книги из ГПНТБ / Фавстов Ю.К. Сплавы с высокими демпфирующими свойствами

крепления образца в верхнем захвате. Характеристики данного прибора аналогичны рассмотренным выше [89].

В приборе Буланже [92] можно проводить измере­ ния в диапазоне амплитуд напряжений от 0,1 (0,01) до 150 Мн,/м2 (15 кГ/мм2) при частотах 50—100 гц и маг­ нитном поле до 72000 а/м (900 э). Возбуждение коле­ баний электромагнитное, запись оптическая с помощью укрепленного на маятнике зеркальца. Весь прибор монтируется в массивной раме, имеющей массу 25 кг и при работе, для изоляции от внешней среды подвешива­ ется на тонком нихромовом тросе. Для измерений ис­ пользуются образцы общей длиной 24 мм и диаметром рабочей части 1,5—2 мм.

Приборы для определения демпфирующей способности металлов на массивных образцах, сконструированные по схеме обращенного маятника

Наибольшую известность из группы приборов, скон­ струированных по схеме обращенного маятника, полу­ чил прибор Феппля—Пертца [14]. Прибор предназна­ чен для измерения амплитуднозависимого демпфиро­ вания в диапазоне значительных амплитуд напряжений.

подшипнике 5. С помощью поперечины образец закру­ чивается на задний угол, определяющий начальную ам­ плитуду колебаний. При освобождении поперечины в системе образец-маятник будут проходить свободные крутильные колебания, интенсивность затухания кото­ рых и отражает демпфирующую способность образца.

Закручивание образца поперечиной осуществляется дву­ мя электромагнитами 6, расположенными симметрично относительно оси образца. Освобождение поперечины происходит с помощью выключения электромагнитов. Колебания записываются пером на ленте, протягивае­ мой во время работы прибора с помощью часового ме­

ханизма 7.

В целях уменьшения потерь весь прибор подвешива­ ют на тросе. Измерения можно производить при повы­ шенных температурах и в магнитном поле, если обра­ зец соответственно ввести в трубчатую печь или в со­

леноид.

Прибор позволяет быстро давать приближенную оценку демпфирующей способности различных материа­ лов. Вместе с этим абсолютные характеристики демпфи­ рования, полученные на приборе, вследствие сравни­ тельно больших дополнительных потерь заметно завы­ шены. Причинами этих потерь являются трение пера регистрации о бумагу, трение в верхнем центрирующем подшипнике, а также рассеяние энергии вследствии преодоления колеблющимся образцом с маятником со­ противления воздуха.

Прибор, разработанный в ЦНИИТмаш [93], в отли­ чие от описанного, имеет оптическую систему записи. Луч света от соответствующего источника, закреплен­ ного на траверсе маятника, попадает на движущуюся в кассете фотобумагу. Применение оптической регистра­ ции устранило потери за счет трения пера о бумагу, но вместе с этим возникли потери за счет лишней связи подвижной траверсы через провода. Поэтому преиму­ щество прибора ЦНИИТмаш перед прибором Феппля— Пертца спорно.

Для измерения демпфирующей способности в обла­ сти малых амплитуд деформации, соответствующих от­ носительному сдвигу 1СП5— ІО-6, может использоваться прибор Байерда, Дональда и Миллера [94], работаю­ щий при частоте около 2 гц на образцах типа разрыв­ ных общей длиной 150 мм и диаметром рабочей части 7,6 мм. Нижний конец образца закрепляется цанговым зажимом в фундаментной плите станины, а верхний — в массивном дисковом маятнике, уравновешенном проти­ вовесом. Возбуждение колебаний производится элект­ ромагнитным методом, замер колебаний — с помощью

индукционных датчиков. Измерение демпфирующей способности образца можно проводить при разных тем­ пературах. В этом случае образец помещают в специ­ альную масляную ванну, представляющую собой торои­ дальный сосуд, заполненный силиконовым маслом.

Для определения демпфирующей способности об­ разцов в диапазоне небольших амплитуд напряжений от 0,02 (0,002) до 12 Мн/м2 (1,2 кГ/мм2) и при дополни­ тельном статическом нагружении напряжением растяже­

ваемые образцы имеют общую длину 40 мм и диаметр рабочей части 3—5 мм. Возбуждение колебаний —

колебаний осуществляется с помощью жесткого ограни­ чителя, представляющего собой фильеру с отверстием 0,23 мм, через которое пропущена струна противовеса. Этот ограничитель не вносит заметного влияния на за­ тухание колебаний.

Приборы для определения демпфирующей способности металлов на массивных образцах с центральным креплением маятника

Общий вид одного из первых приборов этого типа [96], смонтированного на массивной эллиптической ра­ ме, показан на рис. 15. Образец имеет общую длину 192 мм и диаметр рабочей части 8 мм с квадратными головками на концах и посредине. Концевыми головка­ ми образец с помощью винтовых зажимов закрепляется в раме, а к центральной части крепится сравнительно массивный маятник—поперечина. Начальная амплиту­ да задается поворотом специального винтового меха­ низма и выдергивающейся чеки. Запись свободных за­ тухающих колебаний производится иглой, закрепленной на маятнике, на целлулоидном диске, который враща­ ется часовым механизмом. Полученная на диске вибро­ грамма обрабатывается с помощью измерительного микроскопа. Во время работы прибор подвешивается на стальном тросе на кронштейн.

Для измерения демпфирующей способности при по­ вышенных температурах образец может нагреваться пропусканием через него тока большой силы.

Одним из существенных недостатков описанного при­ бора является механическая регистрация колебаний на целлулоидном диске, приводящая к дополнительным по­ терям энергии при затухающих колебаниях образца. В более поздних конструкциях приборов этого типа [103] использован более совершенный фотоэлектрический ме­ тод регистрации.

Рис. 15. Прибор для определения демпфирующей спо­ собности на массивных образцах фирмы Кембридж

Закрепление образца с обоих концов неподвижными захватами в описанном выше приборе и крепление ма­ ятника в центральной части позволяет приложить че­ рез захваты дополнительные статические усилия, что и осуществлено в установках конструкций Хильчевского [29].

В установке, разработанной Хильчевским (рис. 16), образец 3 общей длиной 320 мм и диаметром рабочей части 8 мм одним концом (головка А) жестко закрепля­ ется в основании, а другим концом (головка В ) — во вту­ лке 6, которая на скользящей посадке посажена в жест­ ко связанную со станиной обойму 8 и застопорена вин­ тами 7. Другой конец втулки 6 соединен шарнирно с тяговым винтом 13 через промежуточное звено, состоя­ щее из реверсора 10 и динамометра 12. В среднем се­ чении образца на его утолщенную часть насаживается массивный дисковый маятник 5. Статические нормаль­

Приборы для определения демпфирующей способности при поперечных колебаниях образца

Наряду с приборами для определения демпфирую­ щей способности при крутильных колебаниях также по­ лучили распространение приборы по определению демп­ фирующей способности при поперечных колебаниях. Пре­ имуществом приборов последнего типа является воз­ можность испытания образцов различных размеров в широком диапазоне частот колебаний и амплитуд нап­ ряжений, а также возможность одновременного изуче­ ния процессов усталостного разрушения металлов.

Приборы этого типа по способу закрепления образца можно разделить на две группы: 1 ) приборы с образца­ ми, подвешенными в узлах колебаний, 2 ) приборы с консольно закрепленными образцами.

Приборы для определения демпфирующей способности металла на образцах, подвешенных в узлах колебаний

В приборах этого типа образцы постоянного сечения по длине подвешивают в узлах колебаний с помощью тонких стальных нитей к достаточно массивному крон­ штейну1.

Возбуждение колебаний с малой амплитудой дефор­ мации обычно осуществляется электростатическим мето­ дом, со значительной амплитудой — электромагнитным методом.

Регистрация колебаний может осуществляться раз­ личными способами: с помощью оптической системы, ин­ дукционного датчика, пьезодатчика и т. п.

В приборах, предназначенных для изучения влияния температуры или магнитного поля на демпфирующую способность металлов, устанавливают трубчатую печь

ленных с помощью электронного пересчет-ного устрой­ ства, при уменьшении амплитуды свободно затухающих колебаний в два раза.

Аналогичные по конструкции установки [81, 98] поз­ воляют измерять демпфирующую способность при тем­ пературах от (—196) до (+200)°С.

Иной метод возбуждения и другое конструктивное решение получили установки, разработанные в Институ­ те проблем прочности АН УССР. Схема одной из этих установок показана на рис. 18 [2,99]. Образец 1 призма­

и демодулятора 6. Цепь возбуждения разрывается с по­ мощью тумблера 8. Регистрация колебаний осуществля­ ется оптическим методом на фотобумагу, помещенную в

нию друг друга примерно на половину их ширины. Пос­ леднее достигается поворотом электромагнитов вокруг вертикальных осей. При включении электромагнитов их воздействие на захваты раскладывается на вертикаль­ ную и горизонтальную составляющие. Вертикальные усилия нижних электромагнитов компенсируются знало-

гичными усилиями верхних, а горизонтальные усилия приводят к образованию крутящих моментов вокруг осей, проходящих через узлы колебаний, и вызывают по­ перечные колебания образца.

Установка позволяет определять демпфирующую способность металлов при амплитудах напряжений нес­ кольких сот Мн/м2 (десятков кГ/мм2) .

Недостатком установки являются относительно боль­ шие потери вследствие взаимного притяжения захватов и электромагнитов из-за остаточного магнетизма. Поэто­ му характеристики демпфирования оказываются несколь­ ко завышенными. Кроме того, в установке института проблем прочности АН УОСР нельзя исследовать влия­ ния на демпфирующую способность магнитного поля.

Оригинальной по методу возбуждения колебаний яв­ ляется установка В. Г. Тимощенко и А. П. Яковлева [.>100]. Установка предназначена для определения ам­ плитуднозависимого демпфирования в неферромагнит­ ных материалах в диапазоне амплитуд от 1 до 10 Мн/м2 (от 0,1 до 1 кГ/мм2). Поперечные колебания возбужда­ ются в результате взаимодействия переменного магнит­ ного поля, создаваемого электромагнитом с полем, воз­ никающим при прохождении тока через образец.

Схема установки показана на рис. 19. Образец с зах­ ватами на концах или без них подвешивают на тросах.

Рис. 19. Схема установки для определения демпфирующей спо­

собности при поперечных колебаниях для неферромагнитных материалов (В. Г. Тимошенко)