Ультразвуковий спосіб визначення деформацій повзучості деревини з врахуванням розвантаження

Реферат: Ультразвуковий спосіб визначення деформацій повзучості деревини з врахуванням розвантаження у процесі деформування деревини поперек волокон у радіальному і тангентальному напрямах причому випробовуванні деревного взірця на повзучість з розвантаженням, прозвучується взірець у поперечному напрямі ультразвуковими імпульсами і вимірюється швидкість звуку протягом усього процесу повзучості та розвантаження, залежно від рівня повзучості. UA 70511 U (12) UA 70511 U UA 70511 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до деревинознавства і може бути використана для дослідження фізико-механічних властивостей деревини та інших капілярно-пористих матеріалів. У процесі деформування деревини поперек волокон у радіальному і тангенціальному напрямах анізотропії викликають деформації повзучості. Для їх вимірювання використовують оптичний деформометр, який встановлюється на спеціальному штативі перед робочою частиною випробовувальної машини [1]. Вимірювання деформацій проводиться дистанційно залежно від зміни відстані між світлими індексами, розміщеними на торцевій поверхні взірця, на основі оптичної системи, що складається з мікроскопа та окуляра. Загальне лінійне збільшення оптичної системи дорівнює 25х. Перевірка точності показників приладу здійснюється за стрілковим індикатором. Реєстрація показників здійснюється шляхом фотографування з використанням фотореєстру. Недоліком відомого способу є трудомісткість і неточність графічних побудов деформацій повзучості з врахуванням процесів навантаження та розвантаження. Це ускладнює визначення складових деформацій, у тому числі величин деформацій, які мають незворотній характер. Відомий ультразвуковий спосіб визначення навантаження, відповідного умові границі міцності деревини при стисканні поперек волокон у радіальному і тангентальному напрямах [2]. Недоліком даного способу є неможливість визначати деформації повзучості у процесі навантаження деревини. Суть запропонованої корисної моделі - спосіб проведення випробовувань на повзучість деревини з одночасним прозвучуванням взірця з деревини ультразвуковими імпульсами у поперечному напрямі. Взірець мас розміри робочої частини, де вимірюється деформація, такі 35×20×10 мм. Для обґрунтування розмірів поперечного перерізу взірця враховувалася наявність анатомічних елементів, характерних для різних порід деревини та величина однорідності напруженого поля взірця, яке оцінюється величиною:   max  min / o 100 % ,   де max , min ,  o - відповідно максимальне, мінімальне та середнє значення напружень. На взірець діє навантаження розтягу з постійним навантаженням, що складає 70 % границі міцності деревини протягом часу 1. У процесі розвантаження за допомогою тензодавачів вимірюється основа 1 і поперечна деформація 2. Ці складові дозволяють визначити об'єми, деформацію за відомими формулами [3]. Для досягнення поставленої задачі пропонується одночасно з вище вказаними вимірюваннями деформацій створювати у поперечному напрямі взірця ультразвукові коливання з необхідною частотою і вимірювати швидкість звуку протягом усього процесу повзучості з розвантаженням. Для встановлення залежності швидкості звукової хвилі від рівня повзучості, включаючи процес розвантаження пропонується скористатися відомою формулою залежності швидкості звуку V через модуль пружності E і густину  матеріалу [4] V  k E /  , (1) 40 45 50 де k - коефіцієнт пропорційності, який залежить від механічних властивостей матеріалу. Враховуючи, що зміни деформацій у процесі повзучості та розвантаження характеризується питомою роботою внутрішніх сил та аналогічна зміна швидкості звуку також залежить від величини наростання питомої енергії (фіг. 1) (крива 1 описує деформацію повзучості, а крива 2 швидкість поширення хвиль). Тобто для величин деформацій до і після розвантаження швидкість звуку також змінюється. Для встановлення звуку між напруженнями  і деформаціями  на фронті ультразвукової хвилі визначається такий момент часу  0 , для якого коефіцієнт Пуассона V є однаковий для випадку сумісного деформування у поздовжньому і поперечному розпилу взірця. Це дозволить знехтувати впливом анізотропії механічних властивостей на процес проходження ультразвукових хвиль. Значення величини швидкості поширення ультразвукових хвиль у цей момент часу V0  можна використати для визначення приросту напружень у взірці через приріст деформацій у процесі повзучості в напрямі поширення хвилі. Для цього можна використати рівняння Больцмана-Вольтера спадкової теорії повзучості [3]. Для одновимірного випадку воно має вигляд: 1 1t t    Rt    d , (2) E E0 де Rt   - функція реологічної поведінки матеріалу. Враховуючи незначний час проходження ультразвукової хвилі, приріст деформації можна представити у вигляді: t   55 1 UA 70511 U        0 h  0   h   0   , (3)  де  - тривалість ультразвукової хвилі, яка виникає у момент часу   0 , 5 10 15 20 25 0, якщо х  0; hx    , 1 якщо х  0 За виміряними значеннями швидкості звуку у початковий момент часу   0 і в момент часу  0 , знаходимо V 0  і V0  . На основі вимірювань тензодавачами повздовжньої і поперечної деформацій визначаємо значення коефіцієнта Пуассона у момент часу  0 за відомим співвідношенням: V0   nn / nз . Тоді з формул (1)-(3) визначають значення функції реологічної поведінки взірця залежно від швидкості поширення ультразвукових хвиль у момент часу  0 . Для подальшої апроксимації функції Rt   , включаючи область розвантаження, можна використати відомі алгоритми найкращого наближення. На фіг. 2. показано схему можливої реалізації способу. На взірець 1 пристрій навантаження 2 передає зусилля через п'єзокерамічний елемент 3 ультразвукового пристрою 4. Визначення навантаження відповідної величини здійснюється за показами затримки відбитого сигналу безпосередньо під час випробовування. Для вимірювання значення цього навантаження у момент часу  0 використовують пристрої [6], які обладнані засобами вимірювання зусиль. Джерела інформації: 1. Уголев Б. Н. Испытание древесины и древесных материалов. - М.: Лесн. пром-сть, 1965. 251 с. 2. Патент на корисну модель № 35456. Опубліковано 25.09.2008. Бюл. № 10. 3. Можаровський М. С. Теорія пружності, пластичності і повзучості. - К.: Вища школа, 2002. 312 с. 4. Ультразвук, глав. ред. В. П. Гольмина. М. - Сов. энциклопедия, 1979. 5. Быков Д. Л. // Изв. РАН, МТТ, 2003. - № 4. - С. 99-111. 6. ГОСТ 16483. 11-72. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Ультразвуковий спосіб визначення деформацій повзучості деревини з врахуванням розвантаження у процесі деформування деревини поперек волокон у радіальному і тангентальному напрямах, який відрізняється тим, що при випробовуванні деревного взірця на повзучість з розвантаженням, прозвучується взірець у поперечному напрямі ультразвуковими імпульсами і вимірюється швидкість звуку протягом усього процесу повзучості та розвантаження, залежно від рівня повзучості. 2 UA 70511 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3