УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ НИТЕЙ МЕТОДОМ СВОБОДНЫХ ПРОДОЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Полезная модель относится к области динамических испытаний высокоориентированных полимеров и может быть использовано для определения динамических характеристик полимерных нитей различной гибкости цепей например - СВМ, тварон, армос, ловсан, преимущественно для определения динамического модуля упругости, модуля механических потерь, тангенса угла механических потерь и коэффициента жесткости.
Наиболее близким по совпадению признаков к заявляемому является устройство, опубликованное в патент №20249195 С2, РФ, МПК G01N 3/00, 3/32 27 марта 2005 г., бюллетень №9, «Устройство для определения динамических характеристик полимерных нитей методом свободных продольных колебаний.» Устройство, состоит из двух вертикальных стоек, на которых установлено три горизонтальные платформы две из них: не подвижны, а средняя выполнена с возможностью вертикального перемещения, имеющая отверстие, центр которого совпадает с продольной осью образца и зажимов, в котором также с возможностью вертикального перемещения расположен узел для выведения образца с грузом из положения равновесия, состоящий из электромагнита с сердечником, диаметр которого меньше диаметра отверстия, и на которой закреплен еще один узел с роликовой системой, состоящей из трех пар роликов расположенных под углом 120° относительно друг друга и охватывающие нижний зажим, сечение которого представляет собой правильный шестигранник, по трем его боковым граням, а верхний его зажим выполнен в виде консоли, на которой жестко закреплен тензодатчик.
Обладая рядом преимуществ таких как: отсутствие нежелательных поперечных колебаний образца с грузом, мгновенность прикладывания нагрузки, одновременное измерение удлинения образца и напряжения возникающее в нити описанное устройство выявило ряд недостатков, а именно:
- в связи с отсутствием контроля прогиба балки, при проведении эксперимента, не удается точно определить деформацию образца, так как прогиб балки полностью передается образцу и фиксируется датчиком перемещения нижнего зажима, особенно при измерении твердых образцов.
Техническим результатом заявляемого решения является устранение указанного
недостатка, а именно повышение достоверности определения динамических характеристик полимерных нитей за счет уменьшения влияния погрешности вносимой прогибом балки при измерении деформации образца и проверкой выходных параметров.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для определения динамических характеристик полимерных нитей методом свободных продольных колебаний, состоящем из двух вертикальных стоек, на которых установлено три горизонтальные платформы две из них не подвижны, а средняя выполненная с возможностью вертикального перемещения, имеющая отверстие, центр которого совпадает с продольной осью образца и зажимов, в котором также с возможностью вертикального перемещения расположен узел для выведения образца с грузом из положения равновесия, состоящее из электромагнита с сердечником, диаметр которого меньше диаметра отверстия, и на которой закреплен еще один узел с роликовой системой, состоящей из трех пар роликов расположенных под углом 120° относительно друг друга и охватывающие нижний зажим, сечение которого представляет собой правильный шестигранник, по трем его боковым граням, а верхний его зажим выполнен в виде консоли с отверстием для закрепления образца, на которой жестко закреплен тензодатчик, напротив консоли на дополнительной подвижной платформе, с возможностью касания места крепления образца, сельсин-датчик, на съемном плече которого выполнен шарообразный наплыв, диаметр которого определяется формулой.
d=3d'-b,
где d - диаметр наплыва,
b - толщина плеча,
d' - диаметр образца.
На фигурах 1 и 2 представлена схема заявляемого устройства для определения динамических характеристик полимерных нитей методом свободных состоящего из следующих узлов:
- из нижней 1 и верхней 2 горизонтальных платформ (фиг.1), к платформе 2 на одной оси последовательно закреплены верхний зажим консольного типа 3 с округлой поверхностью 19 (фиг 2) для закрепления образца, с тензодатчиком 4 (фиг.1), питание к которому подается от тензостанции (на фигуре 1 не показана), образец исследуемой полимерной нити 5 и нижний зажим 6, выполненный в виде шестигранного стержня с
площадкой 7 для установки наборного груза 8;
- двух вертикальных стоек 9 и 10 (фиг.1) на которых с возможностью вертикального перемещения закреплена подвижна горизонтальная платформа 11 с отверстием 12 в котором расположен электромагнит 13, состоящий из металлического сердечника с обмоткой, напряжение на который подается от источника тока (на фигуре 1 не показан), диаметр которого меньше диаметра отверстия 12, а продольная ось совпадает с продольной осью нижнего зажима 6 и продольной осью образца исследуемой полимерной нити 5;
- двух сельсин-датчиков СБМТ 3-3 отмеченных позициями 14 и 15 расположенных на одной из вертикальных стоек с возможностью вертикального перемещения, сигнал от которых идет на осциллограф (на фигуре 1 не показан), при этом сельсин датчик 15 расположен на горизонтальной платформе 16 таким образом чтобы ось вращения сельсин-датчика находилась в одной плоскости с продольной осью консольной балки и пересекалась с ней под прямым углом, расстояние от оси датчика до заделки консоли равно 100-ам миллиметрам длинна плеча сельсина от оси до точки касания равно 55 миллиметрам, при этом на месте касания плече сельсина имеет наплыв 18 (фиг.2) посредством которого и происходит контакт плеча сельсина и балки, точка контакта должна располагаться как можно ближе к месту крепления нити, такая конструкция необходима для лучшей чувствительности датчика;
- дополнительный узел 17 жестко закрепленный на подвижной горизонтальной платформа 11 и представляющий собой роликовую систему состоящую из трех пар роликов, охватывающий с трех сторон шестигранный стрежень нижнего зажима 6 по трем его граням, расположенным под углом 120°, который проскальзывает между ними в процессе своего вертикального движения около положения равновесия.
Способ определения динамических характеристик полимерных нитей методом свободных продольных колебаний включает в себя несколько этапов. На этапе подготовки устройства к испытаниям на электромагнит 13 подают заданное напряжение, после чего металлический сердечник поднимается на заданную высоту, выставляется равновесие моста тензобалки, обнуляются показания сельсин датчиков. Площадку 7 нижнего зажима 6 устанавливают на верхнее основание металлического сердечника электромагнита 13, обеспечивая, таким образом, отсутствие усилия в образце 5 при приложении внешнего усилия. Продевают образец 5 через отверстие верхнего зажима 3, огибая поверхность 19 (фиг 2) и оба конца зажимают в зажиме 6 (фиг 1) таким образом, чтобы обе ветви были параллельны друг другу. Устанавливают опорную поверхность
плеча сельсина 18 (фиг.2), таким образом чтобы наплыв, определяемый по формуле, не касался образца. На площадку 7 (фиг 1) нижнего зажима 6 устанавливают статический наборный груз 8, не вызывающий усилия в образце 5 из-за реакции металлического сердечника электромагнита 13. Отключают питание от электромагнита 13, после этого металлический сердечник электромагнита 13 отпускается в отверстие большего диаметра 12, прорезанного в подвижной горизонтальной платформе 11, а образец 5 с грузом 8 деформируется совершая колебательные движения около своего положения равновесия. С помощью тензодатчика 4, расположенного на верхнем зажиме консольного типа 3, регистрируют усилие на образце. Используя сельсин датчик 14, закрепленный с возможностью вертикального перемещения на стойке 10, одновременно регистрируют частоту и амплитуду колебаний нижнего зажима. Сельсин-датчик 15 расположенный на дополнительной платформе 16 регистрирует прогиб балки при проведении испытаний. Полученное значение перемещение верхнего зажима используется для уточнения значения абсолютного удлинения образца контроля показаний тензодатчика, связь прогиба балки и приложенной нагрузки выражается известной формулой:
.
д
δ
пот
где Р - нагрузка балку приложенная к месту крепления образца, l - длинная образца, Е - модуль упругости материала из которого изготовлена балка, J - момент инерции сечения балки. Внеся соответствующие коррективы в результаты измерений произведем расчет динамических характеристик комплексных нитей, а именно динамический модуль упругости Един, коэффициента жесткости, динамический коэффициент К, тангенс угла механических потерь tg, и динамический модуль потерь Е, известным способом:
,
,
где l - длинна нити, Y - плотность нити, Т - линейная плотность нити, m - масса
подвешиваемого груза, ω - циклическая частота колебаний нити с грузом.
,
где Δ - логарифмический декремент затухания.
.