УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЖИ И ПОДОБНЫХ ЕЙ МЯГКИХ КОМПОЗИТОВ
APPARATUS FOR DETERMINING PHYSICAL AND MECHANICAL CHARACTERISTICS OF LEATHER AND SIMILAR SOFT COMPOSITES

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля физико-механических характеристик кожи и подобных ей мягких композитов.
Известно устройство (Зыбин Ю.П. и др. Материаловедение изделий из кожи. - М.: Легкая индустрия, 1968, с.27-64) для одноосного растяжения образца, позволяющее исследовать физико-механические свойства кожевенных материалов, в частности определять деформационные характеристики, деформацию и напряжение образца при разрыве.
Недостатком такого метода измерения являются трудоемкость и невозвратные потери материала, связанные с использованием разрушающего метода измерения и, соответственно, с невозможностью повторного исследования тех же образцов.
Известно устройство (А.С. СССР №1711027 A1, G01N 3/08, 1990 г.) для определения упругости и прочности пленочных и текстильных материалов, которое содержит механизм зажима в виде двух соосно установленных колец, индентор и датчик его перемещения.
Недостатком этого устройства является также разрушающий метод исследования прочностных свойств материалов.
Известно устройство (патент РФ №2210753 C1, 7 G01N 3/00, 2003 г. - прототип) для определения релаксационных свойств кожи и подобных ей материалов. Устройство содержит механизм зажима, индентор, систему нагружения, измерения перемещений индентора, преобразователь информации и процессор, наличие которых позволяет исследовать деформационно-релаксационные характеристики материалов без их разрушения.
К недостаткам этого устройства следует отнести ограниченные технологические возможности, связанные с невозможностью исследования необходимого диапазона деформационно-релаксационных характеристик кожеподобных материалов в требуемом диапазоне температурных воздействий на образец, непредсказуемую погрешность влияния тепловых полей окружающей среды на результаты исследований, а также определение прочности образца без разрушения.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей устройства и повышение точности измерения за счет определения всего спектра деформационно-релаксационных характеристик кожи и подобных ей мягких композитов в требуемом диапазоне температурного воздействия с определением прочности без разрушения образца.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения физико-механических характеристик кожи и подобных ей мягких композитов содержит механизм зажима с двумя соосно установленными кольцами для фиксации материала, индентор для нагружения с возможностью измерения собственного перемещения и с записью информации в процессор, при этом в индентор встроен датчик, чувствительный к спектру акустической эмиссии, генерируемой образцом вследствие изменения его деформационных характеристик, а соосно установленные зажимные кольца в виде двух стаканов выполнены со встроенными нагревательными элементами с регулируемым диапазоном температур и датчиком для ее регистрации.
Введение в устройство совокупности отличительных элементов позволяет обеспечивать определение физико-механических характеристик кожи и подобных ей мягких композитов в расширенном диапазоне температурного воздействия с повышенной точностью, определять прочность без разрушения образца в автоматизированном режиме, сохранив при этом все возможности прототипа.
Сущность устройства поясняется на фиг.1 и 2. На фиг.1 представлена структурно-кинематическая схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - фотография общего вида устройства.
Устройство состоит из верхнего опорного стакана 1, нижнего зажимного стакана 2, регулятора его положения относительно толкателя 3 с помощью пары винт-гайка 4. Зажимной механизм состоит из рукоятки 5, жестко связанной с эксцентриком 6. На инденторе 7 закреплен сферический наконечник 8 со встроенным в нем датчиком акустической эмиссии 9. На верхней части закреплен электромагнит 10, обеспечивающий его возврат и фиксацию в исходном положении, а также бесконтактный индуктивный датчик 11, преобразующий перемещение индентора в электрический сигнал. Индентор связан с двуплечим рычагом 12, на одном конце которого закреплен груз 13. Другой конец рычага 12 подвижно закреплен относительно ползуна 14. Механизм фиксации индентора состоит из фиксатора 15, упора 16, связанного подвижно посредством стержня 17 с кулисой 18 и рукояткой 19.
Для усиления, преобразования и записи информации устройство содержит усилитель 20, контроллер 21 и процессор 22.
В вернем 1 и нижнем 2 зажимных стаканах установлены электронагреватели (ТЭНы) 23 с датчиком 24 и регулятором температуры 25 для обеспечения в зоне исследования заданной температуры.
Устройство работает следующим образом. Испытуемый образец 26 устанавливают между верхним 1 и нижним 2 стаканами и фиксируют посредством поворота эксцентрика 6 рычагом 5. Регулировка положения нижнего стакана 2 осуществляется с помощью поворота гайки на передаче винт-гайка 4. С помощью блока управления 25 электрическое напряжение подается на ТЭНы 23, и тем самым создается температура в пространстве между образцом и стаканами, необходимая при проведении испытаний. Значение температуры регистрируется датчиком 24. При повороте рукоятки 19 и соответственно кулисы 18 перемещается стержень 17, и упор 16 выходит из зацепления с фиксатором 15. Индентор 7 опускается вниз под действием груза 13, расположенного на двуплечем рычаге 12. Происходит деформация образца, и датчик акустической эмиссии 9 фиксирует звуковые колебания, а бесконтактный индуктивный датчик 11 - величину перемещений индентора 7. Информация о параметрах акустической эмиссии и перемещениях идентора через контроллер 21 передается в процессор 22. После окончания программы исследования физико-механических характеристик кожи и подобных ей мягких композитов индентор 7 с помощью электромагнита 10 возвращается в исходное состояние, и его положение при повороте рукоятки 19 закрепляется фиксатором 15 посредством упора 16.
Определение прочности испытуемого образца без его разрушения осуществляется за счет ее прогнозирования по тарировочным спектрам акустической эмиссии, предварительно устанавливаемым в качестве эталонных значений для каждого отдельного вида кожи и подобных ей мягких композитов.
Расчетной формулой для таких измерений может являться распределение Седракяна (Применение метода акустической эмиссии для определения предельных деформаций // А.Р.Соколовский, Е.А.Кирсанова, А.П.Жихарев, И.Ю.Соколовская / Кожевенно-обувная промышленность. - №4. - 2008. - с.36-35):
I
где ε - предельная деформация испытуемого образца;
ЭТ
ε - предельная деформация эталона;
ЭТ
N - суммарный счет импульсов акустической эмиссии при деформации эталона;
I
N - суммарный счет импульсов акустической эмиссии при деформации образца;
I
I
ЭТ
ЭТ
m, γ, m, γ - параметры распределения для испытуемого образца и эталона;
ε
N - суммарный счет импульсов акустической эмиссии при предельной деформации эталона;
k - коэффициент, учитывающий соотношение объемов испытуемого образца и эталона.
Использование предлагаемого устройства позволит исключить потери натуральной кожи и подобных ей мягких композитов, расходуемых на проведение физико-механических испытаний и, в частности, для определения прочности, а также сократить потери материалов при неправильном назначении температурных параметров технологических операций.