Вібраційний спосіб вимірювання поперечної умовної границі міцності

Корисна модель відноситься до деревинознавства та може бути використана для дослідження фізикомеханічних властивостей деревини. При стисканні впоперек волокон в радіальному і тангентальному напрямках деревина по-різному чинить опір і деформується таким чином, що не можна визначити значення максимального навантаження. Враховуючи цю особливість згідно [1], [2], СТ СЭВ 389-16 та DIN 52192 визначають умовну границю міцності, що відповідає границі пропорційності між навантаженням і деформацією [3]. Для проведення даного виду випробувань у спеціальний пристрій вмонтовано індикатор для виміру деформації. На взірець діють ступінчастим навантаженням і визначають укорочення взірця з точністю до 0,01мм. Навантаження здійснюють за допомогою автоматичного привода плавно, без ривків для більш точного вимірювання деформації. Данні реєструють, а потім будують графік залежності "навантаження-деформація", що дає змогу встановити границю пропорційності. Ординату точки, в якій тангенс кута між дотичною до графіка і віссю Р на 50% більший, ніж на лінійній ділянці графіка, приймають за умовну границю міцності. Недоліком відомого способу є трудомісткість і неточність графічних побудов, затримка в часі проведення вимірювання і отримання остаточного результату. Для виправлення вказаних недоліків пропонується виконувати випробування при дії двох складових навантаження: постійної складової і змінної складової. Амплітуда змінної складової має бути значно менша за величину постійної складової. За такої умови напруження у взірці виникає за рахунок дії постійної складової, а впливом змінної складової на значення напружень у взірці можна зневажати. Під дією змінної складової у взірці виникає змінна деформація, амплітуда якої залежить від тангенсу кута між дотичною до графіка "навантаженнядеформація" і віссю навантаження. Величину цієї деформації можна контролювати за допомогою давача (наприклад тензодавача або індуктивного як в ГОСТ 16483.31-74), встановленого на взірці. У такому випадку немає потреби у ступінчастому навантаженні взірця з перервами на реєстрацію точок графіку, а можна отримати значення зміни похідної у відсотках під час проведення випробування без побудови графіка. Навантаження може бути монотонно наростаючим, дослідження може проходити скоріше, а значить з меншим впливом пластичної деформації на результати випробування. Сигналом досягнення умовної границі міцності є зміна показів вольтметра змінного струму, що вимірює значення змінної напруги на виході давача. На Фіг.1 показано вид залежності "навантаження-деформація" на відповідних осях, а на осях "напруга-час" значення змінної складової у двох точках Р0 і P1 з різними значеннями похідної. "Тангенсу кута між дотичною до графіка і віссю навантаження" відповідає похідна dε/dP. Величину змінної напруги давача можна знайти за виразом: (U≈)=k*ΔP*(dε/dP); (1) де: U≈ - значення амплітуди змінної напруги давача; k - коефіцієнт перетворення деформації в напругу; ΔР - значення амплітуди змінної складової навантаження; dε/dP - похідна деформації від навантаження За умови, що тангенс кута між дотичною до графіка і віссю навантаження у точці Р1 на 50 % більший, ніж на лінійній ділянці графіка у точці P0: (U»1 ) = k * DP * de / dP1 = de / dP1 = 100 % + 50 % = 1,5 (2) (U »0 ) k * DP * de / dP0 de / dP0 100 % ; значення змінної напруги давача у точці Р 1 так само збільшується на 50%; де: U≈1 - значення амплітуди змінної напруги давача в точці Р 1; U≈0 - значення амплітуди змінної напруги давача в точці Р 0 на лінійній ділянці графіка; k - коефіцієнт перетворення деформації в напругу; ΔР - значення амплітуди змінної складової навантаження; dε/dP0 і dε/dP0 - похідні деформації від навантаження у точках Р 0 та Р1. На Фіг.2 показано два варіанта можливої реалізації способу. Пристрій навантаження 1 передає зусилля на взірець 2 через пристрій вібрації 3 та пружний елемент 4. Сигнал деформації передається з давача 5 на підсилювач змінного струму з індикатором 6. Виконання пристрою вібрації відрізняє варіанти «а» та «б» Фіг.2. Варіант «а» зображає кулачковий механізм, що, деформуючи пружний елемент 4, передає на взірець не тільки постійне зусилля пристрою навантаження 1, але і змінну складову, величина якої залежить від ексцентриситету кулачка і точки передачі її на взірець з пружного елементу, а частота визначається частотою обертання кулачка. Варіант «б» зображує відцентровий вібратор, що додає до зусилля пристрою навантаження, переданого через пружний елемент, свою змінну складову. Фіг.2 демонструє можливість включення джерела змінної складової паралельно або послідовно до постійної складової навантаження. Визначення навантаження, відповідного поперечній умовній міцності, здійснюється за показами вольтметра змінного струму безпосередньо під час випробування, а для вимірювання значення поперечної умовної міцності використовують пристрій, «спеціально» обладнаний засобами вимірювання сили відповідно до [1], [2]. Для визначення умовної міцності пропонованим способом вимірювання абсолютного значення постійної складової деформації не обов'язкове, що можна використати для спрощення складу задіяного устаткування. Джерела інформації: 1. ГОСТ 16483.11-72; 2. ГОСТ 16483.2-70. 3. Деревинознавство, Вінтонів І.С., Сопушинський I.М., Тайшінґер А., РВВ УкрДЛТУ, Львів, 2005.