RU2438114C2 - Procedure and device for determination of hardness and polymer materials elasticity modulus - Google Patents
Procedure and device for determination of hardness and polymer materials elasticity modulus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2438114C2 RU2438114C2 RU2007131746/28A RU2007131746A RU2438114C2 RU 2438114 C2 RU2438114 C2 RU 2438114C2 RU 2007131746/28 A RU2007131746/28 A RU 2007131746/28A RU 2007131746 A RU2007131746 A RU 2007131746A RU 2438114 C2 RU2438114 C2 RU 2438114C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- permanent magnet
- contact force
- impact
- depth
- main
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 title description 3
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к определению физико-механических характеристик твердых полимеров, в частности фторопласта, и может быть использовано для контроля непосредственно изделий без их разрушения. Предшествующий уровень техникиThe invention relates to the field of testing equipment, namely, to determine the physicomechanical characteristics of solid polymers, in particular fluoroplastic, and can be used to directly control products without destroying them. State of the art
Известен способ определения твердости металлических изделий (патент Великобритании №1485218, МКИ G01N 3/52, «Способ определения материалов на твердость и устройство для его осуществления»). Способ заключается в нанесении удара жестким индентером по испытуемому объекту, измерении скорости отскока и скорости падения, по отношению которых судят о твердости материала. Однако этот способ не может быть применен для определения твердости пластиков или твердых полимеров ввиду сильной зависимости результатов измерений от модуля упругости полимеров, величина которого не является постоянной величиной как, например, для стали, а сильно зависит от технологических режимов изготовления.A known method for determining the hardness of metal products (UK patent No. 1485218, MKI G01N 3/52, "Method for determining materials for hardness and device for its implementation"). The method consists in striking with a rigid indenter on the test object, measuring the speed of the rebound and the speed of falling, in relation to which they judge the hardness of the material. However, this method cannot be applied to determine the hardness of plastics or solid polymers due to the strong dependence of the measurement results on the modulus of elasticity of the polymers, the value of which is not a constant value, such as for steel, but strongly depends on the technological conditions of manufacture.
Наиболее близким способом к заявляемому изобретению является способ определения твердости и модуля упругости путем использования непрерывной диаграммы вдавливания в процессе удара в виде зависимости контактной силы от глубины вдавливания, определения на диаграмме максимальных значений силы и глубины внедрения, и по отношению определяется твердость, а по углу наклона кривой разгрузки определяют модуль упругости (Рудницкий В.А., Дякович В.В. «Оценка модуля упругости металлических материалов методом динамического вдавливания индентора», Заводская лаборатория (диагностика материалов), 1995 г. №11, с.59-61). Недостатком этого способа является низкая точность определения твердости при контроле полимеров из-за сильного влияния упругой деформации на результат измерения твердости. Кроме того, точность определения модуля упругости снижается из-за неопределенности в регистрации начального участка кривой разгрузки.The closest method to the claimed invention is a method for determining the hardness and elastic modulus by using a continuous indentation diagram during the impact in the form of a dependence of the contact force on the indentation depth, determining on the diagram the maximum values of force and penetration depth, and the hardness is determined from the ratio, and the angle of inclination the unloading curve determines the modulus of elasticity (Rudnitsky V.A., Dyakovich V.V. "Assessment of the modulus of elasticity of metallic materials by dynamic indentation method "Factory laboratory (diagnostic materials), 1995 №11, s.59-61). The disadvantage of this method is the low accuracy of determination of hardness in the control of polymers due to the strong influence of elastic deformation on the result of measuring hardness. In addition, the accuracy of determining the elastic modulus is reduced due to the uncertainty in the registration of the initial portion of the unloading curve.
Устройство для определения твердости по патенту Великобритании №1485218 содержит индентор с вмонтированным постоянным магнитом, который разгоняется за счет действия сжатой пружины в направляющей втулке. Устройство снабжено катушкой индуктивности, соединенной с блоком обработки и блоком индикации. Недостатком устройства является невысокая точность измерения из-за неизбежного отклонения индентора от направления, задаваемая направляющей втулкой, и касания им стенок втулки во время его свободного движения, особенно при испытании наклонно расположенных изделий.The device for determining hardness according to UK patent No. 1485218 contains an indenter with a built-in permanent magnet, which accelerates due to the action of a compressed spring in the guide sleeve. The device is equipped with an inductor connected to the processing unit and the display unit. The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement due to the inevitable deviation of the indenter from the direction specified by the guide sleeve, and touching the walls of the sleeve during its free movement, especially when testing inclined products.
Прототипом изобретения является устройство (А.с. СССР №1138696, МКИ G01N 3/48 «Прибор для определения твердости материалов», опубл. 1985 г., бюл. №5), содержит индентор с вмонтированным постоянным магнитом, закрепленный на конце поворотного рычага, катушку индуктивности, прикрепленную к корпусу, охватывающую постоянный магнит и электрически связанную с блоками обработки и индикации. Недостатком прибора является невозможность контролировать изделия, расположенные произвольным образом в пространстве, поскольку разгон осуществляется под действием силы тяжести.The prototype of the invention is a device (AS USSR No. 1138696, MKI G01N 3/48 "Device for determining the hardness of materials", publ. 1985, bull. No. 5), contains an indenter with a built-in permanent magnet mounted on the end of the pivot arm , an inductor attached to the housing, covering a permanent magnet and electrically connected to the processing and display units. The disadvantage of this device is the inability to control products located arbitrarily in space, since acceleration is carried out under the influence of gravity.
Другим недостатком прототипа является достаточно сложная конструкция привода, предназначенного для подъема индентора (включает пружинный двигатель, шестеренчатый редуктор и рычажную систему).Another disadvantage of the prototype is the rather complicated design of the drive designed to lift the indenter (includes a spring motor, gear reducer and lever system).
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства, позволяющих более точно оценить твердость полимера как функцию только пластической деформации, а модуль упругости полимера - как функцию только упругой деформации.The present invention is the creation of a method and device that allows you to more accurately assess the hardness of the polymer as a function of only plastic deformation, and the elastic modulus of the polymer as a function of only elastic deformation.
Эта задача решена за счет того, что в способе определения твердости и модуля упругости удар наносят жестким индентором с заданной кинетической энергией по испытуемым объектам, подлежащим контролю, получают зависимости текущей контактной силы Р от глубины вдавливания α, при этом по зависимости Р(α) определяют образец с наименьшей контактной силой, выбирают значение контактного усилия, равного 1/3 от максимального значения усилия при ударе Рв=1/3Рмакс, для произвольного образца по зависимости Р(α) определяют значения остаточной глубины отпечатка αост, образующейся после окончания удара, и значения глубины вдавливания индентора на активной α1 и пассивной α2 стадиях удара, соответствующих выбранному значению контактной силы Pв, и о твердости судят по отношению значения Pв к разности глубин (α1-α2), а о модуле упругости судят по отношению контактной силы Pв к разности остаточной глубины отпечатка и глубины вдавливания на пассивной стадии удара (αост-α2).This problem is solved due to the fact that in the method for determining hardness and elastic modulus, a blow is applied by a rigid indenter with a given kinetic energy to the test objects to be controlled, the dependences of the current contact force P on the indentation depth α are obtained, and the dependences P (α) are determined sample with the lowest contact force selected value of a contact force equal to 1/3 of the maximum force at impact P in = 1 / 3P max, for an arbitrary sample from the dependence of P (α) is determined by the depth values of the residual echatka α ost formed after the closure pin, and the depth of indentation values of the active and passive α 1 α 2 pin stages corresponding to the selected value of the contact force P in, and the hardness values are judged with respect to the difference P in depths (α 1 -α 2 ), and the elastic modulus is judged by the ratio of the contact force P in to the difference between the residual imprint depth and the indentation depth at the passive stage of the impact (α ost -α 2 ).
Другая задача решена за счет того, что в устройстве определения твердости и модуля упругости, включающем корпус, основной поворотный рычаг, на конце которого закреплен индентор с вмонтированным основным постоянным магнитом, катушку индуктивности, охватывающую основной постоянный магнит, прикрепленную к корпусу и взаимодействующую с полем основного постоянного магнита, соединенную с вычислительным блоком и блоком индикации, при этом в плоскости вращения основного поворотного рычага расположен дополнительный поворотный рычаг с дополнительным постоянным магнитом, намагниченный противоположно основному постоянному магниту, над основным поворотным рычагом помещен прикрепленный к корпусу ограничитель угла поворота.Another problem is solved due to the fact that in the device for determining hardness and modulus of elasticity, which includes a housing, a main rotary lever, at the end of which an indenter is mounted with a mounted main permanent magnet, an inductor covering the main permanent magnet attached to the body and interacting with the field of the main permanent magnet connected to the computing unit and the display unit, while in the plane of rotation of the main rotary lever is an additional rotary lever with additional with a permanent magnet magnetized opposite to the main permanent magnet, a limiter of the angle of rotation attached to the housing is placed above the main rotary lever.
Технический результат состоит в обеспечении возможности с высокой точностью измерять свойства объектов, различным образом ориентированных в пространстве, а именно - определение твердости и модуля упругости.The technical result consists in providing the ability to measure with high accuracy the properties of objects that are variously oriented in space, namely, the determination of hardness and elastic modulus.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 представлена схема устройства для определения твердости и модуля упругости.Figure 1 presents a diagram of a device for determining hardness and elastic modulus.
На фиг.2 представлена зависимость контактной силы Р от глубины вдавливания α.Figure 2 shows the dependence of the contact force P on the indentation depth α.
На фиг.1 представлена схема устройства для определения твердости и модуля упругости, включающая индентор 1, с вмонтированным основным постоянным магнитом 2, закрепленный на свободном конце основного поворотного рычага 3, максимальный угол поворота которого ограничивается ограничителем 4. Индуктивная катушка 5, охватывающая основной постоянный магнит 2, неподвижно закреплена на корпусе 6 устройства и соединена с вычислительным блоком 7 и блоком индикации 8, дополнительный поворотный рычаг 9 содержит дополнительный постоянный магнит 10, поле которого направлено противоположно основному постоянному магниту 2. Испытуемый полимерный материал обозначен позицией 11.Figure 1 presents a diagram of a device for determining hardness and elastic modulus, including an indenter 1, with a mounted permanent permanent magnet 2, mounted on the free end of the main rotary lever 3, the maximum angle of rotation of which is limited by the limiter 4. Inductive coil 5, covering the main permanent magnet 2, is fixedly mounted on the housing 6 of the device and connected to the computing unit 7 and the indicating unit 8, the additional pivoting arm 9 contains an additional
На фиг.2 представлена зависимость контактной силы Р от глубины вдавливания α. Активная стадия удара ОА представляет стадию нагружения, а АВ - стадию разгрузки или пассивную стадию удара. Выбранной величине контактной силы Pв соответствуют значения глубины вдавливания α1 на активной стадии удара и α2 на пассивной стадии удара; αост обозначает остаточную деформацию или глубину вдавливания непосредственно после окончания удара.Figure 2 shows the dependence of the contact force P on the indentation depth α. The active stage of impact OA represents the stage of loading, and AB represents the stage of unloading or the passive stage of impact. The selected value of the contact force P in correspond to the value of the indentation depth α 1 at the active stage of the impact and α 2 at the passive stage of the impact; α ost means the residual deformation or indentation depth immediately after the end of the impact.
Работа устройстваDevice operation
Предлагаемый способ поясняется работой устройства. Нажимают на свободный конец дополнительного поворотного рычага 9 (фиг.1), поднимая при этом дополнительный постоянный магнит 10. Поле дополнительного постоянного магнита 10 взаимодействует с полем основного постоянного магнита 2 и поворачивает основной поворотный рычаг 3, поднимая при этом индентор 1 до момента его касания упора 4. Продолжая нажим на дополнительный поворотный рычаг 9, дополнительный постоянный магнит 10 проходит нейтральное положение, после чего основной постоянный магнит 2 попадает в зону сильного отталкивания от дополнительного постоянного магнита 10, направленное вниз. Под действием этой силы индектор 1 ускоряется и ударяет по испытуемому образцу 11. Во время движения индектора 1 с постоянным магнитом 2 в индуктивной катушке 5 наводится сигнал пропорциональной скорости индектора. После калибровки сигнала и проведение операций дифференцирования и интегрирования в вычислительном блоке 7 производится обработка сигнала, в результате чего 4 получаем зависимость контактной силы Р от глубины внедрения α. Выбирают значение контактной силы Pв для чего производят измерения на объектах, подлежащих контролю, определяют образец с наименьшим значением максимальной контактной силы Pмакс и находят Рв=1/3 Pмакс (для нашего случая Рв=20Н) и теперь по зависимости Р(α) для произвольного образца находим значения α1=54 мкм, и α2=111 мкм (фиг.2), кроме этого из зависимости Р(α) мы определяем остаточную деформацию αocт=77 мкм.The proposed method is illustrated by the operation of the device. Click on the free end of the additional pivot arm 9 (Fig. 1), while raising the additional
Теперь с помощью значений Р, α1, α2 и αост определим твердость по формулеNow, using the values of P, α 1 , α 2 and α ost, we determine the hardness by the formula
где D - диаметр сферического наконечника индентора, в нашем случае D=1 мм, а модуль упругости определяем по формулеwhere D is the diameter of the spherical tip of the indenter, in our case D = 1 mm, and the elastic modulus is determined by the formula
µ - коэффициент Пуассона (для твердых полимеров µ=0,4)µ - Poisson's ratio (for solid polymers µ = 0,4)
Промышленное применениеIndustrial application
Предлагаемые способ и устройство позволяют с высокой точностью определять твердость и модуль упругости, отстраиваясь от их взаимного влияния, в изделиях из твердых полимерных материалов, произвольным образом ориентированных в пространстве.The proposed method and device allows with high accuracy to determine the hardness and elastic modulus, rebuilding from their mutual influence, in products made of solid polymer materials, randomly oriented in space.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007131746/28A RU2438114C2 (en) | 2007-08-22 | 2007-08-22 | Procedure and device for determination of hardness and polymer materials elasticity modulus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007131746/28A RU2438114C2 (en) | 2007-08-22 | 2007-08-22 | Procedure and device for determination of hardness and polymer materials elasticity modulus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007131746A RU2007131746A (en) | 2009-02-27 |
| RU2438114C2 true RU2438114C2 (en) | 2011-12-27 |
Family
ID=40529387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007131746/28A RU2438114C2 (en) | 2007-08-22 | 2007-08-22 | Procedure and device for determination of hardness and polymer materials elasticity modulus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2438114C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105716966B (en) * | 2016-02-03 | 2023-07-25 | 南京信息工程大学 | Device for measuring shear elastic modulus of material |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1485218A (en) * | 1974-11-07 | 1977-09-08 | Proceq Sa | Method of and apparatus for testing the hardness of materials |
| SU1649377A1 (en) * | 1988-04-19 | 1991-05-15 | Волгоградский Политехнический Институт | Method for determining hardness |
| RU2288458C1 (en) * | 2005-05-30 | 2006-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method for measuring dynamic hardness of materials |
-
2007
- 2007-08-22 RU RU2007131746/28A patent/RU2438114C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1485218A (en) * | 1974-11-07 | 1977-09-08 | Proceq Sa | Method of and apparatus for testing the hardness of materials |
| SU1649377A1 (en) * | 1988-04-19 | 1991-05-15 | Волгоградский Политехнический Институт | Method for determining hardness |
| RU2288458C1 (en) * | 2005-05-30 | 2006-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method for measuring dynamic hardness of materials |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007131746A (en) | 2009-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100418700B1 (en) | Ball indenter based on FEA solutions for property evaluation | |
| EP2345884A2 (en) | Hardness test method, hardness tester, and computer-readable storage medium storing program | |
| CZ306556B6 (en) | An indentation head, an instrumented measurement system and a method of determining mechanical properties of materials the indentation method | |
| EP2075566A3 (en) | Indentation testing instrument and indentation testing method | |
| RU2646442C1 (en) | Method for determining physico-mechanical characteristics of modified surface layer of product material and device for it | |
| JP2020056688A (en) | Non-destructive test apparatus for structures and non-destructive test method thereof | |
| RU2438114C2 (en) | Procedure and device for determination of hardness and polymer materials elasticity modulus | |
| KR200201924Y1 (en) | Schmidt hammer tester | |
| RU2145071C1 (en) | Process determining mechanical characteristics of materials and device for its implementation | |
| JP2003207432A5 (en) | ||
| JP4063727B2 (en) | Concrete nondestructive inspection method | |
| RU2315970C1 (en) | Method and device to determine strength of article produced of deformable material | |
| RU2258211C1 (en) | Method of determining dynamical hardness of materials | |
| RU2813091C1 (en) | Impact test device | |
| El Deeb | Hardness and nano-indentation | |
| RU2333472C1 (en) | Method of determining mechanical characteristics to be used in calculation of contact interaction | |
| RU2272274C1 (en) | Method for determining modulus of elasticity of material | |
| KR20180093336A (en) | Non-destructive strength field measurement device and method to utilize sound signal energy | |
| RU2301983C1 (en) | Method for testing soils by static probing | |
| RU2282172C1 (en) | Device for fast determining of mechanical characteristics of flexible materials | |
| Lorriot et al. | Dynamic analysis of instrumented CHARPY impact tests using specimen deflection measurement and mass-spring models | |
| Li et al. | Yield & Tensile Strength of Steel & Aluminium Using Microindentation | |
| RU2280852C1 (en) | Method of testing grounds | |
| RU2320974C2 (en) | Device for measuring hardness | |
| RU2475722C2 (en) | Bulk material identification method and device for its implementation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200823 |