RU2818645C1 - Способ совместного определения коэффициента Пуассона и коэффициентов контактного трения при испытании на сжатие - Google Patents
Способ совместного определения коэффициента Пуассона и коэффициентов контактного трения при испытании на сжатие Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818645C1 RU2818645C1 RU2023120007A RU2023120007A RU2818645C1 RU 2818645 C1 RU2818645 C1 RU 2818645C1 RU 2023120007 A RU2023120007 A RU 2023120007A RU 2023120007 A RU2023120007 A RU 2023120007A RU 2818645 C1 RU2818645 C1 RU 2818645C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- poisson
- ratio
- friction coefficients
- poisson ratio
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000012669 compression test Methods 0.000 title description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 44
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способам определения механических свойств материалов, а именно к способам определения коэффициента Пуассона и коэффициента контактного трения. Сущность: образец сжимают между параллельными плитами нагружающего устройства, регистрируют изменение длины образца и поле перемещений боковой поверхности образца, после чего из аналитического решения обратной задачи или конечно-элементного решения прямой задачи теории упругости об осевом сжатии цилиндра с трением по торцам, дающего связь поля перемещений боковой поверхности с коэффициентом Пуассона и коэффициентами трения, рассчитывают коэффициент Пуассона и коэффициенты трения. Технический результат: существенное уменьшение трудоемкости и материалоемкости испытаний, упрощение совместного определения коэффициента Пуассона и коэффициентов контактного трения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, более конкретно - к способам определения механических свойств материалов, а именно, к способам определения коэффициента Пуассона и коэффициента контактного трения.
В практике определения механических характеристик известен ряд способов нахождения коэффициента Пуассона, в том числе при испытаниях на сжатие, когда измеряются продольные и поперечные деформации образца. При этом не учитывается возможное проскальзывание образца по контактирующим поверхностям нагружающего устройства. Величина коэффициента Пуассона зависит в таких измерениях от коэффициентов контактного трения и без их учёта определяется с неизвестной погрешностью. Кроме того, у некоторых материалов, например, у фторопластов, коэффициент контактного трения зависит от величины приложенной сжимающей нагрузки. Следовательно, при подобных измерениях возникает необходимость совместного определения коэффициента Пуассона и коэффициентов контактного трения.
В части определения коэффициента Пуассона известны способы: (Авторское свидетельство СССР №304475, МПК: G01N 3/00), заключающийся в том, что нагружают образец, одновременно определяют поперечные и продольные деформации с помощью двух измерительных каналов и по результатам этих измерений вычисляют коэффициент Пуассона; (Авторское свидетельство СССР №551536, МПК: G01N 3/00), заключающийся в том, что, с целью увеличения точности, измерения проводят дважды, меняя местами измерительные каналы и определяют коэффициент Пуассона как среднее геометрическое результатов измерений; (патент РФ №2361188, МПК: G01N 3/08 (2006.01)), заключающийся в том, что одноосно механически нагружают образец, регистрируют с помощью двух независимых измерительных каналов возникающие при этом поперечные и продольные деформации и вычисляют коэффициент Пуассона по результатам этих измерений, при этом синхронно с деформациями измеряют и регистрируют по третьему измерительному каналу активность акустической эмиссии образца.
К недостаткам указанных способов можно отнести необходимость использования двух или трёх каналов измерений и контактный способ измерения в каждом канале. Влияние контактного трения на опорных поверхностях при одноосном сжатии образца не учитывается.
Наиболее близко к заявляемому техническому решению находится способ определения коэффициента Пуассона и коэффициента трения, предложенный в статье J.G. Williams, C. Gamonpilas «Using the simple compression test to determine Young’s modulus, Poisson’s ratio and the Coulomb friction coefficient». Способ реализуется следующим образом: испытываются несколько цилиндров из одного материала с разным отношением радиуса к высоте, для каждого цилиндра производят не менее чем два испытания на сжатие с заведомо разными условиями контактного трения по торцам, регистрируют среднее значение осевого напряжения по площади контакта и продольную деформацию, после чего по результатам измерений определяют коэффициент Пуассона и коэффициенты трения по приведённому в статье алгоритму.
Недостатками этого способа являются: необходимость проведения трех наборов экспериментов над образцами с несколькими значениями форм-фактора (отношения радиуса к высоте) при разных условиях трения по торцам (со смазкой, с повышенным трением и без смазки) для однозначного определения искомых величин, а также то обстоятельство, что способ пригоден только для образцов с форм-фактором более 1.
Задачей предлагаемого изобретения является преодоление недостатков прототипа, а именно, необходимости для получения результата испытывать несколько образцов, устраивать для каждого образца несколько испытаний с различными условиями трения и соблюдать ограничения форм-фактора.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения коэффициента Пуассона материала образца и коэффициентов контактного трения торцов образца по плитам нагружающего устройства, включающем сжатие образца между плитами в нагружающем устройстве, снятие с поверхности образца информации о поле перемещений, обработку снятой информации, сжатие образца производят одноосно, информацию о поле перемещений снимают с ненагруженной части его поверхности, нагружение производят ступенчато и определяют коэффициент Пуассона и коэффициенты трения на каждой ступени нагрузки; при этом коэффициент Пуассона и коэффициенты трения определяют по зарегистрированному изображению поля перемещений ненагруженной части поверхности, используя разность между максимальным перемещением и перемещениями контактных торцов образца по нормали к оси нагружения.
Поставленная задача достигается также тем, что регистрацию информации о поле перемещений производят с помощью, например, оптического спекл-интерферометра в виде изображения линий уровня перемещений ненагруженной поверхности образца.
Поставленная задача достигается тем, что образец изготавливают в виде цилиндра с плоскопараллельными торцами, с круглым, эллиптическим или овальным поперечным сечением.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:
На фиг. 1 показан пример экспериментального поля перемещений боковой поверхности образца (стрелками показано направление сжатия).
На фиг. 2 показан пример расчётного поля радиальных перемещений боковой поверхности образца в разрезе.
Образец сжимают между параллельными плитами испытательной машины или другого нагружающего устройства, регистрируют изменение длины образца, например, датчиком линейных перемещений, и поле перемещений боковой поверхности образца, например, бесконтактным способом с помощью спекл-интерферометра, затем обрабатывают полученные данные, выделяют информацию о величине перемещения боковой поверхности образца у торцов и посередине высоты и рассчитывают коэффициент Пуассона и коэффициенты трения исходя из аналитического решения обратной задачи или конечно-элементного решения прямой задачи теории упругости об осевом сжатии цилиндра с трением по торцам, дающего связь между перемещениями боковой поверхности и этими коэффициентами. Также можно использовать информацию о профиле перемещения боковой поверхности по всей высоте образца.
Реализация способа существенно уменьшает трудоемкость и материалоёмкость испытаний, упрощает совместное определение коэффициента Пуассона и коэффициентов контактного трения.
Сущность заявляемого способа поясняется примерами реализации.
Пример 1
1. Цилиндрический образец из фторопласта с диаметром 40 мм и высотой 15 мм сжимают вдоль оси в лекальных тисках на величину 0.01 мм; контроль осуществляют датчиком линейного перемещения ЛИР-14.
2. Поле перемещений боковой поверхности образца регистрируется спекл-интерферометром в виде изображения системы полос, отображающих величину проекции перемещения на вектор чувствительности интерферометра с шагом 0,266 мкм. Фиг.1.
3. Величина радиального перемещения боковой поверхности образца посередине высоты определяется подсчётом числа полос поперёк оси образца и умножением на шаг полос.
4. Величина радиального перемещения боковой поверхности образца у торцов определяется подсчётом числа полос вдоль оси образца и умножением на шаг полос.
5. Коэффициент Пуассона и коэффициенты трения рассчитываются исходя из аналитического решения системы уравнений обратной задачи теории упругости об осевом сжатии цилиндра с трением по торцам.
Пример 2
1. Цилиндрический образец из фторопласта с диаметром 40 мм и высотой 15 мм сжимают вдоль оси в лекальных тисках на величину 0.01 мм, контроль осуществляют датчиком линейного перемещения ЛИР-14.
2. Поле перемещений боковой поверхности образца регистрируется спекл-интерферометром в виде изображения системы полос, отображающих величину проекции перемещения на вектор чувствительности интерферометра с шагом 0,266 мкм.
3. Экспериментальный профиль радиального перемещения боковой поверхности образца определяется по изображению системы интерференционных полос подсчётом числа полос поперёк оси образца при нескольких значениях осевой координаты и умножением на шаг полос.
4. Расчётный профиль радиального перемещения боковой поверхности образца определяется из конечно-элементного решения системы уравнений прямой задачи теории упругости об осевом сжатии цилиндра с трением по торцам при разных значениях параметров модели - коэффициента Пуассона и коэффициентов трения. Фиг.2.
5. Коэффициент Пуассона и коэффициенты трения определяются по наилучшему совпадению расчётного и экспериментального профилей радиального перемещения боковой поверхности образца.
Применение данного способа совместного определения коэффициента Пуассона и коэффициентов контактного трения при испытании на сжатие позволит уменьшить трудоемкость и материалоёмкость испытаний, а именно: уменьшить необходимое количество образцов (до одного), уменьшить необходимое количество опытов с каждым образцом (до одного), исключить необходимость использовать разные условия трения для одного и того же образца и использовать образцы с любым форм-фактором.
Claims (3)
1. Способ определения коэффициента Пуассона материала образца и коэффициентов контактного трения торцов образца по плитам нагружающего устройства, включающий сжатие образца между плитами в нагружающем устройстве, снятие с поверхности образца информации о поле перемещений, обработку снятой информации, отличающийся тем, что сжатие образца производят одноосно, информацию о поле перемещений снимают с ненагруженной части его поверхности, нагружение производят ступенчато и определяют коэффициент Пуассона и коэффициенты трения на каждой ступени нагрузки; при этом коэффициент Пуассона и коэффициенты трения определяют по зарегистрированному полю перемещений ненагруженной части поверхности, используя разность между максимальным перемещением и перемещениями контактных торцов образца по нормали к оси нагружения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регистрацию информации о поле перемещений производят с помощью, например, оптического спекл-интерферометра в виде изображения линий уровня перемещений ненагруженной поверхности образца.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образец изготавливают в виде цилиндра с плоскопараллельными торцами, с круглым, эллиптическим или овальным поперечным сечением.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2818645C1 true RU2818645C1 (ru) | 2024-05-03 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU304475A1 (ru) * | СОЮЗНЛЯ В. С. Баталов и Л. И. Новожилова !ПаГНГШ-71Хг^й^кЫL БИБЛИО-Е>&^А ' | |||
RU2361188C1 (ru) * | 2008-02-21 | 2009-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный горный университет (МГГУ) | Способ определения коэффициента пуассона материала |
RU2505797C2 (ru) * | 2012-03-12 | 2014-01-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ определения коэффициента трения при пластической деформации |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU304475A1 (ru) * | СОЮЗНЛЯ В. С. Баталов и Л. И. Новожилова !ПаГНГШ-71Хг^й^кЫL БИБЛИО-Е>&^А ' | |||
RU2361188C1 (ru) * | 2008-02-21 | 2009-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный горный университет (МГГУ) | Способ определения коэффициента пуассона материала |
RU2505797C2 (ru) * | 2012-03-12 | 2014-01-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ определения коэффициента трения при пластической деформации |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20240118180A1 (en) | Material performance testing including improved load detection | |
RU2667316C1 (ru) | Способ определения коэффициентов интенсивности напряжений для трещин | |
RU2818645C1 (ru) | Способ совместного определения коэффициента Пуассона и коэффициентов контактного трения при испытании на сжатие | |
US20060225484A1 (en) | Bolt tension gauging system | |
WO2006062524A2 (en) | Bolt tension gauging system | |
RU2773260C1 (ru) | Способ определения коэффициента интенсивности напряжений для трещины в конструкции | |
RU2442113C1 (ru) | Способ и устройство определения нагруженности стержней пространственно-стержневых металлических конструкций | |
JP3305145B2 (ja) | 疲労損傷度測定方法 | |
Holzer et al. | Development of the bulge test equipment for measuring mechanical properties of thin films | |
RU2672192C1 (ru) | Устройство для определения физико-механических характеристик строительных материалов | |
Moore et al. | Evaluation of fracture mechanic's parameters using electronic speckle pattern interferometry | |
RU2361188C1 (ru) | Способ определения коэффициента пуассона материала | |
CN117571506B (zh) | 基于迈克尔逊等厚干涉的剪切模量测量装置及测量方法 | |
RU2819262C1 (ru) | Способ определения механических напряжений в металлоконструкциях | |
RU2806404C1 (ru) | Способ определения упругих постоянных разномодульного материала | |
SU1422104A1 (ru) | Способ определени предела длительной прочности горных пород | |
Kato et al. | Fatigue life estimation of steel using laser speckle sensor | |
RU2308706C1 (ru) | Способ определения коэффициента трения покоя поверхностного слоя материала | |
RU2382351C2 (ru) | Способ оценки потери пластичности по изменению микротвердости конструкционной стали | |
Chai et al. | Digital Image Correlation (DIC) Method for Detecting Strain in Wood Drying Process | |
Pfauth et al. | Strain Measurement in a Specimen Subjected to Out-of-Plane Movement: Using an Open-Source Digital Image Correlation-Based Tool | |
UA130254U (uk) | Спосіб визначення модуля поздовжньої пружності зразків матеріалів та готових виробів | |
Jin et al. | Advanced digital speckle correlation method for strain measurement and nondestructive testing | |
SU932200A1 (ru) | Устройство дл определени нормальных напр жений в соединени х с нат гом | |
JPH07218358A (ja) | 帯状体の張力分布測定方法 |