Устройство для определения вибродемпфирующих свойств материалов в жидкой среде

Полезная модель относится к области борьбы с шумом и предназначена для определения вибродемпфирующих свойств материалов в жидкой среде.
Известно устройство для определения вибродемпфирующих свойств конструкционных материалов деталей и узлов транспортных средств и энергетических установок, принимаемое за прототип (описание полезной модели к патенту №57457, опубликован 10.10.2006, МПК: G01M 7/00, G01M 7/02, G01M 7/04). Устройство для определения вибродемпфирующих свойств конструкционных материалов деталей и узлов транспортных средств и энергетических установок, содержащее исследуемый образец в виде несущей пластины из конструкционного материала без нанесенного(ых) или с дополнительно нанесенным(и) на ее поверхность слоем(ями) вибродемпфирующего материала, консольно закрепленной в зажиме основания виброизолированной станины, установленной в климатическую камеру с регулируемой температурой нагрева и/или охлаждения исследуемого образца, с регистратором температуры в составе измерительной термопары и цифрового мультиметра, динамический возбудитель изгибных колебаний исследуемого образца в составе генератора белого шума и преобразователя электрических сигналов в механические колебания в виде электромагнитного датчика, регистратор вибрационных откликов исследуемого образца в составе датчика виброперемещений, частотного анализатора сигналов и компьютера с программным обеспечением автоматизированной обработки экспериментальных данных и расчета значений физических параметров вибродемпфирующих свойств исследуемых конструкционных материалов, отличающееся тем, что регистратор температуры выполнен в виде подвижно-контактного узла, содержит блок управления и механизм перемещения измерительной термопары для реализации контакта с поверхностью исследуемого образца и измерения его температуры перед непосредственной процедурой определения вибродемпфирующих свойств.
Главным недостатком данного устройства является то, что в данной установке используется климатическая камера, которая может имитировать влажность воздуха, однако это не позволяет в полной мере оценить свойства исследуемых материалов, например, такие как водопоглощающие свойства материалов, влияющие на физические параметры исследуемого образца, а также должна учитываться присоединенная масса жидкой среды, которая в воздухе и паровоздушной смеси незначительна. Данный недостаток может критично сказаться на результатах измерений, а также на последующем использовании исследуемых материалов.
Известен образец для исследования вибродемпфирующих свойств конструкционных материалов с использованием стендовой измерительной установки типа «Оберет», принимаемый за аналог (описание полезной модели к патенту №61875, опубликован 10.03.2007, МПК: G01M 7/00, G01M 7/02). Образец для исследования вибродемпфирующих свойств конструкционных материалов с использованием стендовой измерительной установки «Оберет» состоит из консольно-закрепленной, динамически возбуждаемой, изгибно колеблющейся несущей пластины, отличающийся тем, что пластина выполнена из заданного исследуемого конструкционного полимерного неферромагнитного материала, на свободной незакрепленной концевой части которой адгезионно установлен фрагмент металлической пластинки, обладающей ферромагнитными свойствами, толщина b которой составляет 0,1-0,2 толщины В несущей пластины, ее длина I не превышает 0,008-0,009 длины L свободной концевой части несущей пластины, ширина к фрагмента металлической пластинки равна 0,8-1,0 ширины К несущей пластины, а отношение массы фрагмента металлической пластинки к массе несущей пластины не превышает значения 0,01.
Как правило, метод Оберста подразумевает под собой использование климатической камеры, которая может имитировать влажность воздуха, однако это не позволяет в полной мере оценить свойства исследуемых материалов, например, такие как водопоглощающие свойства материалов, влияющие на физические параметры исследуемого образца, а также должна учитываться присоединенная масса жидкой среды, которая в воздухе и паровоздушной смеси незначительна. Данный недостаток может критично сказаться на результатах измерений, а также на последующем использовании исследуемых материалов. При отсутствии климатической камеры недостаток аналогичен, так как концентрация влаги в воздухе невелика.
Решаемая техническая проблема - создание устройства, обеспечивающего возможность проведения испытаний для определения вибродемпфирующих свойств материалов в жидкой среде.
Достигаемый технический результат полезной модели заключается в обеспечении определения вибродемпфирующих свойств материалов в жидкой среде с учетом изменения физических параметров материалов в условиях нахождения в жидкой среде, а также более корректное определение водопоглощающих свойств исследуемого образца.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для определения вибродемпфирующих свойств материалов в жидкой среде состоит из зажима, в котором консольно закреплен исследуемый образец в виде несущей пластины, регистратора температуры, выполненного в виде подвижного узла, преобразователя электрических сигналов в механические колебания; устройство выполнено с возможностью подключения частотного анализатора, компьютера с программным обеспечением автоматизированной обработки экспериментальных данных и расчета значений физических параметров вибродемпфирующих свойств исследуемых материалов, и динамического возбудителя колебаний исследуемого образца в составе генератора белого шума, отличающееся тем, что содержит емкость с жидкой средой, тросовую систему, шток для тросовой системы, регистратор вибрационных откликов исследуемого образца в составе, по меньшей мере, одного гидрофона, по меньшей мере, одного кронштейна для возможности размещения, по меньшей мере, одного гидрофона в емкости с жидкой средой, жесткого стержня, выполненного с возможностью закрепления на нем несущей пластины, для передачи ей вибрации, зажим снабжен проушинами для возможности закрепления на тросовой системе.
Также данное устройство может быть дополнено, по меньшей мере, одной коммутационной коробкой.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - показана схема заявляемого устройства для определения вибродемпфирующих свойств материалов в жидкой среде;
на фиг. 2 - показан эскиз исследуемого образца;
на фиг. 3 - показана схема размещения гидрофонов, вид сбоку;
на фиг. 4 - показана схема размещения гидрофонов, вид сверху.
Устройство для определения вибродемпфирующих свойств материалов в жидкой среде состоит из исследуемого образца, состоящего из несущей пластины 1 и нанесенного(ых) или без нанесенного(ых) на ее поверхность слоя(ев) вибродемпфирующего материала 2, закрепленного в зажиме 7 с проушинами 21 для тросовой системы 6, емкости 3 с жидкой средой 4, например, в виде опытового бассейна, регистратора температуры 12, закрепленного на стенке емкости 3 с жидкой средой 4, штока 5 с тросовой системой 6 для размещения исследуемого образца в емкости 3 с жидкой средой 4, динамического возбудителя колебаний исследуемого образца в составе генератора белого шума 13, преобразователя электрических сигналов в механические колебания 9, который передает вибрацию на исследуемый образец при помощи жесткого стержня 8, который закреплен в отверстии 20 основания несущей пластины 1, регистраторов вибрационного отклика в виде гидрофонов 11, закрепленных на кронштейне 10, коммутационной коробки 14, измерительного усилителя 15, частотного анализатора 16 и компьютера 17 с программным обеспечением автоматизированной обработки экспериментальных данных и расчета значений физических параметров вибродемпфирующих свойств исследуемых материалов. В закрепленном основании и на свободном конце несущей пластины 1 также предусмотрены отверстия 18 для проведения измерений с резонансно-демпфирующими устройствами 19.
Устройство для определения вибродемпфирующих свойств материалов в жидкой среде работает следующим образом. В емкости 3 жидкая среда 4 должна быть необходимой температуры для проведения измерений. Для этого ее нагревают/охлаждают, а затем температура жидкой среды 4 в емкости 3 замеряется при помощи регистратора температуры 12. Исследуемый образец в виде закрепленной в зажиме 7 с проушинами 21 для тросовой системы 6 несущей пластины 1 с нанесенным(ыми) или без нанесенного(ых) на ее поверхность слоя(ев) вибродемпфирующего материала 2 погружается в емкость 3 с жидкой средой 4 при помощи штока 5 и тросовой системы 6. Нижний конец несущей пластины 1 остается свободным. Генератор белого шума 13 производит возбуждающий сигнал, который подается на преобразователь электрических сигналов в механические колебания 9, который при помощи жесткого стержня 8 передает на несущую пластину 1 механические колебания. Давление в жидкой среде 4, возникающее из-за колебаний исследуемого образца, фиксируется гидрофонами 11, размещенными в емкости 3 с жидкой средой 4 на кронштейне 10. Сигнал с каждого гидрофона 11, размещенного на кронштейне 10, поступает на измерительный усилитель 15, частотный анализатор 16 и затем на компьютер 17, оснащенный специальным программным обеспечением для автоматизированной обработки экспериментальных данных и расчета значений физических параметров вибродемпфирующих свойств исследуемых материалов. Когда в устройстве используется несколько гидрофонов 11, сгруппированных на отдельных кронштейнах 10, сигнал с каждой группы гидрофонов 11 поступает на соответствующую ей коммутационную коробку 14, откуда сигнал поступает на измерительный усилитель 15. Если в закрепленном основании и на свободном конце несущей пластины 1 предусмотрены отверстия 18, в них могут быть размещены дополнительные резонансно-демпфирующие устройства 19. Окончательным графическим результатом отображения данных обработки сигнала является регистрация амплитудно-частотной характеристики в виде частотно-зависимой линии амплитудных значений давления. Для того, чтобы определить влияние водопоглощения на физические свойства исследуемого материала, необходимо провести дополнительные измерения вибродемпфирующих свойств материала спустя некоторое время нахождения образца в жидкой среде.
Таким образом, за счет конструктивных особенностей полезной модели появляется возможность определить вибродемпфирующие свойства материалов в жидкой среде с учетом изменения физических параметров материалов в условиях нахождения в жидкой среде.