UA146799U - METHOD OF DETERMINATION OF MECHANICAL CONSTANTS OF ISOTROPIC MATERIALS - Google Patents
METHOD OF DETERMINATION OF MECHANICAL CONSTANTS OF ISOTROPIC MATERIALS Download PDFInfo
- Publication number
- UA146799U UA146799U UAU202007233U UAU202007233U UA146799U UA 146799 U UA146799 U UA 146799U UA U202007233 U UAU202007233 U UA U202007233U UA U202007233 U UAU202007233 U UA U202007233U UA 146799 U UA146799 U UA 146799U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- sample
- masses
- axis
- deformations
- isotropic materials
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 101100228200 Caenorhabditis elegans gly-5 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Спосіб визначення механічних констант ізотропних матеріалів включає розтягнення навантаженням, спрямованим уздовж осі зразка, і вимір деформацій. Зразок підвішують вертикально одним кінцем за нерухому жорстку опору, а на інший вільний кінець послідовно кріплять вантажі з відомими масами і моментами інерції цих мас відносно осі зразка. Вимірюють поздовжні деформації і періоди власних крутильних коливань мас, розраховують модулі Юнга, зсуву і коефіцієнт Пуассона.The method of determining the mechanical constants of isotropic materials includes tensile loading directed along the axis of the sample, and the measurement of deformations. The sample is suspended vertically at one end by a fixed rigid support, and at the other free end sequentially fastened loads with known masses and moments of inertia of these masses relative to the axis of the sample. Longitudinal deformations and periods of natural torsional oscillations of masses are measured, Young's modulus, shear and Poisson's ratio are calculated.
Description
Корисна модель належить до способів дослідження міцнісних властивостей твердих матеріалів шляхом застосування до них механічних зусиль, конкретно до випробувань на розтяг і кручення зразків матеріалів, жорсткості яких відносно цих деформацій відносно малі (дріт, тонкі смуги, зразки з еластичних матеріалів та ін.).A useful model belongs to the methods of studying the strength properties of solid materials by applying mechanical forces to them, specifically to tensile and torsional tests of material samples, the stiffness of which is relatively small in relation to these deformations (wire, thin strips, samples of elastic materials, etc.).
Відомий метод випробування металів на розтяг по ГОСТ 1497-84 не поширюється на випробування дроту та близький до нього метод випробування дроту з металів і сплавів поThe well-known method of tensile testing of metals according to GOST 1497-84 does not apply to wire testing and the similar method of testing wire made of metals and alloys according to
ГОСТ 10446-80 (аналоги). В обох випадках закріплений у захопленнях випробувальної машини зразок попередньо навантажується зусиллям, відповідним 5-10 95 межі пропорційності, його вісь вирівнюється, після чого подальше навантаження ведеться в умовах центрального розтягування, реєструються зусилля і відповідні їм деформації бази зразка, розраховуються характеристики жорсткості (модуль Юнга - Е), міцності і пластичності матеріалу.GOST 10446-80 (analogues). In both cases, the sample fixed in the grips of the testing machine is pre-loaded with a force corresponding to the proportionality limit of 5-10 95, its axis is aligned, after which further loading is carried out under conditions of central tension, the forces and the corresponding deformations of the sample base are recorded, the stiffness characteristics are calculated (Young's modulus - E), strength and plasticity of the material.
Модуль зсуву Сх також може бути визначений за ГОСТ 3565-80 (аналог) випробуванням на кручення зразків з робочою частиною у вигляді кругових циліндрів і труб. Таке випробування потребують виготовлення партії відповідних зразків і додаткове обладнання - машину для випробувань на крутіння.The shear modulus Cx can also be determined according to GOST 3565-80 (analogue) by torsion testing of samples with a working part in the form of circular cylinders and pipes. Such a test requires the production of a batch of appropriate samples and additional equipment - a machine for torsional tests.
Визначивши модуль Юнга Е і модуль зсуву С ізотропного матеріалу, коефіцієнт Пуассона м знаходять із виразу, що зв'язує ці три константи, незалежними з яких є будь-які дві:Having determined the Young's modulus E and the shear modulus C of an isotropic material, Poisson's ratio m is found from the expression connecting these three constants, any two of which are independent:
О-ЕД2( я). (1)O-ED2 (I). (1)
Механічні випробування композиційних матеріалів на розтяг по ГОСТ 25.601-80 (найближчий аналог) регламентують методи визначення модуля Юнга Е і коефіцієнта Пуассона м, а отже і модуля зсуву Сї по формулі (1). Для визначення коефіцієнта Пуассона м потрібно з обох сторін плоского зразка встановити механічні або, технологічно переважно, електричні датчики деформацій вздовж і впоперек його осі. Установка електричних датчиків опору вимагає попередньої підготовки поверхонь, дотримання технології наклейки і термообробки, а отже веде до значного збільшення трудомісткості випробувань. Спосіб не застосуємо до зразків матеріалу з малими розмірами поперечного перерізу (дріт, вузькі смуги та ін.).Mechanical tensile tests of composite materials according to GOST 25.601-80 (the closest analogue) regulate the methods of determining the Young's modulus E and Poisson's ratio m, and therefore the shear modulus Si according to formula (1). To determine Poisson's ratio m, it is necessary to install mechanical or, technologically preferable, electrical deformation sensors along and across its axis on both sides of a flat sample. Installation of electrical resistance sensors requires preliminary preparation of surfaces, compliance with the technology of stickers and heat treatment, and therefore leads to a significant increase in the complexity of tests. The method cannot be applied to material samples with small cross-sectional dimensions (wire, narrow strips, etc.).
В основу корисної моделі поставлена технічна задача визначення механічних констант ізотропного матеріалу зразків із відносно малими розмірами поперечного перерізу (дріт, вузькіThe useful model is based on the technical task of determining the mechanical constants of isotropic material of samples with relatively small cross-sectional dimensions (wire, narrow
Зо смуги та ін.), жорсткості яких на розтягнення і крутіння також малі.From the strip, etc.), the tensile and torsional stiffnesses of which are also small.
Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення механічних констант ізотропних матеріалів, що включає розтягнення навантаженням, спрямованим уздовж осі зразка, і вимір деформацій, згідно з корисною моделлю, зразок підвішують вертикально одним кінцем за нерухому жорстку опору, а на інший вільний кінець послідовно кріплять вантажі з відомими масами і моментами інерції цих мас відносно осі зразка, вимірюють поздовжні деформації і періоди власних крутильних коливань мас, розраховують модулі Юнга, зсуву і коефіцієнт Пуассона.The problem is solved by the fact that in the method of determining the mechanical constants of isotropic materials, which includes stretching by a load directed along the axis of the sample and measuring deformations, according to a useful model, the sample is suspended vertically by one end by a fixed rigid support, and the other free end is successively attached loads with known masses and moments of inertia of these masses relative to the axis of the sample, measure the longitudinal deformations and periods of their own torsional oscillations of the masses, calculate Young's moduli, shear and Poisson's ratio.
Поставлена технічна задача вирішується в наступній послідовності: 1. Довжина зразка І з відносно малими розмірами поперечного перерізу вибирається така, щоб його жорсткості на розтяг і кручення були досить малі. Для цього необхідно, щоб поздовжнє навантаження, що не перевищує відповідну межу пропорційності, викликало абсолютну поздовжню деформацію, яка з прийнятною точністю реєструється датчиком переміщень. 2. Зразок 1 (див. креслення) закріплюють вертикально верхнім кінцем у жорсткій опорі 2, що фіксує його в відношенні обертальних і поздовжніх переміщень, а до другого кінця за допомогою захоплення З кріплять платформу 4, з відомими масою то і моментом інерції Іо цієї маси щодо поздовжньої осі зразка ОХ.The set technical problem is solved in the following sequence: 1. The length of sample I with relatively small cross-sectional dimensions is chosen so that its tensile and torsional stiffnesses are sufficiently small. For this, it is necessary that the longitudinal load, which does not exceed the corresponding limit of proportionality, causes absolute longitudinal deformation, which is registered with acceptable accuracy by the displacement sensor. 2. The sample 1 (see the drawing) is fixed vertically with its upper end in a rigid support 2, which fixes it in terms of rotational and longitudinal movements, and to the other end with the help of a grip З, a platform 4 is attached, with a known mass and the moment of inertia of this mass relative to the longitudinal axis of the ОХ sample.
З. На платформу З вкладають вантаж бі з відомими масою т: та моментом інерції Ії відносно осі зразка (попереднє навантаження для вирівнювання осі) і реєструють показання датчика переміщень и). 4. Виконується ряд і-2, 3 ... п послідовних навантажень вантажами (с: з відомими масами т": і моментами інерції Ікх відносно осі зразка ОХ і реєструються показання датчика переміщень ці.Z. Load bi with known mass t: and moment of inertia Ii relative to the axis of the sample is placed on the platform Z (pre-load for alignment of the axis) and the readings of the displacement sensor i) are recorded. 4. A series of i-2, 3 ... n consecutive loads are performed (c: with known masses t": and moments of inertia Ikh relative to the axis of the sample ОХ and the readings of the displacement sensor ци are recorded.
За отриманими даними визначають січні модулі поздовжньої пружності (Юнга) на кожній ділянці навантаження:According to the obtained data, the shear modulus of longitudinal elasticity (Young) is determined at each load section:
ЕгДо/Дєї, (2) де Дої-СаЦцА, Де-(ині-и)Л, А - площа поперечного перерізу зразка. 5. При будь-якому варіанті навантаження платформи 4 вантажами С; збуджують малі доступні для безпосереднього спостереження крутильні коливання сумарної маси теEgDo/Dei, (2) where Doi-SaCtsA, De-(ini-y)L, A is the cross-sectional area of the sample. 5. In any variant of loading the platform with 4 loads C; excite small torsional oscillations of the total mass that are available for direct observation
(враховується і платформа) з сумарним відносно осі зразка ОХ моментом інерції Із і реєструють період цих коливань Тз.(the platform is also taken into account) with the total moment of inertia Iz relative to the axis of the sample ОХ and record the period of these oscillations Тз.
Для збудження крутильних коливань зручно використовувати спеціальний пристрій для разових поворотів осі жорсткої опори 2 на малий кут за час, істотно менший періоду власних коливань Тв.To excite torsional oscillations, it is convenient to use a special device for one-time rotations of the axis of the rigid support 2 to a small angle in a time significantly shorter than the period of the self-oscillations Tv.
Так як момент інерції маси зразка малий у порівнянні з моментом інерції маси вантажу, то період власних крутильних коливань Тз у системі з одним ступенем свободи:Since the moment of inertia of the mass of the sample is small in comparison with the moment of inertia of the mass of the cargo, the period of the natural torsional oscillations Tz in the system with one degree of freedom:
ЇShe
Тв - оту в с звідки жорсткість зразка на кручення с-4тпІв/Т 82. (3)Tv is that in s, whence the torsional stiffness of the sample is s-4tpIv/T 82. (3)
З іншого боку, для зразка у вигляді призматичного стержня або циліндра: с-Сїк/, (4) де Ік - геометрична характеристика поперечного перерізу зразка розмірністю (од. довжини)", зокрема, для руглого і в формі кругового кільця перерізів: тр? 4 а кА Їх 32 р 20 .On the other hand, for a sample in the form of a prismatic rod or cylinder: с-Сик/, (4) where Ik is the geometric characteristic of the cross-section of the sample with dimensions (unit length)", in particular, for round and in the form of a circular ring sections: tr? 4 a kA Their 32 r 20 .
Тут О ії а відповідно зовнішній і внутрішній діаметри кільця, для кола а-0. Для інших форм поперечних перерізів їкх визначається методами теорії пружності і ряд відповідних рішень наводиться в довідковій літературі. Порівнюючи (3) ї (4), отримуємо вираз для визначення модуля зсуву: 2 гли 5/ Кк, (5)Here O and a are the outer and inner diameters of the ring, respectively, for the circle a-0. For other forms of cross-sections, it is determined by the methods of the theory of elasticity, and a number of relevant solutions are given in the reference literature. Comparing (3) and (4), we obtain an expression for determining the shear modulus: 2 gly 5/ Kk, (5)
Виконавши вимірювання відповідно до пунктів 4 і 5, за одну установку зразка в пристрій (фіг. 1) за формулами (2) і (5) обчислюють модуль Юнга Е і модуль зсуву С, після чого з формули (1)After performing measurements in accordance with points 4 and 5, for one installation of the sample in the device (Fig. 1) according to formulas (2) and (5), Young's modulus E and shear modulus C are calculated, then from formula (1)
Зо визначають коефіцієнт Пуассона у: м-0,5Е/5-1.Poisson's ratio is determined by: m-0.5E/5-1.
Технічні результати, які досягаються від використання запропонованого способу визначення механічних констант ізотропних матеріалів: - заявлений спосіб не вимагає застосування складного, дорогого обладнання та приладів і може бути використаний у неоснащених спеціальним обладнанням лабораторіях, наприклад навчальних; - виконання вимірювань здійснюється за одну установку зразка.Technical results achieved by using the proposed method of determining the mechanical constants of isotropic materials: - the claimed method does not require the use of complex, expensive equipment and devices and can be used in laboratories that are not equipped with special equipment, for example educational ones; - measurements are performed for one sample setup.
Таким чином, у порівнянні з відомими рішеннями заявлений спосіб визначення механічних констант ізотропних матеріалів, має суттєві відмінності, а отримання позитивного ефекту обумовлено всією сукупністю способів навантаження зразка і вимірювань.Thus, in comparison with the known solutions, the declared method of determining the mechanical constants of isotropic materials has significant differences, and obtaining a positive effect is due to the whole set of methods of loading the sample and measurements.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU202007233U UA146799U (en) | 2020-11-12 | 2020-11-12 | METHOD OF DETERMINATION OF MECHANICAL CONSTANTS OF ISOTROPIC MATERIALS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU202007233U UA146799U (en) | 2020-11-12 | 2020-11-12 | METHOD OF DETERMINATION OF MECHANICAL CONSTANTS OF ISOTROPIC MATERIALS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA146799U true UA146799U (en) | 2021-03-17 |
Family
ID=74918165
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAU202007233U UA146799U (en) | 2020-11-12 | 2020-11-12 | METHOD OF DETERMINATION OF MECHANICAL CONSTANTS OF ISOTROPIC MATERIALS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA146799U (en) |
-
2020
- 2020-11-12 UA UAU202007233U patent/UA146799U/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU114775U1 (en) | DEVICE FOR RESEARCH OF STRESSED-DEFORMED STATE OF SMOOTH CONIC SHELLS | |
Gerard et al. | A critical strain approach to creep buckling of plates and shells | |
UA146799U (en) | METHOD OF DETERMINATION OF MECHANICAL CONSTANTS OF ISOTROPIC MATERIALS | |
RU2745947C1 (en) | Method for determining bending rigidity of polymeric composite materials under different temperature conditions | |
CN107436264B (en) | A Determination Method of Concrete Damage Degree Based on Nonlinear Vibration Technology | |
CN207019642U (en) | A kind of new displacement tester | |
JP3606086B2 (en) | Strength estimation method for structural concrete | |
Whaley et al. | Continuous measurement of material damping during fatigue tests | |
CN110031035A (en) | Optical fiber sensor tensile, compression, vibration and alternating damp heat fatigue test device and test method | |
Labašová | Determination of modulus of elasticity and shear modulus by the measurement of relative strains | |
CN102023117A (en) | Method for measuring modulus of tensile elasticity of vulcanized rubber | |
RU35896U1 (en) | STAND FOR TESTING SEAMS AND MATERIALS | |
RU211575U1 (en) | CLAMPING DEVICE FOR TESTING A THREADED JOINT ON FLAT SPECIMENS | |
CN109580397A (en) | A kind of method and device measuring fatigue crack growth rate | |
CN214200974U (en) | Quick testing arrangement of sample intensity and shear modulus | |
RU96651U1 (en) | STAND FOR TESTING SAMPLES OF MATERIALS AND STRUCTURAL ELEMENTS | |
RU104315U1 (en) | DEVICE FOR TESTING THE DEFORMATION PROPERTIES OF TEXTILE CLOTHES UNDER MULTI-AXIS LOADS | |
SU1698633A1 (en) | Method of measuring mechanical stress | |
Qureshi et al. | An experimental analysis of stress relaxation in nonwoven fabrics | |
Novikov | Mechanical Property Measurement Techniques of Structural Materials at Cryogenic Temperatures | |
Duarte et al. | Application of Cubic Spline Interpolation to Fit the Stress-Strain Curve to SAE 1020 Steel | |
SU1583732A1 (en) | Method of determining strength characteristics of different modulus material | |
SU1763859A1 (en) | Tangential stress detecting method | |
RU38988U1 (en) | COMPLEX UNIVERSAL EDUCATIONAL FOR RESISTANCE OF MATERIALS | |
Lee et al. | Effect of temperature on physical and optical properties of photoelastic materials |