2.1.6. Динамический механический анализ
К оценке динамических нагрузок существуют два подхода . С одной стороны, нагрузка считается быстро изменяющейся, если она вызывает заметные скорости частиц деформируемого тела, причем настолько большие, что суммарная кинетическая энергия движущихся масс составляет уже значительную долю от общей работы внешних сил. С другой стороны, скорость изменения нагрузки может быть связана со скоростью протекания пластических деформаций.
Нагрузка может рассматриваться как быстро изменяющаяся, если за время нагружения тела пластические деформации не успевают образоваться полностью. Это заметно сказывается на характере наблюдаемых зависимостей между деформациями и напряжениями.
Первый критерий в оценке быстро изменяющихся нагрузок используется в основном при анализе вопросов колебаний упругих тел, второй — при изучении механических свойств материалов в связи с процессами быстрого деформирования. При этом, поскольку при быстром нагружении образование пластических деформаций не успевает полностью завершиться, материал с увеличением скорости деформации становится более хрупким. Так как скольжение частиц образца по наклонным площадкам затруднено, должна несколько увеличиться разрушающая нагрузка. Сказанное иллюстрируется (рис.2.8) сопоставлением диаграмм растяжения при медленно и быстро изменяющихся силах.
Рисунок 2.8. Диаграммы растяжения при медленно и быстро изменяющихся силах
Наиболее заметно сказывается влияние скорости деформации при высоких температурах. В нагретом металле уже при сравнительно небольшом увеличении скорости нагружения обнаруживается тенденция к увеличению σBВРB и уменьшению δ .
Таким образом, метод и установки ДМА отличаются от метода и установок ТМА только тем, что прилагаемые к образцу силы, как правило, изменяются с частотой от 0,01 до 100 Гц, а держатели образца обеспечивают те же характеристики: трех-точечный изгиб, одно- и двух плечевой изгиб, сжатие, проникновение, линейный сдвиг и растяжение.
2.1.7. Метод лазерного импульса
Метод лазерной вспышки (лазерного импульса) за последние десятилетия получил наибольшее распространение при измерении температуропроводности (а) и теплопроводности (λ) различных твердых тел, порошков и жидкостей.
В этом методе фронтальная сторона образца, приготовленного из исследуемого материала в виде небольшой плоско-параллельной шайбы нагревается коротким, но интенсивным лазерным импульсом . Возрастание температуры на обратной стороне образца в зависимости от времени измеряется инфракрасным детектором. Несложное приготовление образца, его малые размеры, малые времена измерений и высокая точность – только некоторые достоинства этого бесконтактного и неразрушающего метода контроля (рис.2.9).
а)
б) в)
Рисунок 2.9. Видеограммы метода лазерного импульса: а) – композита, б) – электролитического железа, в) – воды
Благодаря быстроте измерений и хорошей воспроизводимости результатов измерений температуропроводности, метод нашел признание у исследователей во всем мире и вытесняет традиционные методы измерений, которые более сложны, дорогостоящи и более медленны.
При измерении температуропроводности (a) материала, его теплопроводность (λ) может быть определена, если известны удельная теплоемкость (Сp) и плотность (ρ):
(2.3)
Удельная теплоемкость может быть измерена методом сравнения или с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Последний метод более гибок и точен в определении теплоемкости и, кроме того, позволяет определить температуры и теплоты фазовых переходов.