Измерения сжимающих

Одной из основных характеристик пружинных материалов является релаксационная стойкость при том или ином виде нагружения. Для измерения релаксации напряжений проволоки при температуре 100—600° С и исходных сдвиговых напряжений до 100—150 кгс/мм2 центральной лабораторией Белорецкого сталепроволочно-каыатного завода создана специальная установка. Эта установка имеет нагружающее и измерительное устройства, следящую систему, нагревательную печь и аппаратуру для измерения и регулирования температуры.

Измерения релаксации напряжения при неизменной деформации могут быть использованы для приближенной оценки параметров, характеризующих упруго-вязкие материалы, минуя более или менее сложный. путь расчета спектра времен релаксации. В серии работ итальянских авторов [45—471, посвященных расплавам полимеров, была измерена релаксация напряжений после остановки установившегося потока. При не очень малых и не очень больших временах (после начала процесса релаксации) связь между напряжением и временем для указанных систем описывается степенной функцией, параметры которой не зависят от начального значения напряжений. В работах [45—46] допускается возможность использования одного (характеристического) времени релаксации максвелловского тела таким образом, что в энергетическом отношении (по упругой энергии в установившемся потоке) это тело эквивалентно изучаемому материалу. В последующем была сделана попытка [47] дать более общее рассмотрение этой задачи.

Другим примером использования релаксации напряжений для оценки трудно измеряемых реологических параметров служит работа [39], в которой была показана возможность определения вязкости при очень низких скоростях деформации на основе измерения релаксации напряжения при постоянной деформации. В связи с этим была предпринята упрощенная, но успешная попытка сопоставления для пластичных дисперсных систем зависимости от скорости деформации, с одной стороны, измеряемой обычными методами эффективной вязкости г\э, с другой стороны, величины, имеющей размерность вязкости и определяемой по формуле

Следует обратить особое внимание на то, что разные методы оценки реологических свойств материалов характеризуются различной чувствительностью по отношению к их структурным изменениям. Так, например, рассмотренные только что результаты измерения релаксации позволяют обнаружить структурные измене-

Для обработки результатов измерения релаксации напряжения в упругих жидкостях при различных температурах удобно применять метод приведенных переменных. В линейной области, когда отсутствуют изменения структуры в материале под влиянием деформирования, для полимеров в текучем состоянии было показано [56], что универсальная температурно-инвариантная характеристика их релаксации получается при пользовании зависимостью т/т0 от t/г\нб. Эту зависимость удобно изображать графически в полулогарифмических координатах, так как приведенное время tlч\нб может изменяться в очень большом интервале его значений. При изучении течения упругих жидкостей с разрушенной структурой кинетика релаксации может быть приближенно описана угловыми коэффициентами кривых зависимости ^1^уст от t при t -> 0 или в той части этих кривых, в которой они могут быть аппроксимированы прямыми. Полученные таким образом угловые коэффициенты дают температурно-инвариантную зависимость от t/г\нб [56].

Существенный интерес представляют проведенные А. С. Морозовым измерения релаксации нормальных напряжений после достижения различных стадий деформирования (с постоянной скоростью) упругих жидкостей, у которых кривые а (?) и т (Y) имеют два максимума.

В работе [28] зависимости <р (t) получили для различных у, достигаемых при постоянной скорости вращения одной из измерительных поверхностей. Очевидно, однако, что они могут быть также получены для режимов установившегося течения при различных у, т. е. когда постоянная деформация фиксируется после достижения установившегося течения и сравниваются равновесные состояния с различными степенями разрушения структуры. Измерения релаксации напряжений и упругой деформации являются эквивалентными для линейных материалов. В случае нелинейных материалов это справедливо в линейной области их поведения, которая обычно реализуется при достаточно низких деформациях и скоростях деформаций. Так же, как в случае релаксации напряжения, качественное изменение характера протека-

ния релаксации упругой деформации может быть признаком изменения и, в частности, разрушения структуры материала при деформировании. Результаты измерения релаксации напряжений и упругой деформации могут сходным образом показывать изменение структуры материалов под действием их деформирования. Это иллюстрируется следующими данными. На рис. 54 представлены описанные в работе [28] опыты с гелем нафтената алюминия при постоянной скорости вращения внешнего цилиндра в ротационном приборе с коаксиальными цилиндрами. Задавались постоянные деформации у, они выдерживались в течение времени /, затем наблюдался поворот внутреннего цилиндра ф, отвечающий полному упругому восстановлению геля. На рис. 54 видно, что с увеличением деформации, когда под ее влиянием усиливается разрушение геля, повышается скорость релаксации упругой деформации на начальном этапе ее развития. Это аналогично тому, что было указано выше для релаксации напряжения в полимерах. Кроме того, в обоих случаях в ходе релаксационного процесса достигаются такие состояния этих материалов, которые могут быть описаны постоянным максвелловским временем релаксации (линейные участки кривых в полулогарифмических координатах).

Поскольку измерения релаксации упругой деформации основаны на определениях поворота измерительной поверхности под влиянием упругого восстановления материала, которое во всяком случае в начальной его стадии представляет быстро протекающий процесс, важное значение имеет инерционность измерительной системы — момент инерции той части прибора, которая поворачивается под действием сил упругости.

Схема прибора представлена на рис. 88. Исследуемый материал заполняет зазор между цилиндрами 1 и 2 (устройство измерительного узла и его характеристика даны в описании пластовискозиметра ПВР-2). К цилиндру 2 прикреплен длинный рычаг 3, практически неизгибающийся относительно оси прибора от усилий, приложенных в точках А и Б. Момент, возникающий на поверхности цилиндра 2, уравновешивается посредством рычага 3 жестким динамометром 4, представляющим работающие на изгиб мало деформируемые и легко заменяемые консольно-заделанные балочки. Абсолютные величины их линейных деформаций составляют несколько микрон. При помощи комбинированного рычажно-оптиче-ского устройства 5 они увеличиваются в 3-Ю3—3,5-Ю3 раз (до 120—250 мм) и фиксируются фоторегистрирующеи камерой 6. При этом максимальный поворот наружного цилиндра 2 не превышает одной угловой минуты, что дает право пренебречь столь малым угловым перемещением торсиона и считать его абсолютно жестким. Тормозное устройство // позволяет мгновенно останавливать внутренний цилиндр и тем самым создавать условия для измерения релаксации напряжений при постоянной деформации.

к другой (передаточное отношение 5), не останавливая электродвигатель и не отключая от привода внутренний цилиндр измерительного узла. Комбинированное использование электродвигателей вместе с коробкой передач позволяет изменять скорость вращения внутреннего цилиндра от 6,4-10~6 до 1,5-103 об/мин. На валу, выходящем из коробки передач, установлена зубчатая муфта 4, которая может разъединяться электромагнитной муфтой 5, что используется для измерения релаксации напряжения при постоянной деформации, так как муфта 5 удерживает внутренний цилиндр измерительного узла в фиксированном положении. Соединительная муфта 6 служит для крепления хвостовика 7 внутреннего цилиндра. Наружный цилиндр 8 связан гибкой нитью 9 со сменными балками 10, на которых наклеены тензометрические датчики. На плите 12 установлена стойка 13, по которой может перемещаться столик 11 с циркуляционным термостатом. Таким образом измерительный узел погружается в термостатную жидкость.

Рис. 86. Зажимное устройство для измерения релаксации напряжения в резиновых образцах:

1000 кН. Динамометры типа DC предназначены для измерения сжимающих нагрузок при испытаниях материалов до 4000 кН. Фирма изготовляет динамометр сжатия типа FP, отличающийся малой высотой, на нагрузку 5000 кН. Упругий элемент этого динамометра выполнен в виде стального блока с ячейками. В четырех из них (одна в центре, остальные по периферии) установлены струнные резонаторы. Фирма производит также динамометры сжатия типа CV для измерения натяжения кабелей и тросов. Упругий элемент этого динамометра выполнен в виде цилиндра с восемью продольными скважинами, в которых размещены резонаторы. Основная погрешность всех упомянутых датчиков 0,1—0,2 % от номинальной силы, они работают в режиме «по запросу» и поэтому практически не могут быть использованы для динамических измерений.

На рис. 24 изображена типичная конструкция датчика для измерения сжимающих сил. В металлическом корпусе 1, выполненном в виде кольца, уложены пластинки 2 упругочувстви-тельного элемента, давление на который передается кольцевым распределителем 3. Упругий натяг создается за счет деформации стенок 4 корпуса, к которым приварены (припаяны) выступы H распределителя. Наличие центрального отверстия во многих

Рис. 24. Конструкция датчика для измерения сжимающих сил

ГОСТ 9500—75 устанавливает три типа динамометров: ДОР — динамометры для измерения растягивающих усилий, ДОС — динамометры для измерения сжимающих усилий и ДОУ —• динамометры универсальные. Пределы измеряемых усилий и цена наименьшего деления шкал динамометров должны соответствовать указанным в табл. 6.

Фирма Wolpert Werkstoffprufmas-chinen Gm BH (Швейцария) выпускает хорошо зарекомендовавшие себя динамометры (месдозы) фирмы Ampler (Швейцария) для измерения нагрузок как растяжения и сжатия, так и только сжатия. На рис. 10 показано устройство таких динамометров для измерения сжимающих нагрузок.

— для измерения сжимающих сил — Конструкция 383

1000 кН. Динамометры типа DC предназначены для измерения сжимающих нагрузок при испытаниях материалов до 4000 кН. Фирма изготовляет динамометр сжатия типа FP, отличающийся малой высотой, на нагрузку 5000 кН. Упругий элемент этого динамометра выполнен в виде стального блока с ячейками. В четырех из них (одна в центре, остальные по периферии) установлены струнные резонаторы. Фирма производит также динамометры сжатия типа CV для измерения натяжения кабелей и тросов. Упругий элемент этого динамометра выполнен в виде цилиндра с восемью продольными скважинами, в которых размещены резонаторы. Основная погрешность всех упомянутых датчиков 0,1—0,2 % от номинальной силы, они работают в режиме «по запросу» и поэтому практически не могут быть использованы для динамических измерений.

На рис. 24 изображена типичная конструкция датчика для измерения сжимающих сил. В металлическом корпусе /, выполненном в виде кольца, уложены пластинки 2 упругочувстви-тельного элемента, давление на который передается кольцевым распределителем 3. Упругий натяг создается за счет деформации стенок 4 корпуса, к которым приварены (припаяны) выступы 5 распределителя. Наличие центрального отверстия во многих

Рис. 24. Конструкция датчика для измерения сжимающих сил

ГОСТ 9500—75 устанавливает три типа динамометров: ДОР — динамометры для измерения растягивающих усилий, ДОС — динамометры для измерения сжимающих усилий и ДОУ — динамометры универсальные. Пределы измеряемых усилий и цена наименьшего деления шкал динамометров должны соответствовать указанным в табл. 6.

Фирма Wolpert Werkstoffpriifmas-chineti Gm ВН (Швейцария) выпускает хорошо зарекомендовавшие себя динамометры (месдозы) фирмы Amsler (Швейцария) для измерения нагрузок как растяжения и сжатия, так и только сжатия. На рис. 10 показано устройство таких динамометров для измерения сжимающих нагрузок.

— для измерения сжимающих сил — Конструкция 383