RU2079126C1

RU2079126C1 - Device loading family of samples with cyclic bending

Info

Publication number: RU2079126C1
Application number: RU93012903A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Давыдов; Денис Николаевич Давыдов
Original assignee: Николай Николаевич Давыдов; Денис Николаевич Давыдов
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1997-05-10

Abstract

FIELD: testing of materials. SUBSTANCE: loading of family of samples is carried out by electromagnetic force exciter with two uniaxial A.C. coils inside which permanent magnet in the form of rod is mounted. Ferromagnetic ring spacer is put between their internal faces. Disc ferromagnetic plates are placed on external faces of coils. Length of permanent magnet equals summary length of coils with spacer. Diameters of plates and spacer are equal. Loaded samples are fixed in cantilever in grips arranged over circumference around force exciter with free ends to axis of the latter. Ferromagnetic spacer is positioned in plane of mounting of samples. EFFECT: reduced dimensions of device, enhanced electromagnetic compatibility of force exciter and electric transducers of vibration of samples.

Description

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для циклических нагружений группы образцов упругих или низкомодульных демпфирующих материалов при повышенных, нормальных и пониженных температурах. The invention relates to testing equipment, to devices for cyclic loading of a group of samples of elastic or low-modulus damping materials at elevated, normal and low temperatures.

Известно устройство для циклических нагружений партии образцов /1/, содержащее генератор синусоидальных сигналов, средства регистрации температуры и амплитуды колебаний образцов, термокамеру, установленные внутри нее захваты для попарного консольного закрепления образцов свободными концами навстречу один другому и электромагнитный силовозбудитель между свободными концами образцов. Указанное устройство позволяет возбуждать колебания двух консольно закрепленных образцов с помощью отдельного силовозбудителя, который состоит из катушки с сердечником и двух противоположно ориентированных постоянных линейных магнитов, длина которых равна высоте катушки. A device for cyclic loading of a batch of samples / 1 /, containing a generator of sinusoidal signals, means for recording the temperature and amplitude of oscillations of the samples, a heat chamber installed inside it captures for pairwise cantilever fastening of the samples with free ends facing one another and an electromagnetic exciter between the free ends of the samples. The specified device allows you to excite the oscillations of two cantilevered samples using a separate exciter, which consists of a coil with a core and two oppositely oriented permanent linear magnets, the length of which is equal to the height of the coil.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для циклических нагружений группы образцов /2/. Устройство содержит термокамеру, установленные в ней по окружности захваты для консольного закрепления образцов радиально свободными концами к электромагнитному силовозбудителю, состоящему из двух катушек одинакового диаметра со встречной намоткой и постоянного цилиндрического магнита, установленного между торцами этих катушек. Известное устройство позволяет возбуждать изгибание колебания группы консольно закрепленных образцов с помощью отдельного силовозбудителя. The closest in technical essence to the proposed is a device for cyclic loading of a group of samples / 2 /. The device contains a heat chamber, grippers installed in it around the circumference for cantilever fastening of the samples with radially free ends to an electromagnetic force exciter consisting of two coils of the same diameter with counter winding and a permanent cylindrical magnet installed between the ends of these coils. The known device allows you to excite the bending vibrations of a group of cantilever fixed samples using a separate exciter.

Известные устройства характеризуются низкой электромагнитной внутренней совместимостью и значительными габаритами силовозбудителя в направлении смещения образцов. Known devices are characterized by low electromagnetic internal compatibility and significant dimensions of the exciter in the direction of displacement of the samples.

Цель изобретения уменьшение габаритов устройства и повышение внутренней электромагнитной совместимости силовозбудителя и электрических датчиков амплитуды колебаний образцов. The purpose of the invention is to reduce the dimensions of the device and increase the internal electromagnetic compatibility of the exciter and electrical sensors of the amplitude of oscillation of the samples.

По сравнению с наиболее близким техническим решением заявляемое техническое решение имеет следующие отличительные признаки:
-электромагнитный силовозбудитель снабжен кольцевой ферромагнитной прокладкой между соприкасающимися катушками и двумя дисковыми ферромагнитными обкладками катушек, причем диаметры обкладок и прокладки численно равны диаметру катушек;
-прокладка расположена в плоскости образцов;
-постоянный магнит в виде стержня установлен внутри катушек и равен суммарной длине катушек и прокладки.Compared with the closest technical solution, the claimed technical solution has the following distinctive features:
- the electromagnetic exciter is equipped with a ring ferromagnetic gasket between the adjacent coils and two disk ferromagnetic plates of the coils, and the diameters of the plates and gaskets are numerically equal to the diameter of the coils;
- the gasket is located in the plane of the samples;
- a permanent magnet in the form of a rod is installed inside the coils and is equal to the total length of the coils and gaskets.

Устройство, снабженное ферромагнитными обкладками и прокладкой, обеспечивает сосредоточение силовых линий постоянного и переменного магнитных полей вблизи внешней боковой открытой поверхности катушек и исключает возможность распространения силовых линий магнитных полей внутри термокамеры со стороны других поверхностей силовозбудителя. Предлагаемое решение конструкции электромагнитного силовозбудителя обеспечивает возможность уменьшения габарита устройства по вертикали практически в 2 раза по сравнению с известными техническими решениями при прочих равных условиях. Кроме того, в предлагаемой конструкции устройства размах колебания образцов вдоль оси силовозбудителя неограничен какими бы то ни было элементами конструкции. The device is equipped with ferromagnetic plates and gasket, provides the concentration of the lines of force of constant and alternating magnetic fields near the outer side open surface of the coils and eliminates the possibility of the propagation of lines of force of magnetic fields inside the heat chamber from other surfaces of the exciter. The proposed solution to the design of the electromagnetic exciter provides the ability to reduce the size of the device vertically by almost 2 times compared with the known technical solutions, ceteris paribus. In addition, in the proposed design of the device, the range of oscillation of the samples along the axis of the exciter is unlimited by any structural elements.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на чертежах:
фиг.1 схема устройства для нагружения группы образцов циклическим изгибом (центральное сечение);
фиг.2 конструкция электромагнитного силовозбудителя;
фиг.3 схема работы устройства.The essence of the invention is illustrated in the drawings:
figure 1 diagram of a device for loading a group of samples by cyclic bending (central section);
figure 2 construction of an electromagnetic exciter;
figure 3 diagram of the operation of the device.

На чертежах обозначено:
1-термокамера; 2 основание из немагнитного материала; 3 и 4 захваты; 5 и 6 образцы испытываемого материала; 7 и 8 датчики колебаний образцов; 9 электромагнитный силовозбудитель; 10 немагнитная опора силовозбудителя; 11 электрическая обмотка 1-ой катушки в прямом направлении; 12 электрическая обмотка 2-ой катушки в обратном направлении; 13 и 14 диэлектрические немагнитные каркасы 1-ой и 2-ой катушек; 15 ферромагнитная прокладка; 16 - 1-ая ферромагнитная обкладка; 17 2-ая ферромагнитная обкладка; 18 - постоянный магнит; 19 силовые линии магнитного поля внутри прокладки 15 при прямом электрическом токе в обмотках 11 и 12; 20 силовые линии магнитного поля внутри прокладки 15 при обратном электрическом токе в обмотках 11 и 12.In the drawings indicated:
1-heat chamber; 2 base of non-magnetic material; 3 and 4 captures; 5 and 6 samples of the test material; 7 and 8 sensors oscillation samples; 9 electromagnetic exciter; 10 non-magnetic support of the exciter; 11 electrical winding of the 1st coil in the forward direction; 12 electrical winding of the 2nd coil in the opposite direction; 13 and 14 dielectric non-magnetic frames of the 1st and 2nd coils; 15 ferromagnetic gasket; 16 - 1st ferromagnetic lining; 17 2nd ferromagnetic lining; 18 - a permanent magnet; 19 lines of force of the magnetic field inside the strip 15 with direct electric current in the windings 11 and 12; 20 magnetic field lines inside the gasket 15 with reverse electric current in the windings 11 and 12.

Постоянная подмагничивающая система, состоящая из деталей 16, 17 и 18, может быть выполнена в виде монолитного ферромагнитного каркаса с высокой степенью намагниченности боковин или в виде постоянного цилиндрического электромагнита со стержнем сердечником. The permanent magnetizing system, consisting of parts 16, 17 and 18, can be made in the form of a monolithic ferromagnetic frame with a high degree of magnetization of the sidewalls or in the form of a constant cylindrical electromagnet with a core core.

Работает устройство для нагружения группы образцов циклическим изгибом следующим образом (см. фиг.1 и 2). A device for loading a group of samples by cyclic bending as follows (see figures 1 and 2).

В обмотки 11, 12 электромагнитного силовозбудителя поступает сигнал звуковой частоты с выхода генератора (диапазон 20^oC2000 Гц) и создает переменное магнитное поле заданной частоты, которое, взаимодействуя с образцами 5.6, вызывает в них изгибные колебания. Сигнал генератора контролируется электроносчетным частотомером. При колебаниях образцов в датчиках 7.8 наводится электрический сигнал, который регистрируется электронным вольтметром. Изменяя частоту генератора в заданном диапазоне, определяют амплитудно-частотную характеристику каждого из образцов, используя которую и массо-габаритные данные образцов, рассчитывают динамические характеристики исследуемых материалов. Для контроля температуры внутри рабочей зоны термокамеры 1 используют термодатчик, сигнал с которого отображается на регистрирующем температуру приборе.The windings 11, 12 of the electromagnetic exciter receive an audio signal from the output of the generator (range 20 ^o C2000 Hz) and creates an alternating magnetic field of a given frequency, which, interacting with samples 5.6, causes bending vibrations in them. The generator signal is controlled by an electron-counting frequency counter. When samples oscillate in sensors 7.8, an electrical signal is induced, which is recorded by an electronic voltmeter. Changing the frequency of the generator in a given range, determine the amplitude-frequency characteristic of each of the samples, using which the mass and dimensional data of the samples, calculate the dynamic characteristics of the materials under study. To control the temperature inside the working area of the heat chamber 1, a temperature sensor is used, the signal from which is displayed on the temperature-recording device.

Принцип работы электромагнитного силовозбудителя 9 заключается в следующем (см. фиг.3). The principle of operation of the electromagnetic exciter 9 is as follows (see figure 3).

При отсутствии электрического тока в обмотках катушки 11 и 12 образцы 5 и 6 находятся в нейтральном среднем положении (фиг.3, a). In the absence of electric current in the windings of the coils 11 and 12, samples 5 and 6 are in the neutral middle position (Fig. 3, a).

При подаче переменного (синусоидального) тока вокруг обмоток 11, 12 возникает переменное магнитное поле, силовые линии которого в радиальном направлении внутри ферромагнитного кольца 15 имеют единую ориентацию, суммируются. При этом необходимо рассматривать две фазы мгновенных значений (см. фиг. 3, б, в). When applying an alternating (sinusoidal) current around the windings 11, 12, an alternating magnetic field occurs, the lines of force of which in the radial direction inside the ferromagnetic ring 15 have a single orientation, are summed. In this case, it is necessary to consider two phases of instantaneous values (see Fig. 3, b, c).

Во время первой фазы, т.е. в полупериод протекания электрического тока в обмотках 11, 12 в прямом направлении, у внешнего края кольцевой прокладки 15 плюс N (см. фиг.3, б), который в совокупности с постоянным полюсом N 2-ой обкладки 17 вызывает изгиб образцов 5 и 6 вверх. During the first phase, i.e. in the half-period of the flow of electric current in the windings 11, 12 in the forward direction, at the outer edge of the annular strip 15 plus N (see Fig. 3, b), which together with the constant pole N of the 2nd lining 17 causes bending of samples 5 and 6 up.

Во время второй фазы из-за изменения направления электрического тока в обмотках 11, 12 на противоположное у внешнего края кольцевой прокладки 15 наводится полюс S (см. фиг. 3, в), который в совокупности с постоянным полюсом S 1-ой обкладки 16 вызывает изгиб образцов 5 и 6 вниз. During the second phase, due to a change in the direction of the electric current in the windings 11, 12, the pole S is induced opposite to the outer edge of the ring gasket 15 (see Fig. 3, c), which, together with the constant pole S of the first plate 16, causes bending samples 5 and 6 down.

При гармоническом изменении величины и направления электрического тока в обмотках 11, 12 происходит гармоническое изменение напряженности и формы магнитного поля у внешней боковой поверхности силовозбудителя 9, что приводит к возникновению гармонических изгибных колебаний образцов 5 и 6, амплитуда смещения которых резко возрастает на резонансных частотах. With a harmonic change in the magnitude and direction of the electric current in the windings 11, 12, a harmonic change in the strength and shape of the magnetic field occurs at the outer side surface of the exciter 9, which leads to the appearance of harmonic bending vibrations of samples 5 and 6, the displacement amplitude of which sharply increases at resonant frequencies.

Данная конструкция обеспечивает возможность уменьшения вертикального габарита силовозбудителя 9 в 2 раза, что способствует общему уменьшению вертикального габарита устройства и, как следствие, обеспечивает более высокую однородность температурного поля внутри термокамеры. Кроме того, улучшается внутренняя электромагнитная совместимость устройства, так как силовые линии переменного магнитного поля сосредоточены лишь у боковой поверхности силовозбудителя 9. Предлагаемая конструкция обладает более широким функциональными возможностями, так как в устройстве нет принципиальных ограничений размаха колебаний образцов вдоль продольной оси силовозбудителя. This design makes it possible to reduce the vertical dimension of the exciter 9 by 2 times, which contributes to the overall decrease in the vertical dimension of the device and, as a result, provides a higher uniformity of the temperature field inside the heat chamber. In addition, the internal electromagnetic compatibility of the device is improved, since the lines of force of an alternating magnetic field are concentrated only at the side surface of the exciter 9. The proposed design has wider functionality, since the device does not have fundamental limitations on the amplitude of the oscillations of the samples along the longitudinal axis of the exciter.

Claims

A device for loading a group of samples by cyclic bending, containing an electromagnetic force exciter, including a coaxially arranged permanent magnet in the form of a rod, and two alternating current electromagnetic coils with oncoming winding, and grippers located around the circumference of the exciter, for cantilever securing the samples with free ends to the axis of the exciter, characterized in that the exciter is equipped with an annular ferromagnetic gasket located in the plane of the sample installation between the internal With the sides of the coils and two disk ferromagnetic plates of the coils, the permanent magnet is placed inside the coils and has a length equal to the total length of the coils with gasket, and the diameters of the plates and gaskets are equal to the diameter of the coils.