способ определения прочности материала, включающий измерение электрического сопротивления образца

Формула изобретения

Способ определения прочности материала, включающий измерение электрического сопротивления образца, отличающийся тем, что для образца в виде углеродной нити фиксированной длины, состоящей из элементарных углеродных нитей соответствующей длины, измеряют электрическое сопротивление, разрывную нагрузку элементарного волокна, а разрывную нагрузку углеродной нити определяют из соотношения

P P_i R_i/R,

где P_i разрывная нагрузка элементарного волокна;

R электрическое сопротивление углеродной нити;

R_i электрическое сопротивление элементарного волокна.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к методам определения механических свойств материалов.

Целью изобретения является уменьшение трудоемкости определения разрывной нагрузки углеродной нити. Способ определения прочности материала, включающий измерение электрического сопротивления образца, отличающийся тем, что для образца в виде углеродной нити фиксированной длины, состоящей из элементарных углеродных нитей соответствующей длины, измеряют электрическое сопротивление, разрывную нагрузку элементарного волокна, может найти широкое применение в ходе технологического процесса формирования углепластика.

Известен способ ультразвукового контроля по А.С. N 1682904, кл. G 01N 29/20, выданному Б. Ф.Борисову, А.И.Недбаю, который заключается в том, что возбуждают импульс ультразвуковых колебаний в плоскопараллельном образце, соединенном с обеспечением акустического контакта по крайней мере с одним звукопроводом, принимают эхо-импульсы из образца и измеряют их характеристики, по которым проводят контроль. С целью повышения точности контроля перед возбуждением в образце ультразвуковых колебаний присоединяют к контактным поверхностям образца слой контактного материала заданной толщины. При проведении ультразвукового контроля по величине эхо-импульсов толщину слоя устанавливают из соотношения

d=1/2lnD²₁n/2l_o,

где D₁ коэффициент прохождения ультразвуковой волны через границу образец контактный слой;

_o абсолютная величина требуемой погрешности определения затухания ультразвука в контролируемом образце;

величина затухания ультразвуковых колебаний в материале контактного слоя;

l длина образца;

n=1,2 количество контактных слоев.

При проведении ультразвукового контроля по временным интервалам между эхо-импульсами толщину слоя устанавливают из соотношения

d=1/2lnR₂D₁Un/R₁WLS₁,

где R₁ и D₁ коэффициенты отражения и прохождения ультразвуковых волн на границе образец контактный слой;

R₂ коэффициент отражения ультразвуковых волн на границе контактный слой звукопровод;

величина затухания ультразвуковых волн в материале контактного слоя;

S₁ относительная величина требуемой точности определения скорости распространения ультразвуковых колебаний;

L и U длина образца и скорость ультразвука в нем соответственно;

n=1,2 количество контактных слоев в акустической ячейке;

W частота ультразвукового контроля.

Материал слоя выбирают удовлетворяющим условию

(Z_o-Z_e)/(Z_o+Z_e)=A,

где Z_o табличное значение волнового сопротивления материала образца;

Z_e табличное значение волнового сопротивления материала контактного слоя: при использовании двух звукопроводов; при использовании одного звукопровода.

Недостатком способа является существенное влияние на принимаемый эхо-импульс переходного сопротивления контакта, которое соизмеримо с сопротивлением материала на ультразвуковой частоте. Это, в конечном счете, определяет низкую точность измерения. Другой существенный недостаток способа объясняется необходимостью проведения трудоемких испытаний, требующих значительных затрат времени. Это приводит к сужению области использования данного способа, поскольку он может быть применен только в лабораторных условиях.

Известен способ определения усилия текучести при испытании проволочного образца на растяжение по А.С. N 1779975, кл. G 01N 3/08, выданному Г.К.Субботину, А.В.Белову, А.Н.Латохину. Суть изобретения заключается в том, что в качестве критерия начальной пластической деформации принято изменение электрического сопротивления в локальной зоне рабочей части образца, вызванное пластическим течением, по сравнению с упруго-напряженной остальной зоной рабочей части образца. Локальное изменение электросопротивления улавливается путем включения рабочей части образца в роли четырех плеч в схему уравновешенного моста Уитстона, а усилие локальной текучести определяется в момент разбалансировки моста по нуль-индикатору.

Недостаток данного способа определения механической характеристики материала заключается в невозможности его применения к хрупким тонковолокнистым материалам, для которых неоднократное перемещение зажимов по образцу при нагружении в момент растяжения ведет к разрушению образца и не позволяет с нужной точностью определить необходимые характеристики. Данный недостаток не позволяет использовать этот способ в ходе технологического процесса формирования углепластиков прототип.

Предлагаемый способ определения прочности материала, включающий измерение электрического сопротивления образца, отличается тем, что для образца в виде углеродной нити фиксированной длины, состоящей из элементарных углеродных нитей соответствующей длины, измеряют электрическое сопротивление, разрывную нагрузку элементарного волокна, а разрывную нагрузку углеродной нити определяют из соотношения

P P_i R_i/R,

где P_i разрывная нагрузка элементарного волокна,

R электрическое сопротивление углеродной нити,

R_i электрическое сопротивление элементарного волокна.

Несмотря на исторически-традиционное применение и использование метода сопротивления при контроле различных параметров, введенные причинно-следственные связи между разрывной нагрузкой нити и электрическим сопротивлением волокна приводят к новому положительному эффекту снижению трудоемкости определения разрывной нагрузки углеродной нити и одновременному сокращению времени измерения при автоматизации технологического процесса формования углепластика и соответствует критерию "новизна".

Предложенный способ отличается низкой трудоемкостью определения разрушающей нагрузки углеродной нити и малым временем измерения при автоматизации технологического процесса формования углепластика.

Предложенный способ определения прочности материала поясняется фиг. 1 и 2, на которых 1 прорезь, 2 линия сгиба, 3 элементарное волокно, 4 - клей, 5 бумажная рамка, 6 захваты, 7 рычаг аналитических весов, 8 - нагружающее устройство, 9 набор грузов, 10 фиксатор грузов.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Электрическое сопротивление элементарного волокна 3 R_i определяется с помощью стандартных приборов на фиксированной длине l. Для измерения R_i элементарное волокно 3 вклеивается в бумажную рамку 5. Затем определяется разрывная нагрузка P_i или по паспортным данным, или экспериментальным методом на разрывной машине, или на установке для определения физико-механических характеристик элементарного углеродного волокна 3.

В последнем случае рамка 5 с вклеенным образцом 3 закрепляется в захватах 6 установки и разрезается. С помощью нагружающего устройства 8, состоящего из набора грузов 9 и фиксаторов грузов 10, элементарное волокно нагружается до разрушения. По данным испытаний определяется средняя величина разрушающей нагрузки волокна P_i. В дальнейшем измеряется электрическое сопротивление углеродной нити R, состоящей из n целых элементарных волокон, на фиксированной длине l стандартными методами.

Разрывная нагрузка P углеродной нити по разрывной нагрузке элементарного волокна P_i определяется из соотношения

P P_i R_i/R.