автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.06, диссертация на тему:Разработка методов определения жесткости натуральных кож в статическом и динамическом резонансном режимах

московски«! ордена трудового красного знамеш

технологический институт легкой пра.тташосгл

Ка правах рукописи

БЕЛОКУРОВ Владислав Николаегич

уж 675+539.3

РАЗРАБОТКА КГВТОДОВ ОПР!5ДЕ,СТШ ХЕСТКОСГЛ НАТУРАЛЬЧЕД ко:: в СТАГ,ПЕСКОМ и денашчвсш РЕЗОНАНСНО".* PF.?; MX

Споцззsinosть 05.19.06. "Технология обувных и Еоаеаетшо-гзлантерейшх изделий" и C5.I9.OI. ".Va re pas ко ведение текстильное, кожегэнно-обувчое

автореферат

диссертация на соискание ученой степекл кандидата технических наук

К0С1-ЗА - IDS?

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте легкой промниленности.

Научный руководитель : доктор технических наук

профессор Карашшсин В.В,

Научный консультант : доктор химических наук

профессор Васильев С.С..

Официальные оппоненты : д.т.н. про*). СкатернэА В.А.

к.т.н., Зыбин A.B. Ведущее предприятие : МПТОО "ЗАРЯ"

Защита диссертации состоятся " ере ¿рал X 1990 г. в 1Ч часов на заседание специализированного Совета ii.053.32.0i Московского ордена Трудового Красного Знамени технологическом ия-"титуте легкой промап:лзнносгя.

Адрес: П380£, Москва, ул.Осипенко,33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТИЛП. Автореферат разослан " $ " ЯмЬл^Л- 1995 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кзндпдат технических наук

доцент Жл^й^у ГривкнВ.В.

■'. . , - | ОЕЩДЯ ХАРШЕЩСТЖА. РАБОТУ

^яаци^уадьносгь теин. Программа ускорения социально-экономического развития страны, разработанная на ШП съезде КПСС, предусматривает ряд задач, поставленных перед отраслями легкой промышленности, направленных на расширение ассортимента и обновление товаров народного потребления, улучшение их качества, создание научных обоснований комплексного использования сырья л готовых материалов.

Среда товаров народного потребления, выпускаемых легкой промышленность», ваигую роль занимают изделия, изготовленные из натуральной кожа, обладанцей уникальным комплексом физико-механических свойств, аоторне необходимо с достаточно высоко;! точностью характеризовать

стандартна: показателями. Точное определение механических свойств

8

::сгл позволяет прогнозировать способность данного материала лодвер-

в

гаться технодсютескоЗ обработке, а такие характеризовать время и удобство эксплуатации готовых изделий, что вызывает необходимость создания яозых прогрессивных методов испытаний натуральной кожи.обес-печквавзшх получение показателей, согласующихся с эксплуатационными свойства;^ кол. Существуйте методы оценки физико-механических свойств кокя связаны с выполнением различных операций, предусмотрея-янх производственными методикам! и соотаетствущими ГОСТами.

Внлолненне сщестзущах операций ло контролю свойств когеи,которые характеризуются значительной- продолхительяоетьи и трудоемкостью, высокой стоимостью, приводит к невосполнимой утрате ко&и. Кроне этого, разрушение исследуемых образцов кожи делает невозмоаным проведение их повторных испытаний.

Целъ и задачи. Целыо настоящей работы является разработка л совершенствование методов контроля и определения жесткости натуральных кож в статическом и динамическом резонансном режимах,позволяю-вдх проводить количественную оценку величины жесткости исследуемых

кок.

Объекты и методы исследования. Исследования проводились на образцах обувных материалов,выработанных на ШЖО. Для контрольных испытаний использовались образцы,вырезанные из чепрачной часта целых кож, которые предварительно выдерживались до постоянной массы при стандартных условиях температуры 20±3°С к влакности воздуха воздуха 6Ь±£°ь. При измерении деформации в статическом и динамическом режимах на сжатие.каждое измерение производилось несколько раз в пределах поверхности образца кожи площадью 3-4 сь?. При нзучениее деформационных свойств мягких кох для верха обуви на изгиб,использовались образца размером 20x31) мы. За определяемую величину деформации принималось среднее значение полученных данных из 6-7 измерений. Повторные измерения показателей деформации отличались медду собой не белее чем на Ь%.

Научная новизна работы состоят в следу идем:

- показала неточность широко распространенной эмпирической экспоненциальной зависимости для описания процесса статического сжатия кож до значений предельных деформаций;

- предложена, обосновала и проверена более корректная формула для описания деформации, кож в статическом реяиме до значений предельной деформации и найден керазрушаиций способ определения модуля жесткости кож при их статическом сжатии';

- разработала и обоснована оригинальная конструкция вибродатчика с магнитным подвесом подвианого' элемента для определения динамически резонансной жесткости кок йеъ их разрушения,характеризуемой углом динамической кесткости гс ;

- разработаны теоретические основы нового метода определения модуля динамической резонансной жесткости кол: при сеатш;

- определена корреляционная связь мезду иодудями динамического • резонансного сжатия Е1г" и модуля!® статического сжатия £. ;

- определен упруго-обратимый характер деформации при динамическом резонансном сжатия натуральных кож я установлено соответствие медцу углами динамической жесткости кож с величина!,ш динамических резонансных модулей £(1' жесткости;

- разработан метод определения модуля жесткости £статического изгиба консольно закрепленных кож;

- разработан метод определения динамического модуля жесткости консольно закрепленных образцов кожи в резонансном режиме;

- установлена связь мезду модулями Е^'статического изгиба с модулями динамической жесткости консольно закрепленных образцов кони;

- разработан метод определения модулей резонансной .т.ест-зсста образцов кож,свернутых в виде кольца;

- проведено сопоставление величины жесткости 0о образцов коз,свернутых в виде кольца, полученных в динамическом резонансном разине,с условными показателями гестнооти,определяемыми на приборе ЩУ-12М.

Практическая значимость. Ередложеяы:

- метод определения жесткости коа в статическом режиме на сгатие,который является методом неразрушавдего контроля деформационных свойств натуральной номя, и с помощью которого монет быть реализовано объективное доследование упругих свойств кожи с целью установления степени жесткости и предельной деформации;

- метод определения несткоста кож в динамическом режиме на сжатие, которий также является методом неразрушавдего контроля и может быть использован для получения количественной оценки степени жесткости различных по деформационным свойствам топографических участков целых коз, а также осуществления входного и выходного контроля качественных показателей коз;

- разработанные устройства ло определению жесткости кол на"

сжатие в статическом и динамическом резонансной permax легко автоматизируются к могут быть использованы в качестве датчиков робото-технических устройств при сквозной контроле показателей,характеризующих качество кок;

- устройство и методика определения аесткостн образцов кок в динамическом .и статической режимах могут быт , использованы для проведения научно-исследовательских работ по определен™ жесткости материала в зависимости от начальных технологических условий получения материалов.

Апрсбашя и реализация -результатов работы. Основные лолоЕеная и результаты дкссертаниояной работы докладывались, обсундались и получала полояигельнуо оценку на:

- заседании методического совета технологического факультета изделий из кожи. МТИШ. Москва, 1985 г. ; ' '

- расширенных заседаниях кафедры физики,МТИЛП. Москва,1987,1988 г.

- техническом совещании в Московском производственном обувном объединении "Заря", Москва, 1988 г.;

- совместном техническом совете представителей МТШШа и ШЖО согласно договора о социалистическом содружестве на 1986-1990 гг. Москва, 1986 и 1987 г.;

- совещании в Центральном научяо-исследовательском институте ко-кенно-обувной промышленности. Москва, 1988 г.

Результаты работы внедрены:

- при проведекли научно-исследовательской работы студентов к^идрц ТШ и ИК МТИЛП. Акт от 27.03.87;

- Центральным научно-исследовательским институтом коаевенно-обувной промышленности. Акт от 24.02.88 и Акт от 03.03.88;

- яа Московском производственном торговом обувном объединении "Заря". Экономический эффект составил соответственно 4500 и 1200 рублей в год. Акты от 18.04.83.

- Витебской обувной фабрикой "Красный октябрь" - письме 01 02.03.89, где отмечено, что внедрение устройства для определения яесткостц код в динамическом режиме на сжатие может принести достаточно значительный экономический эффект на кокевенных заводах н крупных обувши объединениях.

Объем работы. Диссе1ягационпая работа состоит из введения, четырех разделов, выводов а рекомендаций, библиографического списка (83 наименований) а приложений. Работа изложена на Ш страницах, из которых 166 страниц машинописного текста, ¿5 рисунков, ЗЯ таблиц. Прилолеяие включает 10 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертации, сформулирована цель работы и проведена краткая характеристика ее разделов.

В подразделе 1.1 приводятся литературные данные по исследованию деформация сгатия кое и деформации изгиба образцов мягких кон для верха обуви в статическом к динамическом резонансном ренинах.

Показана актуальность разработки объективных методов контроля качества коз и поставлена задача по созданию устройств для исследования указанных видов деформации натуральных кое,которые отличались бы от существующих приборов высокой надеаностьа работы,простотой обращения, сокращением времени д расхода кода при производстве испытаний.

Так как оценка деформационных свойств кожи осуществлялась в резонансном режиме, то в подразделе 1.2 проведен анализ условий применимости теории колебаний гармонического линейного одномерного осциллятора. Было устаяовлено, что при механической добротности коя п ¿.к _ оправдывается приближенное равенство

<0. ¡Ю'г^; |3 = , (1.1)

f-до <±> _ циклическая частота, частота собственных колебаний, ид' - частота затухащих колебаний, частота резонансных колебаний, Р - коэффициент затухания и ширина амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) колебаний. Ери выполнений условий (I.I) амплитуда силы F установившегося гармонического возбуждения осциллятора массой >"■ .колеблнцейся с амплитудой Х^ , определялась равенством

(1.2)

Это равенство оказалось весьма вааннм для расчетов, приведенных в разделе 3 диссертации.

В подразделе 1.3 указаны используемые в диссертации статистические методы оценки надежности результатов измерений:вычисление средних значений величин,расчет средних квадратичных, погрешностей измерений, вычисление доверительной вероятности результатов измерений в соответствии с теорией Стьвдента,вычисление парной корреляции между измеренными величинами линейной регрессии.

Раздел 2 посвящен исследованию показателей деформации сжатия натуральных кож в статическом релаше. На рис.1 представлена блок-схема устройства для определения жесткости код на С&атие в статическом реясиме. Устройство состоит из металлического штока I круглого сечения диаметром 4 мм,который размещен в втулке 2,удерживаемой лапкой З.Шток I-переходит в площадку 4, которая слуаит для размещения грузов. Нижним кондом шток I опирался.на лицевую поверхность образца кожи 5, по мере деформации которой, перемещение штока I регистрировалось измерительным микроскопом 6.

Величина деформации war. при соответствующем напряжении не грузки 6- , определялась как средняя величина из нескольких измеришь значений деформации, среднеквадратичное отклонение которых не превышало Ъ% к производилось в пределах участка коки площадью

\

4 см2.

Для описания физически-обоснованной зависимости статической деформации сжатия б под воздействием напряжения 6 была принята форс. / / -чм

Ь • -гД1 ~ е ' = 1Л{~е ) ' (2-3)

которая является решением дифференциального уравнения

¿1 г г ( (2.4) ¿Т "ЦЬ ,

где С, и Сг - константы.

Предельная деформация сяатия при этом будет.

= • (2.5) На рис.2 принято 6 [Ша], , & и £Енрааены в долях от единицы и будут обозначаться соответственно через , ¿"^ В атом случае

£ * £°- 100$; £=£~-10С$. (2.6)

Соответственно из (2.5)

с,Сг ¿и-(00 [«па'] = Сг £ „% [мпа"1] (2.7)

Способ I использования формулы (1.3) состоит в следующем. В области, лежащей достаточно далеко от значений предельней деформации £<_ , выбираются два значения и ■ , которым соответствуют величины 6¿ и 6Л > удовлетворяющие условию 6Р = 16+ . -Тогда из (2.3) получается

. с»> - £и • (2-8)

(2.9)

^ С- I ~ _ Г" 11

Выбирая несколько таких парных значений , и обозначая

соответствующие им среднеарифметические значения через Сг5 и формулу (2.3) мояно представить в виде

. (2.10)

глаций скатил кож в статическом реяш/.е.

Рис. 2. Кривая деформации скатил кояи "полуко.тикк" А" под воздействием статической на!'рузки.

На рис.2 кривая I построена согласно (2.10) при найденннх значениях Са =1,47-Ш1а;. £-( =14,8$. Как видно из рис.2 опытно найденные значения £, , изсбраяеняые в виде точек, хорошо следуют • кривой I.

Способ П реализуется с помочью фор'гулы (2.3) и состочт в опыт-нем определена! приближечного значения предельной деформации £-(.«• после чего для опытных значений , соответствующих различным

значениям 6; , могут быть найденк константы ? по формуле

= 4г ь I — • (2.н)

0« Се, ё^с«» — С{

ояыГ.

Если среднеарифметическое из этих значений будет равно Сг >: ,то величины £ 1 могут быть найдены по фор"луле

-е"С"'<-). (2.12)

При этом, путем некоторой вариация величины , принимается

за истинное то значение 6 „ ( , при котороы оказывается наилучшим согласие между величинами и £«•„„.„ . .

В таблице I приведены значения Сг,} , £. , найденные по формулам (2.11), (2.12), причем здесь принято = =14,8%.

Таблица I.

Результаты вычислена величин , £,•„.„ и срав-

нение £,;«,„г , С1еыч для кояи "полукожник А" при условии - =14,8^

1 61 [пЛа.1 «ЛИТ % ?. У аы«/ •

I 0,31 5,2 1,40 5,4 +3,8

2 0,47 7,6 1,53 7,4 -2,6

3 0,70 10,0 1,66 9,5 -0,5

4 0,94 11,5 1,60 11,0 -4,3

5 ' 1,48 13,2 1,50 13,0 -1,5

6 1,87 13,2 1,20 13,8 +4,5

Среднее с, = 1,47 . 4 =з,о

Из таблицы I видно, что С4,; =1,4?[Ша-1] = 1,42[МПа-11 и средняя ошибка определения величины £;,,.„. равна =3,8$. Это доказывает тождественность способов I и II (хотя способ П более надежен) к рациональность использования формулы (2.3).

Использование формулы (2.3) дает возможность определения модуля жесткости кок на сжатие в статическом решше. Так, при Сгб —о > из (2.3), с учетом (2.5) получается

£=£-0,6. ' (2.13)

С другой стороны, согласно известного определения модуля упругости Е и равенств (2.6),(2.13) следует дисагь

(2Л4) '

Согласно (2.13), величина £ оказывается линейно зависящей от 6 и может быть представлена прямой 2, рис.2. На этой прямой, для призера, отмечена точка к , которой соответствуют значения € = 6< = 21,5 л 6=6,= 1|МПа1 так что согласно (2.7) (2.14) получается £<?' = 4,65[МПа).

Если определить величину урла Ус равенством

■го окажется, что угол ус образован осью ординат £,% и касательной прямой 2. Для рассматриваемого случая величина Ц у =0,0465 и Ус = 2,7°. С учетом различия масштабов по оси ординат и

абсцисс - 6 на рис.2 показано не значение = 2,7°,. а велчи-на 10 Ус'270. Таким образом, угол ус° может быть условно назван "углом статической жесткости кож".

Примеры результатов исследования статического сжатия различных коя приведены в таблице 2.

В раздело 3 проведено исследование жесткости .натуральных коя при их сжатии в динамическом резонансном режиме. На рис.3 представлена схема зибродатчика, оригинальность конструкции которого

Таблица 2.

Показатели статической деформации сжатия пяти образцов кол, вычисленные по предлагаемой методике

Наименование кон Ы

Полукожник В 1,0 10 33,5

Велюр выросток 1,9 II 24,2

.Яловка 4,5 26 27,5

Иолуксшшк А 4,5 27 •14,3

Чепрак подошвея. 9,4 54 11,5

подтверждена положительным решением ЕНИИГПЭ на выдачу диссертанту и его научному руководителю авторского свидетельства на изобретете.

Основной частью внбродагчика является подвижный пток I,имеющий в нижней части диаметр 4 мм. Упругая подвеска подвижного штока осуществляется за счет взаимодействуя магнитных полей кольцевых магнитов 2,3,4. Причем магнит 3 прикреплен к подвижному штоку I и служит сердечником измерительной катушки 6. Колебания подвижного итога возникай- за счет взаимодействия магнитных палей магнита 10 и переменного магнитного поля силовой катушки 7,к которой подключен выход задающего генератора синусоидальных сигналов. При этом в измерительной катушке 6 возникает ЭДС индукции, по амплитудному значению которой, в зависимости от. частоты сигнала генератора, строится ЛЧХ.

На рис.4 представлен ряд кЧ1, где знаком 0 отмечены АЧХ свободного по/вханого штока, а знаками I =1,2,3,4, отмечены АЧХ, полученные при взаимодействии подвижного штока с кожами различной жесткости. Из вершин АЧХ олущеяы прямые на ось абсцисс и точки 1а пересечения соединены наклонными прямыми с вершиной АЧХ0 в точке А. Углы, 'образованные наклонными прямыми с осью ординат, назовем углами К* жесткости сжатия хож в динамическом резонансном режиме.

Рио. 3. Устройство впо'родатчЕка.

А ГмВ]

ч о

ICG н

IÜO

150

200

Рио. 4. АЧХ для четырех образцов кож различной яесткооги.

В таблице 3 приведены примеры значений резонансных частот ^ углов ч>° , условные амплитуды (Д,.) (ЛЧХ0 принята за единицу), для коя различной кесткостл.

Следует.отметить, что форма АЧХ (рис.4) имеет заметную асси-метрза. Это может быть объяснено тем,что при частотах 0 >\)г в измерительной катушке 6 схе?ш (рис.3) возникает.большая ЭДС индукции по сравнению с ЭДС при частотах 1) < . Поэтому, с помощь» измерительного .\икроскона по амплитуде перемещений, были исследованы АЧХ подаикното итока вибродатчика,которые оказались такке ассимет-ричны. Пример такого рода АЧХ представлен на рис.5. Для случая взаимодействия подшпшого штока с коней, формы АЧХ при движении штока вверх отмечены знаком ( , а формы АЧХ при движении итока вниз отеечеш знаком 4

:. ' Таблица 3.

Показатели АЧХ свободного я нагруженного подлинного штока вибродатчика,воздействуютего на исследуемые кожа различной. . ' кесткостн

1 Наименование кон. ЧЧ*

0 Вибродатчик 15 1,00 -

I? Полукожник А 53 0,58 17,5

,- 2 Яловка 70 0,44 24,5

3 Велвр . 72 0,40 36,0

..4 Чепрак подопв. 160 0,23 51,0

Построение такого вида "механических" АЧХ позволяет определять модули. Е'1' жесткости кож в динамическом режиме на сжатие. Модули нестности '.£®' могут быть определены по формуле

ЕЧ'-^ЮС, . (3.1)

где сяимашее кожу напряжение '

<Ь=|Г' (3.2)

Причем - максимальное значение силы скимакщей коду, й 5 _ площадь контактной поверхности подвижного штока. Величина деформации

^ - (3.3)

где С - толщина образца, &£ » £„< , причем х- ыаксималь ное заглубление штока внутрь кожи.

Для определения необходимо ■ найти величину , котора рассчитывалась двумя независимыми способами.

I способ основан с использованием формулы (1.2), согласно которой с2циллятор (колебмщиИся шток) шссой т. , имеет циклическую частоту к)г , полуширину соответствугадей АЧХ - ¿<А. сииалыюе смещение от иоложеияя равновесия х^ под действием силы

Р1 « т £' •«Г'Чли^ . (3.4)

где среднее значение амплитуды выражено вши равно

¿1 -¿н-Н^М (3.5)

Учитывая, что Ш =8,3-ПГ3[кг1 н <,•£'= 39,4, из (3.4) и (3.5) получим

Р„г . (3.6)

Способ П основан на анализе энергетического баланса электри ческой энергии, подводикой к силовой части вибродатчика,который позволил из общей мощности Рс , подводимой к силовой катушке вибродатчика, выделить мощность Рх механической энергии ', расходуемой подвижным штоком за один период колебаний по снатшо коки в резонансном режиме. Гак как за период Т подвижной шток вместе с кожей испытывает перемещение 2 (г^ г '[п] , а

действующее значение ^ силы Я' равно 0,707 , то энергия У, окажется разной

" Т

откуда

v/. - • 1,414- я*' (о+о)(3.7)

Р*

В таблице 4 приведены данные для расчета величин и ^

п их среднее значение

'К -оЛЯ-Ь^) •

(3.9)

В таблице 5 приведены данные для расчета модулей £ г' , подученных с помощью формулы (1.1), (1.2), (3.3),(3.5),(3.9), и данных таблицы 4., Креме этого из таблицы 3 приведены значения углов

у* , отношения

пения

Л.

Е?

К ЧОЕ?

, а из таблицы 2 значения ЕЧ' и отно-

Таблица 4.

Исходные данные для определения силы воздействия подвижного штока на исследуемые кожи в резонансном режиме

Наименование кож 5; и<>1

Золукожник А о,25 50 20 8,2 2,5в 5,15 0,50 7,2 7,7

1ловка 0,15 80 18 7,1 0,94 1,17 0,30 3,0 5,0

1епрах подошвея. 0,07 140 14 4,5 0,65 0,46 0,14 2,6 3,5

Таблица 5.

Исходные данные для вычисления модулей съ и сопоставление углов жесткости V" с модулями ' • Величина й5 = 1,256-Ю"5 [ м2]

наименование кож К-«? е-]о} Ы С10 1Л (мпа.3 Уг* У" ю а е? [мта.1 Е? а'

1олукожник А 7,7 0,61 1,5 0,15 10,0 0,61 17,5 29 4,6 75

1ловка 5,0 0,40 1,4 0,06 4,3 0,99 24,5 25 4,5 46

1епрак подошвея. 3,5 0,28 3,6 0,С4 1'1 2,50 51,0 28 9,4 "37

Из данных таблицы 5 вытекают два следствия. Во-первых,бли-

зость отношений

Щ? для Различных кож позволяет на основании:

определения величины у,? ::риСЬшкеяяо оценивать относительные зка-

.41

чения для различных коз. Во-вторых, значения »1 указыва-

£ с

ют на мапуи жесткость кок,деформируемых в резонансном режиме по сравнению о их жесткостью,определяемой в статическом режиме. Это свойство кож ыокет быть объяснено тем, что кратковременное их сжати в резонансном режиме носит обратимый характер.

Раздел 4 посвящен исследованию деформации изгиба мягких кож для верха обуви в статическом и данамическогл резонансном режимах. Для наиболее надежного различия деформационных свойств мягких кож для верха обуви различной степени жесткости, были проведены исследования трех видов деформации изгиба.

На рис.6 приведена блок-схема устройства для определения жесткости на изгиб в статическом режиме консашю закрепленных образцо] мягких кое. Устройство состоит из шшва I, в центре которого расположен подшипник качения,который в свою очередь насажен на ось 2,закрепленную на штанге 3. На ыенышй диаметр шкива I намотано несколько витков шелковой нити 4,на концах которой закреплены легкие чашш 5 и 6 равной массы для размещения грузов.

В торцевой части икива I, на расстоянии 15 мм от центра впрес сована стальаая шпилька 7, слукацая для передачи на ооразец кояи ■ усилия,возникающего при ступенчатом нагружении чаши 5 грузами различной массы Г [гр?. К плоскости торцевой части шкива I закреплен указатель 8 угла поворота подвижной части устройства от положения равновесия. Для фиксации исследуемого образца кожи 9 выполнено зажимное устройство,состоящее из прижимной пластины 10 и неподвижно: пластины 12.прикрепленной к основанию 13. К пластине 12 также при креплен транспортир 14 для измерения угла- поворота У шкива I в круг оси 2. Исследуемый образец кожи 9, выполненный в виде полоск шириной 20 мы,фиксировался в зажиме с выходом свободной части на величину 15 ш.

,0 .

«3

-1—Г"

150

Рио. 5. АЧХ полученные о помощью изме- Рпо. 6. Схош уотройогва для определения деформа-ритеяьного микроокопа для трех диошшх свойств кола при изгибе по коноолп.

образцов кожи.

Преимуществом описанного устройства по сравнению с известным, схема которого приведена в [333 , состоит в том, что отношение изгибающей нагрузки Г(гр) к среднему из повторных измерений угла изгиба Ч" оказывается практически постоянным. Это позволило для разных нагрузок Г и соответствующих углов изгиба у* определять среднее значс1ше , величина которого является характеристикой жестко-

сти на изгиб для каядой исследуемой кскш. с индексом j .

Модуль гесткости Е ^ на изгиб в статическом режиме консольно закрепленных образцов ыягких коя вычислялся с помощью известной из теории сопротивления материалов формулы

см . чр- е> .

ъ% ( 6 , (4.1)

где Р - приложенная сила, I - длина. свободой части образца, й - его ширина, к - его тешдаа, £ - стрела прогиба. При о том

-<!»<—> (4.2)

Так как во всех рассматриваемых наш случаях геометрические раз меры образцов были:

I = 1,5'Ю"2 (и} ; В = 2-Ю"2 [и] ; к= 1,2-Ю-3 {м] , то получится

в I" - [«Яа] . (4.3)

Момент инерции сечения образцов

I - (4.4)

Тогда жесткость эти образцов получится разной

05 - Е%1 » ч,г-И>~[>шг]. (4.5)

В таблице 6 приведены результаты расчетов для 3-х образцов кокк "полукожник эластичный", и показатели их условной жесткости 2> [гр] измеренной на приборе ПЯУ-121Л.

Из таблицы 6 видно, что отношения для взятых образцов кож Ия!!6 коррелируют медцу собой. Это обстоятельство позволяет

читать возможным замену трудоемкой методики измерений величины шеищей выражение в условных единицах жесткости) более простым етодом измерения величины и 0, , выраженных в единицах скс-еш СЛ.

Таблица 6.

Значение модулей Е® и величины жесткости для 3-х образцон коя "полукоаник эластичный" с условной кесткостьи 3.

О, [Ша] 0,-й' Э)

16 0,38 5,5 16,0 1,0

27 0,71 10,4 29,8 1,1

3? 1.11 16,2 46,7 1,3

Нд рис.7 приведена блок-схема устройства для определенля жест-ости еонссльяо закрепленных образцов мягких коя на изгиб в дана-ическом резонансном решала.

Устройство имеет основание I,одновременно выполняющее роль займа для консольной фиксации образца коки 2. Для возбуздения коле-ашгй образца кош служит силовая катушка 6, питаемая от геяерато-а синусоидальных сигналов я два магнита 3,4 малых размеров, при репленных с помощью скобы к свободному концу образца 2. Для фикса-ии^амплдтуды колебаний образца кожи использован фотоэлектрический

г, ^ >

атчик,состоящий из фотоэлемента 7 и лампы накаливания 8. Испыьуе-ый образец кояи шел ширину 20 мм и выход консоли 15 юл.

Модуль Е^ жесткости на изгиб в динамическом резонансном рз-нме консольно закреплениях образцов мягких кож определялся по фор-уле,объединяющей формулы,приведенные в работах [40 , 41] ,ука-анных в списке литературы диссертации

Е"} = 38,3 3 > (4.6)

де з - плотность кожи, ё - длина консоли, к - толщина,

Ряо. 7, Блок-схема устройства для определения несткостя коясольно закрепленных образцоп кок иа изгиб в динамическом резонансном реяиш.

Рко. 8. Блок-охема устройства для определения жесткости образцов кок, свернутых в виде кольца, в дина -мичеоком резонансном реязше.

резонансная частота.

Учитывая значения,приведенные в С4.3), (4.5) диссертации и

эинпмая 3 = 750 [кг-м~31 представим формулу (4.6) в виде

Е? -0,%-Ю^^ [мпа1 , (4.7) ш, что жесткость образцов коз будет

В, Е [нмМ. (4.8)

Согласно работы [40] и определения механической добротности шебаний образца коли ,

О- - • (4.9)

16 резонансная частота, л{\к - ширина АЧХ колебаний образ-

1 кожи, модуль механических потерь кож может быть определен

з равенства

таблице 7 приведены данные для расчета величия , для рех образцов кожи "полуконяик аластичяый" с известной условной зсткостью 2);- .

Таблица 7.

Значения модулей , жесткости 0, .добротности <1 и модулей Е1^ для 3-х образцов коки "полукошгак эластичный" с условной лесткостью .

с ¿У (мпа.) О.-юЧнп*] а

[6 19 361 0,35 1.0 15,3 5,2 3,1 0,12

27 43 1866 1,81 5,5 5,7 6,1 7,0 0,26

37 57 3272 3,20 9,3 5,1 10,6 • 5,7 0,50

ак видно из таблица 7, росту величины 10 соответствует увели-эние значений 2>0- , что указывает на их' приближенную корреляцию.

На рис.8 приведена блок-схема устройства для определения жест-эстя образцов мягких код,свернутых в виде кольца в динамическом ззонансном режиме. Устройство состоит из основание1, яа К0Т0Р°И

с помощью зажима 3 фиксируется свернутый в виде кольца образец коки 2. Магниты 4,5 малых размеров закреплены с помощью скобы 6 в ве| шине кольца.Над магнитами 4,5 размещена силовая катушка 7, питаема* генератором 8 синусоидальных сигналов. Для регистрации амплитуды колебаний образца кожи был использован фотоэлектрический датчик, выполненный по аналогии с описанием предшествующего устройства.

Проведены испытания 6-ти образцов кож "полукожник эластинныи" с различлой условной жесткостью 2); , предварительно измеренной на приборе Ш5У-12М.

Модуль Е1о жесткости образцов мягкой кожи, свернутых в виде кольца на., изгиб, определялся по фор,гуле,приведенной в списке лите ратуры диссертации под номером [49] , которая была преобразована в виде

Ео - Ф * . И.П)

где $ - плотность материала кольца, h. - толщина материала, R - радиус кольца, - резонансная частота колебаний кольца,

п, - число продольных волн колебаний кольца, укладывающихся по его длине окружности.

Ддя проведенных нами измерений принимались значения, приведенные в <3.4), а также величины 5 - 750 [кг -ы-3i ,R=2,55-I0-1

Тогда из (4.II) получается

Е,' - О,ЮН -i0~* fctf [нпа]_ (4.13)

где - резонансная частота колебаний кольца.

Для этих же образцов кожи, закрепленных коисодьно на устройстве, изображенном на рис.7,была определена резонансная частота Это дало возможность по формуле (4.7) вычислить соответствующие модули Еи> жесткости.При этом, из (4.7) и (4,13) получилось

Со _ <06 . . (. тл\

В таблице Э приведены данные для вычисления отношений -лг : пяти образцов кожи различной жесткости, предварительно измеренной приборе ПВУ-12М ( - в заводской лаборатории) я 2>1 - в лабора-1ш кафедры "Материаловедение".

Таблица 8.

Данные для вычисления отношений образцов кожи

"полукожкик эластичный" с различной "условной жесткостью

и а;.

ь ■ Ъ \)о1 *к а>;

0 11,3 128 21 441 3,45 16-

8 17,4 303 33 1089 3,59 23

2 33,0 1089 65 4225 3,87 37

6 42,0 1764 81 6561 3,70. 41

0 44,0 1936 82 6724 3,47 40

<3,62)

Из таблицы 8 видно, что отношения

-р- для различных образцов оказались почти одинаковыми. С другой стороны, по своему фичичео-у смыслу модули Е^1 и Е1? для одних и тех же образцов кожи жны быть равны. Таким образом из (4.7) и данных таблицы 8 имеем

Ео " ; <-|>-5.6;-««5,3»; п, . гв. есть число продольных волн (к =2,6) лежит между к= 2 и п, = 3.

В заключение раздела 4 было произведено вычисление парных коэф-аептов корреляции т и т" между значениями ^ и соответствии значениями* и £>' . Было получено X = 0,79, Ь' = 0,77

вывода

[. Анализ литературных данных показал актуальность проблемы, святой с разработкой устройств неразрушандего контроля деформацаон-

них свойств кожи на сжатие'по участкам целых кож в статическом и динамическом резонансном режимах, а такае устройств для проведения испытаний образцов мягких кон для верха обуви на изгиб в статическом и динагшческом резонансном режимах, которые отличались бы от существующих устройств высокой надежностью работы, простотой обращения,со-крашением времени и расхода материала при производстве испытаний.

2. Разработано устройство яеразрушавдего контроля деформационных свойств к021! на сжатие в зависимости от приложенного напряжения нагрузки. Для описания этой функциональной зависимости была разработана физически обоснованная формула, которая позволила по опытны:.! дайн производить расчет модуля [Ша] , условного угла статического саатия и величину предельной деформации

3. Разработана конструкция вибродатчика, шток которого, колебла-1аийся с переменной частотой , оказывает периодическое сжатие исследуемого материала с малой нагрузкой, не приводящей к разрушению иссл дуемого материала. При этой фиксировалось значение резонансной часто ты , по величине которого оценивалась степень жесткости исследуемых кож. Анализ энергетического баланса силовой части вибродатчика в свободном состоянии и нагруженного на исследуемый ыагериал, поз всшш определить амплитудное значение силы , саимаоцей кожу,

и соответствующий модуль Е^' динамической жесткости. Установлено, что приближенное значение модуля ' монет быть оценено по величи

не угла динамической жесткости кож. Кроме этого, било найдено

<- < для одних и тех же кон, что указывает на обратимость краз ковремеяных сжатий кое в условиях резонансных колебаний их поверхности под воздействием подвижного птока вибродатчика,

4. Разработанный вибродатчик монет быть использован для неразру-шанцего контроля яесткостн различных топографических участков целых коя, для подбора кок с одинаковыми механическими свойствами, для оценки изменения механических свойств коа в процессе ш технологи-

юкой обработки, а такге для оценки изменения деформационных свойств а в условиях их эксплуатация,обработю: тепловым полем,старения и >угих видов ¿физического воздействия.

5. Разработано устройство для испытания консольно закрепленных об-цов мягких коя для, верха обуви на изгиб в статическом режиме. Пред-гаемое устройство и методика позволяет определять модуль Е,1 (ила.] сткости при изгибе консольно закрепленных образцов кожа и их сест-сть 05[н-м2]. Сопоставление величин с соответствующими значении условной жесткости Э [гр] , определяемыми по известной методике

приборе 1ШУ-12М, показало их пряблнкенную корреляцию. Преимуцест-■л разработанного метода является сокращение расхода кожи к трудоемки процесса измерений ло сравнения с прибором ИЕУ-121!.

6. Разработано устройство для испытания консольно закрепленных об-зцов мягких кок для верха обуви в динамическом резонансном режиме фиксацией амплитуды.колебаний с помацьи фотоэлектрического датчика, .герение резонансной частоты колебаний консольно закрепленного зазца кожи позволило определять модуль Е®' [ МПа] изгиба и модуль

J [МПа] механических потерь для различных образцов мягких кож. ш установлена зависимость £ ® < < £ ^ для одних и тех же образ-I кож, что указывает на обратимость деформации изгиба образцов ков резонансном режиме. Предлагаемая методика определения модулей ¡' и отличаются простотой конструкции, требует меньшего расхо-материала по сравнении с методиками приведенными в литературе.

7. Разработано устройство и методика для определения жесткости об-цоб мягких кон для верха обуви, свернутых в виде кольца с фото-ктрической фиксацией амплитуды колебаний образца. Установлено,что

одних и тех же образцов кож, модули £„ [Ша] жесткости образцов .свернутых в виде кольца,равны соответствующим модулям Е^ жестко-консольно закрепленных образцов кож в динамическом режиме,что

соответствует физическому смыслу понятия "модуль жесткости" (или ругости для одного и того же материала, несмотря на различие гео.\ рических форы колеблющихся систем. Кроме этого установлено, что и квадратом резонансной частоты io колебаний, являзоцийся пока; легл жесткости образцов кож,свернутых в виде кольца, и соответств} ыи величинами условной кесткости 2>j , 3.)/ > определяющими на nj ре ЦЕУ—I2J.1, имеется парная корреляция, коэффициент" которой 1 = С Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Васильев С.С., Карамшкин В.В., Белокуров В.Н. Аналитическое < сание свойств натуральной кож: при ее скатии в статическом ре? - "Иг.вестия вузов. Технология легкой промышленности", 1988,04, с.66-70.

2. Белокуров В.Н., Карамнпиин В.В., Васильев С. С. Количественная рактеристика деформации сяатия натуральных коз в динамическом ssiie. - "Известия вузов. Технология легкой промышленности", 15 Л 2, с. 40-43.

3. Белокуров В.Н., Карамышкин В.В. "Положительное решение госуда; венной научно-технической экспертизы изобретений". Устройство определения флзкко-иоханических свойств коги. Заявка ,'.4237543, 12 071757 от S0.04.S7.

Объем . I п.п Тирак 100 скя Ротапринт МТ'-иш

За к ___

4b4bS, G.i£. ibc

Цена б/п.