, фотографическую пленку, интерферометр или дисперсионный спектрометр в сочетании с подвижной маской, содержащей ряд щелей, получают рамановский спектр нагруженного исследуемого образца ПКМ и спектр эталонного образца ПКМ на одной длине волны. Затем осуществляют подбор нормированного спектра эталонного ПКМ и по рамановскому спектру нагруженного исследуемого образца ПКМ и спектру эталонного образца ПКМ определяют с помощью соответствующего компьютерного средства функцию свертки указанного спектра и используют эту функцию свертки для корректировки рамановского спектра исследуемого образца ПКМ для получения таким образом нормированного рамановского спектра исследуемого образца ПКМ для определения взаимосвязи физико-химических свойств ПКМ с параметрами микроструктуры и напряженно-деформированного состояния ПКМ при механическом воздействии с возможностью температурного нагрева.