Анализ существующих методов неразрушающих испытаний материалов и изделий из них с точки зрения выбранного направления, заключающегося в необходимости определения их наиболее чувствительных характеристик - динамических модулей сдвига и крутильной жесткости, позволяет с очевидной определенностью отдать предпочтение вибрационным методам, реализующим деформацию чистого или эффективного сдвига. Подтверждением этого вывода являются многочисленные примеры использования метода крутильных колебаний для исследования различных материалов у нас в стране и за рубежом.

Наиболее распространенные низкочастотные сдвиговые методы, обладая необходимой чувствительностью к структуре материала, не могут быть достаточно оперативными для экспресс измерений. Однако установка типа УРОМС с полным правом может быть отнесена к экспресс методам.

(далее...)

В качестве вибратора использовался коллекторный электродвигатель с частотой вращения 1300 мин, на оси которого размещены два эксцентрика. Изменение их взаимного расположения позволяло регулировать амплитуду колебаний. Скорость вращения электродвигателя регулировалась двумя автотрансформаторами ЛАТР: один - в цепи обмотки возбуждения, другой - в цепи якоря. Для фиксации резонансной частоты изгибных колебаний в качестве датчика 3 была применена катушка с магнитным подвижным сердечником, сигналы с которой поступали на электронно-счетный цифровой частотомер 43-33 и на ламповый милливольтметр ВЗ-6.

Для стабилизации частоты вынужденных изгибных колебаний плиты в содружестве с Сыктывкарским механическим заводом был разработан и изготовлен специальный редуктор, позволивший в рабочем диапазоне частот (3-10 Гц) резко повысить точность измерения резонансной частоты.

(далее...)

Приведем один из вариантов подобного расчета. В этом варианте модуль Юнга определяется по собственной частоте изгибных колебаний и пластины, опирающейся на две опоры, расположенные в так называемых узловых сечениях. Собственной частотой колебаний системы называется частота, с которой начинает колебаться система при выведении ее из положения равновесия. После этого система совершает свободные (собственные) колебания под действием только упругих сил материала образца при отсутствии внешних переменных сил.

Если пластину прямоугольного сечения изогнуть в плоскости ХОУ, то между изгибающими моментами в сечениях и линейной жесткостью ЕГ существует известная дифференциальная зависимость

Более детальный анализ решения показывает, что для надежного определения модуля Юнга отношение  должно быть намного меньше единицы и не более 0,07.

(далее...)

Описанные методы и приборы применяются при исследовании целлюлозно-бумажных и древесных материалов и изделий из них. Очевидно, что круг задач и разновидность материалов могут быть существенно расширены, так как около 80 % всех динамических измерений в полимерах выполнено па приборах такого типа. Для подтверждения этого вывода можно сослаться на некоторые из многочисленных отечественных и зарубежных работ в области исследования полимерных и пластических материалов  отдельных волокон и нитей, древесины, целлюлозно-бумажных материалов, а также с целью изучения полимеров и пластмасс различной консистенции.

Оригинальный реологический спектрофазометр разработан в ЦКБ уникального приборостроения АН СССР а в Воронежском филиале ОКБА - автоматический крутильный маятник типа МК-1 или МК-3 стоимостью 80 тыс. р. Очевидно, и по стоимости этих установок и по высоким требованиям к их обслуживанию они пока не могут претендовать на роль массового и простого устройства при исследовании материалов па базе древесины. Этот

аспект проблемы обязательно должен учитываться при разработке и использовании неразрушающих методов исследования.

(далее...)

Исследуемый диффузор  прижимным кольцом  закрепляется по периферийной; части. Кольцо  пружинными зажимами  прижимается к массивному основанию.  На прижимное кольцо устанавливаются два электромагнита, служащие вместе с коромыслом для возбуждения крутильных колебаний диффузора относительно вертикальной оси. Коромысло вместе с металлическим стаканом  крепится к активной части диффузора винтом  и прижимной пластиной  для фиксации крутильных колебаний служит тонарм - пьезоэлектрический датчик контактного типа, стойка держателя которого крепится также к массивному основанию. Масса тонарма компенсируется противовесом, укрепленном на его плече с другой стороны.

(далее...)

Температура в течение всего эксперимента поддерживается постоянной. Поверхность слоя смолы приводится в контакт со штампом-осциллятором 3 при ее вливании в предварительно нагретый стакан 2. Закручивающий момент создается с помощью коромысла 4 и кратковременного импульса тока, пропускаемого через электромагниты 5 от предварительно заряженного конденсатора. После выведения всей системы из положения равновесия под действием упругих сил слоя  система возвращается в положение равновесия, совершая затухающие крутильные колебания, фиксируемые датчиком Д6.000, сигнал от которого посредством аппаратуры типа ВА-1 подается на шлейф осциллографа типа. Затухающий колебательный процесс записывается через каждые 15 момента начала отверждения смолы. Если время структурно образовательного процесса сравнительно велико (15- 60 мин), то частота колебаний может определяться в резонансном режиме возбуждения или в режиме автоколебаний.

(далее...)

После этого система, выведенная из положения равновесия с помощью коромысла 8, возвращается в исходное положение, совершая затухающие крутильные колебания. Частота колебаний фиксируется с помощью пьезоэлектрического датчика 7 типа, расположенного на коромысле 8. Сигнал от вибро датчика 7 через предусилитель поступает на последующие усилители аппаратуры типа ВЛ-1, а затем с низкоомного выхода - на шлейф М1012-600 осциллографа II-107. Виброизмерительная аппаратура типа ВЛ-1 с большой надежностью и избирательностью фиксирует колебания пластины или изделия в диапазоне частот. При использовании резонансного возбуждения выход ВА-1 подключается к электронно-счетному частотомеру типа ЧН-6 или 43-14.

Если в качестве неразрушающего параметра взять крутильную жесткость, то эта установка может быть использована для любых твердых изотропных и анизотропных материалов самой различной конфигурации. При одинаковой геометрической форме контролируемых изделий сама частота свободных крутильных колебаний может быть адеструктивным интегральным показателем качества изделия.

(далее...)

С помощью электромагнитов , симметрично установленных на опорном цилиндре, и коромысла  прикладывается синусоидальный закручивающий момент, а датчик смещения  и регистрирующая аппаратура фиксируют резонансную частоту крутильных колебаний сформированного таким образом конуса из исследуемого материала. При этом сама резонансная частота может служить адеструктивным структурным показателем материала.

Установка для крупных пластин. Схема варианта устройства, сконструированного и изготовленного в соответствии с расчетной схемой, для неразрушающего контроля крупных пластин из древеснослонстого пластика типа ДСПЬ-А длиной до 3 м представлена. Пластина  свободно перемещается по горизонтально расположенным роликам 2 в несущей конструкции, па которой с одной стороны находится неподвижный пневмоцилиндр 3, а с другой - пневмоцилиндр 10, передвигающийся по специальным направляющим 4 на тележке 9. Для создания закручивающего момента служит коромысло с грузами 8, связанное с диском .

(далее...)

При повороте крана жидкость стекает обратно в нижний резервуар 9. Для возбуждения и фиксации крутильных колебаний на коромысло 2 наклеены постоянные магниты 10. Возбуждение колебательной системы происходит с помощью одного из магнитов 10 и электромагнита , а регистрация вынужденных колебаний - с помощью индуктивного датчика 12.

Изменяя частоту звукового генератора, питающего электромагнит И, добиваются максимального отклонения колеблющейся системы от положения равновесия, т. е. момента резонанса. Максимальное отклонение фиксируется по шкале вольтметра, подключенного к индивидуальному датчику 12. Резонансная частота измеряется цифровым частотомером, подключаемым к выходу звукового генератора. Для измерения резонансной кривой измеряются напряжения на уровне 0,5 от максимального и на этом уровне отсчитываются две частоты - ниже и выше основного резонанса. Разность этих частот и будет шириной резонансной' кривой.

(далее...)

Известно, что скорость смещения колебательной системы в моменты ее прохождения через положение равновесия пропорциональна амплитуде, а гармоническая функция в эти моменты времени может быть линеаризована. Это вытекает также и из закона сохранения энергии. Поэтому можно записать следующее выражение для логарифмического декремента колебаний:

Устройство содержит осветитель, коромысло, шкалу  и три фотодетектора, расположенные симметрично относительно фотодетектора на шкале. Отраженный от зеркала коромысла луч от осветителя  попадает на шкалу  с фотодетекторами. В положении равновесия луч  фиксируется на среднем фотодетектор; фотодетекторы расположены на расстоянии базы друг от друга. Плечо оптического рычага выбирается с таким расчетом, чтобы база была бы намного меньше самой малой фиксируемой амплитуды затухающего колебания. Фотодетекторы фиксируют время прохода М отраженным световым лучом  базы.

(далее...)

Такое устройство позволяет обеспечить одноосное растяжение пленочного образца в жидкой среде, измерить период крутильных колебаний без извлечения образца из измерительного сосуда, а при исследовании влияния на структуру -материала внешней нагрузки корректно учесть ее.

Для получения инвариантных вязкоупрутих характеристик тонких пленочных материалов в такого рода крутильных маятниках используется метод графической экстраполяции, заключающийся в измерении модуля сдвига и логарифмического декремента колебаний при минимум трех измерительных нагрузках на исследуемый образец (см. раздел 3.3). Так как эти измерения производят в инфра низкочастотной области колебаний, то для получения окончательного результата требуются весьма трудоемкие и длительные измерения и их обработка. Для сокращения времени измерений и уменьшения их трудоемкости разработано следующее устройство.

(далее...)

С целью повышения точности измерения периода свободных крутильных колебаний и логарифмического декремента колебаний использовался оптический рычаг, зайчик которого пробегает по градуированной цилиндрической шкале с вертикальной осью, совпадающей с осью исследуемого образца. Период колебаний определяется либо с помощью секундомера либо с помощью несложной электронной схемы с выходом на пересчетное устройство типа. С целью исследования влияния воздушной среды па величину динамического модуля сдвига особенно податливых и тонких материалов была сконструирована и изготовлена специальная установка, позволяющая производить измерения в условиях вакуума при давлениях, меньших 1 Па. Вывод коромысла из положения равновесия в вакууме осуществлялся с помощью специального дистанционного устройства. Период свободных крутильных колебаний в этом случае определяется секундомером.

(далее...)

Варьируя частоту генератора, добиваются максимального отклонения колеблющейся системы от положения равновесия, т. е. момента резонанса. Вибро смещения фиксируются пьезоэлектрическим датчиком  типа массой 30 г, прикрепленным к коромыслу. Максимум амплитуды определяется с помощью предусилителя ПУ, на который сигнал от вибродатчика подается гибким коаксиалом. С предусилителя ПУ сигнал поступает на виброизмерительную аппаратуру типа со стрелочным индикатором, позволяющую фиксировать вибросмещения, виброскорости и виброускорения. Частота, отсчитанная по лимбу звукового генератора в момент резонанса, является резонансной частотой, совпадающей с частотой собственных колебаний системы. Для дополнительного контроля резонанса и точного измерения частоты используются электронный осциллограф типа и цифровой частотомер типа. Для раскачки образцов большего поперечного сечения используется усилитель постоянного и переменного тока типа, включаемый между генератором и электромагнитами. Для определения так называемой полуширины резонансной кривой во всех типах используемых генераторов предусмотрена расстройка по частоте, что существенно повышает точность измерений. Последняя характеристика необходима для исследования внутреннего трения материала.

(далее...)

Закручивающий импульс сообщается системе с помощью двух электромагнитов, которые при прохождении по ним кратковременного импульса тока притягивают к себе якорьки  и таким образом выводят систему из положения равновесия. После этого под действием упругих сил цилиндрического образца система вновь стремится прийти в равновесие и совершает затухающие крутильные колебания с основной частотой. Электрические токи, возбуждаемые в индукционных датчиках при крутильных колебаниях системы, подаются через усилитель на шлейф осциллографа, с помощью которого производится запись затухающего колебательного процесса на фотопленку. Из полученной осциллограммы по временным маркам определяется период или частота затухающих крутильных колебаний системы. Этот прибор может работать и в резонансном режиме возбуждения. Момент инерции  колеблющейся системы определяется с помощью метода упругого крутильного подвеса с добавочными массами и без них по формуле инерции штампа-осциллятора с коромыслом можно было пренебречь.

(далее...)