Лабораторная работа №1. Изучение основ микроструктурного анализа металлов и сплавов с применением оптического микроскопа…
Скачать 1.03 Mb.
|
4. Аппаратура и методика исследования Лабораторная установка для исследования свойств магнитных материалов (рис. 6.4) состоит из осциллографа, автотрансформатора и исследуемого образца в виде тороида. Рис. 6.4. Схема установки для исследования магнитных материалов: 1 – ЛАТР; 2 – образец магнитного материала в виде тороида; 3 – осциллограф ~ 1 2 3 UY С r2 W2 W1 r1 UX UН На образец магнитного материала намотаны две обмотки W1 и W2. Через обмотку W1 пропускает переменный ток I1. Напряженность поля в магнитном сердечнике (образец материала) равна: H=W1I1/πdСР , (6.6) где W1 – число витков первой обмотки; I1 – ток, протекающий через первую обмотку; dСР – средний диаметр первой тороидальной катушки. В цепь первичной обмотки включен резистор r1. Падение напряжения Uн на этом резисторе пропорционально напряженности магнитного поля в сердечнике. Это напряжение попадает на горизонтальные отклоняющие пластины осциллографа. 5. Порядок выполнения работы 5.1. В качестве варианта выполнение лабораторной работы может быть проведено с использованием «Автоматизированной лабораторной установки для исследования магнитомягких материалов», которая выполнена на базе персонального компьютера, к которому подключается измерительный блок со сменными образцами магнитомягких материалов (рис. 6.5.). Измерительный блок включает в себя усилитель намагничивания (УН) и интегрирующий усилитель (ИУ), которые используются, соответственно, для формирования напряженности магнитного поля и преобразования сигнала магнитной индукции в образце. Рис. 6.5.Общий вид стенда  Для ввода/вывода измерительной информации в ПК используется аудио адаптер. С помощью ПК осуществляется управление измерительным экспериментом и наблюдение результатов на экране монитора, как в графическом виде (петли гистерезиса, временные зависимости напряженности и индукции магнитного поля), так и в табличном. Образцы исследуемых материалов подключаются к ИБ через гнезда, установленные на передней панели блока. Структурная схема измерений приведена на рис. 6.6. ПК при помощи звуковой карты вырабатывает синусоидальное напряжение в диапазоне частот 40-1000 Гц. Переменное напряжение поступает на вход УН, к выходу которого подключена намагничивающая обмотка МП. МП представляет собой образец исследуемого магнитного материала в форме кольца с намотанными на него двумя обмотками: намагничивающей обмоткой 1 и измерительной обмоткой 2. Напряженность магнитного поля в материале определяется током I в намагничивающей обмотке по формуле: H=I∙n, где n – плотность витков обмотки 1(количество витков/м). Значение тока намагничивания и, следовательно, напряженности поля в образце определяется по значению падения напряжения на измерительном резисторе R, который включается последовательно с обмоткой 1. Рис. 6.6.Структурная схема измерений  Напряжение с измерительного резистора подается на один из линейных входов звуковой карты в ПК. Амплитуда напряженности поля устанавливается программно с помощью элемента регулировки в окне характериографа программного приложения. ЭДС, наводимая в измерительной обмотке 2 МП, пропорциональна производной от индукции магнитного поля B в исследуемом образце. Напряжение обмотки 2 интегрируется ИУ, на выходе которого напряжение измерительного сигнала пропорционально уже непосредственно B. Напряжение с выхода ИУ подается на второй линейный вход звуковой карты в ПК. Таким образом, в ПК поступает информация о напряженности H, индукции B магнитного поля в исследуемом образце и их частоте, на основании которой осуществляется построение кривых намагничивания и расчет всех магнитных параметров материалов. 5.2. При выполнении работы руководствоваться описанием программного интерфейса, который находится на рабочем месте в виде отдельной инструкции. 5.3. Ознакомиться с перечнем исследуемых образцов материалов и испытательным оборудованием. 5.4. Пройти инструктаж по технике безопасности при работе на лабораторной установке. 5.5. Произвести замер геометрических размеров образцов и записать исходные данные для расчетов. 5.6. Произвести испытание образцов магнитных материалов, получив для каждого материала основную кривую намагниченности и предельную петлю гистерезиса. 5.7. Определить магнитные характеристики исследуемых образцов магнитных материалов. 5.8. Построить графики зависимостей магнитных характеристик образцов магнитных материалов от частоты магнитного поля. 6. Контрольные вопросы 6.1. Перечислите магнитные материалы, входящие в группу классических ферромагнетиков. 6.2. Какие элементы согласно периодической системе Д.И. Менделеева считаются переходными? 6.3. Почему атомы переходных элементов имеют некомпенсированный суммарный спиновой момент? 6.4. Какой физический смысл имеет температура Кюри для ферромагнитных материалов? 6.5. Как располагаются в пространстве суммарные спиновые моменты соседних атомов ферромагнетика? 6.6. Что понимается под термином «домен» в ферромагнитном материале? 6.7. Какие линейные размеры имеют домены в ферромагнетике? 6.8. Как располагаются в пространстве векторы магнитных моментов в доменах полностью размагниченного ферромагнетика? 6.9. Что собой представляют границы между доменами в ферромагнетике и какую они имеют толщину? 6.10. Какой физический смысл имеет анизотропия свойств для магнитных материалов? 6.11. Покажите на графике основную кривую намагничивания и покажите на ней этапы намагничивания магнитного материала. 6.12. Нарисуйте график зависимости магнитной проницаемости ферромагнетика от напряженности магнитного поля. 6.13. Какие магнитные характеристики материала определяются по основной кривой намагничивания и зависимости ��=f(H)? 6.14. Напишите математическое выражение зависимости магнитной индукции в материале от напряженности магнитного поля. 6.15. Какой механизм намагничивания магнитного материала характерен при воздействии слабых магнитных полей? 6.16. Какой механизм намагничивания магнитного материала характерен для сильных магнитных полей? 6.17. Какой физический смысл имеет относительная магнитная проницаемость? 6.18. Какой физический смысл имеет магнитный гистерезис? 6.19. Изобразите семейство петель гистерезиса ферромагнетика. 6.20. Изобразите предельную петлю гистерезиса и покажите основные магнитные характеристики, которые определяются по этой петле. 6.21. Дайте определение остаточной магнитной индукции. 6.22. Какой физический смысл несет характеристика коэрцитивная сила? 6.23. Какой физический смысл имеет характеристика «удельные потери» в ферромагнетике? 6.24. Из каких составляющих складываются магнитные потери? 6.25. Как зависят потери на вихревые токи в магнитных материалах от изменения частоты магнитного поля и удельного электрического сопротивления материала? 6.26. Какие магнитные характеристики материала являются структурно-чувствительными, а какие нет? 6.27. В каком направлении меняются свойства магнитных материалов при образовании на их основе твердых растворов замещения? 6.28. В каком направлении изменяется удельное электрическое сопротивление магнитных материалов при образовании на их основе сплавов – твердых растворов? 6.29. Какое влияние на магнитные свойства материалов оказывает размер зерна? 6.30. Какое влияние на магнитные свойства материалов оказывает наклеп? Лабораторная работа №7 Исследование звукопоглощающей способности авиационных материалов
Изучить влияние состава и структуры материалов на их звукопоглощающие свойства.
Освоить методику определения звукопоглощающих свойств материалов авиационной техники.
В связи с наличием мощных и сверхскоростных самолетов проблема уменьшения шума реактивных двигателей становится все более острой. Одним из решений этой проблемы является поиск эффективных звукопоглощающих авиационных материалов. Основным источником шума на современном самолете является двигатель. Двигатели современных лайнеров развивают суммарную мощность до 360000 л.с., и реактивный самолет при взлете создает такой же шум, как, примерно, 10000 мотоциклов. Высокочастотные составляющие шума генерируются за счет интенсивных срезающих усилий вблизи сопла, где формируются небольшие скоростные вихри. Низкочастотные шумы вызываются большими «медленными» вихрями, распространяющимися на незначительные расстояния за выхлопной струей. Помимо шума от выхлопной струи у сверхзвуковых реактивных двигателей есть и другие источники шума, например, если, проходя через сопло, струя не расширяется и давление в ней не падает до давления окружающего воздуха, то генерируется широкополосный шум. Большинство современных турбореактивных двигателей используют компрессорный вентилятор в воздухозаборнике со сверхзвуковой скоростью лопаток. Такой вентилятор создает отчетливо слышимый звук, характерный для работы пилы; этот звук, например, слышится перед приближением самолета. Уровень шума определяется относительно минимального звукового давления P0, воспринимаемого ухом по формуле:  (7.1)где n – уровень шума в децибелах; P – звуковое давление, создаваемое источником шума; P0=0,0002 дн/см2 Наряду с конструктивными решениями, уменьшающими шумы двигателей, используются звукопоглощающие авиационные материалы. Для относительного сравнения двух звуковых волн, имеющих интенсивность I1 и I2, используется величина, называемая децибелом и равная  .Следовательно, если интенсивность звуковой волны I1 в 10 раз больше I2, т.е. I1=10 I2, то относительная разница в децибелах будет равна h=10 дБ. Для I1=100 I2, h=20 дБ. Ослабление звуковых волн при прохождении через материал характеризуется коэффициентом поглощения звука (дБ/см) и выражается следующей формулой:  , (7.2)где Id - интенсивность звуковой волны после прохождения материала толщиной d (рис. 7.1); I0 – первоначальная интенсивность звука; I1 – интенсивность отраженного звука; d – толщина звукопоглощающего материала, см; k – коэффициент поглощения звука, дБ/см; a = 4,34. Рис. 7.1. Ослабление звука при прохождении материала k d I0 Id I Интенсивность отраженного звука I1 пропорциональна I0, т.е.  (7.3)где k1 – коэффициент отражения звука от поверхности материала. Так как величина k1 не зависит от толщины материала, а определяется только свойствами поверхности материала и условиями падения звуковой волны, то производя измерения интенсивности звуковой волны Id для материала различной толщины (Id1 и Id2) можно определить и величину k (поглощение звука) и величину k1 (отражение звука). Из формулы (7.2) и (7.3) имеем:  ; . (7.4)Отсюда величина k определяется из  (7.5)т.е.  . (7.6)Значение коэффициента отражения звука определяется из уравнения  . (7.7)Следует учитывать, что значения коэффициентов k и k1 зависят от частоты звука; в твердых телах k приблизительно пропорционально частоте, а в жидких – квадрату частоты. Усредненные по частотам k для некоторых материалов приведены в табл.7.1. Таблица 7.1
4. Аппаратура и методика исследования Исследование звукопоглощающих способностей материала производится на установке, блок-схема которой показана на рис.7.2. Предварительно измеряются значения интенсивности звукового сигнала, не ослабленного материалом I0, и записывается ее значение. Далее измеряется интенсивность сигнала после помещения звукопоглощающей перегородки Id1 и Id2. Зная толщину материала d1 и d2 по формуле (7.6) вычисляется значение k, а по формуле (7.7) – значение k1. Uвх Микрофон Рис. 7.2. Лабораторная установка Id Генератор Осциллограф Динамик f U вых Полученные в исследовании экспериментальные результаты обобщаются в табл. 7.2. Таблица 7.2 Сводная таблица экспериментальных данных
Зависимость n от частоты строится в координатах n = P(f) 5. Порядок выполнения лабораторной работы 5.1. Изложить цель работы 5.2. Произвести определение коэффициента поглощения звука k и коэффициента отражения звука k1 материалов на частоте 1 кГц. 5.3. Исследовать частотную зависимость коэффициента k в диапазоне частот от 50 Гц до 10 кГц. Для этого необходимо при каждом значении частоты определить значение k и построить зависимость n = P(f); напряжение выхода звукового сигнала Uвых следует всегда поддерживать постоянным, равным 0,5V. Интенсивность прошедшей звуковой волны измеряется с помощью осциллографа следующим образом: устанавливается частота, соответствующая частоте звукового сигнала, и измеряется амплитуда звуковой волны на экране прибора А. Интенсивность определяется из соотношения I≈A2. При этом необходимо учитывать коэффициент деления входа осциллографа. 5.4. Установить связь между плотностью материалов и величин k. 6. Контрольные вопросы 6.1. В каких единицах измеряется относительный уровень шума? 6.2. Приведите характеристики источников шума на самолете. 6.3. Какие конструктивные методы борьбы с шумами применяются в авиации? 6.4. Как зависит интенсивность звуковой волны, прошедшей через материал, от : а) толщины материала; б) интенсивности падающей волны; в) коэффициента удельного звукопоглощения? 6.5. Как зависит коэффициент удельного звукопоглощения от частоты падающего звука? 6.6. Какие звукопоглощающие материалы используются в гражданской авиации? Литература
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | ... |  | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Лабораторная работа Выполнение расчетов с использованием программирования в среде Visual Basic for Applications (vba). 8 | | Лабораторная работа №8. Структурирование таблицы с автоматическим подведением итогов |
| Целью работы является изучение возможностей субд microsoft Access 2007 по созданию и ведению баз данных | | Целью работы является изучение возможностей субд microsoft Access 2007 по созданию и ведению баз данных |
| Исследование волокон и волокнистых материалов /^Исследование металлов, сплавов, металлических изделий | | Семинар «Методология проведения химико-токсикологического анализа (хта). Направленный и ненаправленный хта. Вещественные доказательства.... |
| Лабораторная работа №6 (статические массивы, знакомство с графическим режимом. Возможно будет изменена) 49 | | Задания на экзамен выполняются студентом в компьютерном классе при наличии конспектов под руководством преподавателя |