Голографическая методика экспресс-измерения

упругих констант конструкционных материалов

,

НПФ «Центр лазерных технологий», г. Алматы, Республика Казахстан.

, Криптон», г. Снежинск, Россия

Упругие механические константы – модуль упругости, модуль сдвига и коэффициент Пуассона – являются важнейшими характеристиками конструкционных материалов, на основе которых выполняются все прочностные расчеты. Поэтому входной контроль характеристик материалов на их соответствие паспортным данным является важнейшим звеном обеспечения соответствия технических характеристик ответственных конструкций их расчетным значениям. Еще большую роль такой контроль играет при использовании композиционных материалов, упругие модули которых чрезвычайно чувствительны к схеме намотки (укладки) слоев, составу компонентов и режимам формования.

Благодаря высокой чувствительности голографические методы измерения деформационных смещений позволяют с использованием известных соотношений теории упругости /1/ определить указанные константы с высокой точностью, а использование современных цифровых методов записи голограмм и обработки результатов голографических измерений обеспечивают возможность выполнения экспресс-контроля в производственных условиях без использования сложной и дорогостоящей стандартной испытательной аппаратуры.

Авторами разработаны и экспериментально испытаны голографические методики и аппаратура измерения упругих констант материалов, а именно:

1. Определение модуля упругости материала на основе измерения прогиба балки прямоугольного сечения при нагружении чистым изгибом (рис.1).

2. Определение модуля сдвига материала на основе измерения прогиба прямоугольной пластины при трехточечном опирании и нагружении поперечной сосредоточенной силой (рис.2).

3. Определение коэффициента Пуассона материала на основе измерения наклона боковых торцов балки прямоугольного сечения при нагружении чистым изгибом (рис.3).

Разработанные методики были испытаны как на образцах из изотропных материалов (металлов), так и на образцах из ортотропных композитных материалов.

Результаты лабораторных испытаний показали, что разработанные методики позволяют:

1. Измерять основные упругие константы изотропных материалов (модуль упругости, модуль сдвига и коэффициент Пуассона) используя одно устройство.

2. Обеспечить более высокую точность и достоверность результатов измерений в

сравнении со стандартными методами при существенно меньших затратах на подготовку и проведение испытаний.

3. Проводить измерения упругих констант также для ортотропных материалов. Предложенные способ и устройство при соответствующей доводке могут быть использованы также в качестве образцового средства для аттестации и поверки стандартизованных средств измерений упругих констант материалов.

Литература

1. , Сопротивление материалов, М., 1979 г.

 

а) б)

Рис.1 Результаты расчета модуля упругости сплава АМЦ по измеренным прогибам

балки, нагруженной чистым изгибом:

а) интерферограмма; б) поле перемещений; таблица 1 – результаты измерений

Таблица. 1

Номер измерения i

Измеренное значение (кгс/мм2)

1

6717, 674

2

6828,177

3

6844,832

4

6764,451

5

7071,464

6

7018,641

7

7164,135

8

6830,893

9

7189,871

10

7079,068

Cреднее измеренное значение :

= = 6950,92 кгc/мм2

Cреднее квадратическое (стандартное) отклонение S составляет:

S24= 172,54 кгc/мм2

Коэффициент вариации ξ составляет:

ξ24 = 2,48

Х
 

Y
 

а) б)

Рис. 2 Результаты расчета модуля сдвига сплава АМЦ по измеренным значениям

прогибов квадратной пластины, нагруженной поперечной сосредоточенной силой.

а) интерферограмма; б) поле перемещений; таблица 2 – результаты измерений

Таблица 2

Номер измерения

X , мм

Y, мм

W, мкм

G, кгc/мм2

1

108,22

106,27

1,1386

2760,49

2

91,37

88,94

0,79996

2776,34

3

78,41

77,76

0,60097

2772,77

4

71,60

69,17

0,48721

2778,14

5

53,78

52,81

0,29032

2673,62

6

51,03

47,14

0,25112

2631,88

7

80,68

52,97

0,42515

2747,22

8

91,21

61,24

0,55729

2739,28

9

61,56

97,04

0,9612

2738,77

10

74,36

74,03

0,54534

2758,79

Среднее значение измеренного модуля сдвига равно:

= 2738 кгc/мм2

Cреднее квадратическое (стандартное) отклонение S2 составляет:

S2 = 47,98 кгc/мм2

Коэффициент вариации ξ2 равен:

ξ2 =1,75

U2
 

U1
 

H1
 

H2
 
 


№ измерения

Коэффициент Пуассона

1

0,319

2

0,313

3

0,312

4

0,313

5

0,315

6

0,317

7

0,319

8

0,315

9

0,318

10

0,315

Среднее значение

0,316

Среднее квадратическое отклонение

0,0033

Коэффициент вариации

1,05

Рис, 3 Результаты расчета коэффициента Пуассона сплава АМЦ по измеренным наклонам

торцов балки, нагруженной чистым изгибом.