Рис. 6. Общий вид установки для определения модулей упругости
и внутреннего трения
Под действием этого напряжения чувствительный элемент датчика деформируется или перемещается с той же частотой и посредством нитей подвески колебания передаются образцу. Деформация или перемещения образца передаются на датчик-приемник, где преобразуются в переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна амплитуде деформации. Сигнал с приемника поступает на входной порт ПЭВМ.
Программное обеспечение лабораторной установки по определению модуля упругости исследуемого образца представляет собой однооконное приложение для операционной системы Windows 2000/ХР, устанавливаемое на ПЭВМ, входящее в состав лабораторной установки.
Программное обеспечение выполняет следующие функции:
- задание частоты и амплитуды, прикладываемых к образцу синусоидальных колебаний;
- отображение колебания образца с помощью виртуального осциллографа с автоматическим определение частоты и амплитуды принимаемого сигнала;
- автоматическое сканирование заданного диапазона частот с возможностью выбора шага и скорости сканирования;
- калибровка задатчика и приемника сигнала;
- автоматический расчет модуля упругости материала по заданным параметрам;
- расчет коэффициента затухания.
Главное окно программы представлено на рис. 7.
Рис. 7. Главное окно программы
Интерфейс состоит из четырех основных панелей: «Задающий генератор», «Осциллограф», «Определение параметров» и «Калибровка». В один момент времени может отображаться только одна панель или «Осциллограф», или «Определение параметров».
Панель «Задающий генератор» занимает левую часть окна и представляет собой набор из 4 виртуальных ручек, управляющих амплитудой и частотой сигнала, выдаваемого левым и правым каналами звуковой карты, который прикладывается через демпфер к исследуемому образцу. Для изменения требуемого параметра выставите ручку-регулятор на требуемое знание величины. Рядом с каждой ручкой-регулятором находится поле, в котором отображается текущее знание задаваемой величины в цифровом виде.
Панель «Осциллограф» представляет собой полную функциональную копию электронного осциллографа со всеми стандартными органами управления. Он предназначен для отображения колебаний стержня.
В центре панели находится экран, на котором отображается принимаемый сигнал. Для регулировки отображения сигнала на экране необходимо воспользоваться ручками «Развертка» и «Вольт/дел», которые выравнивают сигнал по частоте и амплитуде. Частота и амплитуда сигнала также отображается в цифровом виде в окнах, расположенных в правом верхнем углу панели «осциллограф».
С помощью переключателя «Вид отображения каналов» выбирается вид представления сигналов на экране осциллографа:
- одновременное отображение сигналов обоих каналов;
- отображение сигнала правого канала;
- отображение сигнала левого канала;
- разность сигналов правого и левого каналов;
- сумма сигналов правого и левого каналов.
Переключатели панели «Синхронизация», служат для фиксации сигнала по времени.
При нажатии на кнопку «Калибровка», отображаются скрытые поля калибровки генератора и осциллографа. Для калибровки виртуальных приборов выполните следующие действия:
- выставите на левом и правом каналах генератора частоту 50 Гц и амплитуду 0,5 В;
- измерьте напряжение на линейном выходе звуковой карты;
- задайте в полях «Напряжение на выходе» измеренные значение;
- подайте на линейный вход звуковой карты постоянное напряжение 1 В;
- задайте в поле «Напряжение на входе» 1 В;
- нажмите красную кнопку «Калибровка».
После выполнения данных действий приборы откалиброваны.
В генератор встроена функция автоматического последовательного изменения частоты сигнала, применяемая при поиске резонанса.
В поле «Inc» задается шаг сканирования (минимальное значение 0,1 Гц), т. е. с каждым шагом частота сигнала будет увеличиваться на значение, заданное в данном поле. В поле «Скорость» задается период измерения частоты в миллисекундах. Чем меньше период, тем быстрее производится сканирование частот, но тем сложнее отследить изменение сигнала на осциллографе.
Флажками R или L выбирается в каком канале будет производиться сканирование частот (R - правый, L - левый).
Для определения модуля упругости и коэффициента затухания необходимо перейти на закладку «Определение параметров». Данное окно представлено на рис. 8.
Для определения модуля упругости необходимо подать на стержень с помощью генератора частоту, совпадающую с собственной частотой стержня, и ввести в поля панели «Определение модуля упругости» основные параметры исследуемого образца. После этого автоматически в поле «Модуль упругости» будет выведено полученное значение модуля упругости.
Нахождение коэффициента затухания осуществляется двумя методами. Необходимо нажать на кнопку «Ок», находящейся под надписью «Нахождение коэффициента затухания». В первом методе коэффициент затухания находится из времени и количества колебаний сосчитанных после отключения задающего генератора.
По второму методу коэффициент затухания находится из длины линии среза амплитудно-частотной характеристики. Во время расчета полученная АЧХ отображается на специальном экране панели «Определение коэффициента упругости».
Рис. 8. Окно определения модуля упругости и коэффициента затухания
Порядок выполнения экспериментальной части работы на автоматизированной установке:
1) Измерение параметров исследуемого образца – l, d, b, m:
- измерить и записать параметры полученного стержня (длина, размеры сечения, масса).
- по полученным данным рассчитать плотность материала стержня.
- подвесить стержень на стенде. Проволочки должны находиться на расстоянии 1,5…2 см от концов стержня.
2) Определение резонансной частоты стержня:
- выставите на левом канале генератора амплитуду выходного сигнала 0,3 В при частоте 0 Гц;
- нажмите на панели «Сканирование частот» левый канал (флаг L) и задайте скорость и шаг сканирования (на первоначальном этапе шаг – 0,1 Гц; скорость – 10 м/с);
- нажмите кнопку «Сканирование частот». При этом с выхода генератора к стержню будет приложен сигнал с постоянно увеличивающейся частотой;
- внимательно следите за экраном осциллографа. При значительном увеличении амплитуды сигнала остановите сканирование;
- уменьшите частоту левого канала генератора на 100 Гц и повторите сканирование при меньшей скорости;
- данную процедуру необходимо повторять несколько раз уменьшая скорость сканирования и сужая диапазон частот;
- для определения резонансной частоты с точность до 0,1 Гц необходимо производить подбор частот вручную, с помощью стрелок «Вверх/вниз», расположенных слева от цифрового табло частоты левого канала генератора. Резонансной частоте будет соответствовать сигнал с максимальной амплитудой на экране осциллографа. При срывах сигнала на частотах около резонансных необходимо уменьшить амплитуду задающего генератора.
3) Определение модуля упругости:
- для определения модуля упругости перейдите на закладку «Определение параметров»;
- введите параметры стержня с соответствующие поля панели «Определение модуля упругости» (плотность, длина, диаметр/размер сечения, тип сечения);
- если стержень предварительно не нагревался, то поля ТКЛП, начальная и конечная температуры оставьте незаполненными;
- после введения всех параметров в поле «Модуль упругости» будет выведено рассчитанное значение модуля упругости исследуемого стержня.
4) Определение коэффициента затухания:
- для определения коэффициента затухания стержня нажмите кнопку «Ок», расположенную под надписью «Найти коэффициент затухания»;
- нахождение коэффициента затухания осуществляется двумя методами. В первом методе коэффициент затухания находится из времени и количества колебаний сосчитанных после отключения задающего генератора. По второму методу коэффициент затухания находится из длины линии среза амплитудно-частотной характеристики. Во время расчета полученная АЧХ отображается на специальном экране панели «Определение коэффициента упругости».
5) Обобщение полученных результатов:
- по плотности материала определите его тип;
- по справочным данным найдете модуль упругости, соответствующий данному материалу;
- сравните значение, полученное экспериментальным путем со справочным.
На основе полученных результатов сделайте выводы о соответствии измеренных значений упругих и релаксационных свойств лейкосапфира значениям, указанным в технических условиях.
Рекомендуемая литература
1) , Головин трение и структура металлов. – М.: 1976.
2) , Займовский свойства металлов. – М.: 1979.
3) Метод внутреннего трения в металловедческих исследованиях / Справочник под ред. , – М.: 1991.
4) ГОСТ 25156 –82. Металлы. Динамический метод определения характеристик упругости.
5) Методические указания. Оценка достоверности данных о модулях упругости металлов и сплавов МИ 668 – 84. – М.: 1985.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
