3. Логарифмический декремент колебаний δ характеризует процесс затухания свободных колебаний во времени. Выражение для логарифмического декремента имеет вид

где А0, An – амплитуды начального и конечного колебаний; п – число ко-

ляется потерей энергии упругих ультразвуковых волн, проходящих через

Таким образом, различные характеристики (показатели) рассеяния энергии упругих колебаний взаимосвязаны между собой следующим соотношением:

1.2. Экспериментальная часть работы

Лабораторная работа выполняется на установке, работающей по принципу вынужденных резонансных колебаний свободно подвешенного образца. Блок-схема установки приведена на рис. 1.4.

13

СИБАДИРис. 1.4. Блок-схема установки для измерения упругих и релаксационных свойств

Образец диаметром 8 ± 0,1 мм и длиной 200 ± 1,0 мм подвешивается в узлах на расстоянии 20 мм от торцов на нихромовых подвесках Ø 0,5 мм к электромагнитным динамикам ДЭ. Левый (на входе) Э возбуждает в образце механические колебания, амплитуда и частота которых задаются от компьютерного генератора звуковых сигналов ГЗ. Правый (на выходе) ДЭ преобразует механические колебания образца в электромагнитные. Электрический сигнал далее поступает в блок усиления приборов ИМ и УМ и затем через контакты переключателя П1 на компьютерный осциллограф КО и на электронный компьютерный частотометр КЧ. Параллельно осциллографу подключен вольтметр V для фиксации напряжения начальной амплитуды А0. С помощью генератора ГЗ достигается режим резонанса, при котором частота вынужденных колебаний от генератора совпадает с частотой собственных колебаний образца. При этом амплитуда колебаний при заданной величине сигнала с генератора достигает максимума, что хорошо заметно на компьютерном осциллографе. Измерение резонансной частоты fp с точностью до 0,1…1 Гц производится с помощью электронного частотометра ЧЗ.

При достижении резонансного режима работы и при установлении заданной величины амплитуды колебаний с помощью приборов ИМ и УМ установка переводится в режим затухающих колебаний путем нажатия на переключатель П1. При этом генератор звуковых сигналов ГЗ, частотометр ЧЗ, осциллограф КО и вольтметр V отключаются. Электрический сигнал от затухающих колебаний поступает на пересчетный прибор ПС, который считает количество колебаний образца при изменении амплитуды колебаний от начального значения А0 до конечного значения, определяемого порогом чувствительности прибора ПС-100. По окончании счета переключатель П1 возвращается в исходное положение.

14

При измерении амплитудно-зависимого внутреннего трения (АЗВТ) деформация образца, т. е. амплитуда колебаний, изменяется за счет изменения величины напряжения электрического сигнала со звукового генератора ГЗ.

Для построения и проверки тарировочной зависимости ε = f(V) к установке подключается дополнительный измеритель выхода ИМ и блок тарировки, который состоит из мостовой схемы рабочих тензодатчиков R и СИБАДИкомпенсационных Rк с базой 10 мм и сопротивлением 100 мм. Рабочие тензодатчики наклеены посередине образца с двух сторон, компенсационные тензодатчики наклеены на стальную пластину. Во время тарировки одно плечо мостовой схемы тензодатчиков запитывается постоянным током при напряжении 6 В, а в другое плечо с помощью переключателя П2 включается прибор ИМ. При колебаниях образца вследствие деформации рабочих тензодатчиков в мостовой схеме генерируется сигнал рассогласования, который замеряется по прибору ИМ. Одновременно по прибору ИМ измеряют величину сигнала выхода с Э. Измерение сигнала выхода (мВ) и сигнала рассогласования (мкВ) производится при различных амплитудах колебаний образца в зависимости от величины сигнала от звукового генератора КГ. Для получения более широкого диапазона тарировоч-

ной зависимости тарировка проводится на образцах из стали СтУ8. Используя тарировочную зависимость ε = f(V), напряжение сигнала

на выходе V, измеренное по прибору ИМ, необходимо перевести в относительную деформацию ε (см. рис. 1.5).

Рис. 1.5. Тарировочная зависимость «степень деформации ε – напряжение электрического сигнала V»

После проведения тарировки прибор ИМ и блок тарировки отключаются.

15

1.3. Порядок выполнения экспериментальной части лабораторной работы

Перед началом работы преподаватель дает пояснения к особенностям использования виртуальных приборов и интерфейсу программного комплекса:

1.Включить все приборы установки.

2.Измерить длину l, диаметр d и массу m образца с точностью: l – до

0,1 мм; d – до 0,01 мм; m – до 0,001 г.

3.При отключенном переключателе П1 осторожно подвесить образец и включить переключатель П1 (см. рис. 1.4).

4.Установить следующие рабочие параметры:

-на генераторе звуковых сигналов КГ напряжение сигнала 0,5 В;

-на измерителе выхода ИМ коэффициент усиления 1:100;

-на частотометре КЧ установить время индикации 1 с, что соответствует измерению частоты с точностью до 1 (при времени индикации 10 с точность измерения 0,1);

-усилитель УМ вывести примерно на 1/4 от максимально возможного усиления.

5. С помощью генератора звуковых сигналов КГ выйти в режим резонанса, для которого характерно: а) значительное увеличение амплитуды колебаний; б) резкий спад амплитуды колебаний при уходе с режима резонанса, т. е. резонансный пик очень чувствительный («живой»), это хорошо заметно на осциллографе КО.

6. При резонансе с помощью усилителей ИМ и УМ по вольтметру V

установить начальную амплитуду колебаний А0, соответствующую 15 В. 7. Замерять резонансную частоту путем нажатия на кнопку «Пуск»

на частотометре КЧ.

8. Для измерения количества затухающих колебаний включить клавишу «Пуск» прибора ПС и нажать на кнопку переключателя П1.

В течение всего времени счета кнопку переключателя П1 держать нажатой. После записи показания прибора ПС производится сброс данных путем нажатия на клавишу «Сброс».

Результаты 3-5 замеров резонансной частоты fp и количества затухающих колебаний п заносятся в таблицу. По результатам этих измерений рассчитывают среднее арифметическое значение и среднеквадратическую

ошибку резонансной частоты Sf и количества затухающих колебаний Sn. По результатам экспериментальных данных рассчитать модуль уп-

ругости Е по формуле (1.7).СИБАДИ

16

Для оценки релаксационных свойств материала рассчитать логарифмический декремент δ и коэффициент внутреннего трения Q-1 по формулам:

Проанализировать полученные результаты и сравнить со справочными данными.

На рис. 1.6–1.8 приведены изображения экранных панелей используемых компьютерных приборов: частотометра, задающего генератора и осциллографа.

Рис. 1.6. Экранная панель компьютерного частотометра

Интерфейс состоит из четырех основных панелей: «Задающий генератор», «Осциллограф», «Определение параметров» и «Калибровка», сведенных в панель «Частотометр». В один момент времени на экране компьютера или проектора может отображаться только одна панель: или «Осциллограф» или «Определение параметров».

Панель «Задающий генератор» занимает левую часть окна и представляет собой набор из четырех виртуальных ручек, управляющих

17

амплитудой и частотой сигнала, выдаваемого левым и правым каналами звуковой карты, который подается на электромагнитный ДЭ, закрепленный через демпфер к исследуемому образцу. Для изменения требуемого параметра выставите ручку-регулятор на требуемое знание величины. Рядом с каждой ручкой-регулятором находится поле, в котором отображается текущее знание задаваемой величины в цифровом виде.

СИБАДИРис. 1.7. Экранная панель компьютерного задающего генератора

Панель «Осциллограф» представляет собой полную функциональную копию электронного осциллографа со всеми стандартными органами управления и используется для отображения колебаний стержня.

В центре панели находится экран, на котором отображается принимаемый сигнал. Для регулировки отображения сигнала на экране необходимо воспользоваться ручками «Развертка» и «Вольт/дел», которые выравнивают сигнал по частоте и амплитуде. Частота и амплитуда сигнала также отображается в цифровом виде в окнах, расположенных в правом верхнем углу панели «Осциллограф».

18

С помощью переключателя «Вид отображения каналов» выбирается вид представления сигналов на экране осциллографа:

- одновременное отображение сигналов обоих каналов; - отображение сигнала правого канала; - отображение сигнала левого канала;

- разность сигналов правого и левого каналов; - сумма сигналов правого и левого каналов.

СИБАДИПереключатели панели «Синхронизация» служат для фиксации сигнала по времени.

Рис. 1.8. Экранная панель компьютерного осциллографа

При нажатии на кнопку «Калибровка» отображаются скрытые поля калибровки генератора и осциллографа. Для калибровки виртуальных приборов выполните следующие действия:

-выставите на левом и правом каналах генератора частоту 50 Гц и амплитуду 0,5 В;

-измерьте напряжение на линейном выходе звуковой карты;

-задайте в полях «Напряжение на выходе» измеренные значения;

19