СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМОФЛУКТУАЦИОННЫХ КОНСТАНТ ОБОБЩЕННОГО УРАВНЕНИЯ ЖУРКОВА МЕТОДОМ ЭТАЛОННОГО ПУЧКА Российский патент 2021 года по МПК G01N3/32 

Предложение относится к области строительства и может быть использовано при определении расчетных сроков службы строительных материалов.

За аналог принят способ определения долговечности изделий из хрупкого материала (патент на изобретение №2359244). Способ основан на том, что образцы испытывают до разрушения при стационарном режиме, фиксируют их долговечности и по полученным результатам судят о долговечности изделия при заданном режиме нагружения. Такой способ не позволяет надежно теоретически определять сроки службы материала.

За прототип принят способ определения термофлуктуационных констант обобщенного уравнения Журкова известный из литературы (Прогнозирование поведения строительных материалов при неблагоприятных условиях эксплуатации: учебное пособие / В.П. Ярцев, О.А. Киселёва. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. – 124 с.). Способ основан на том, что по полученным экспериментальным данным логарифма долговечности от напряжения, которые были статистически обработаны, при трех различных температурах строится семейство веерообразных прямых, сходящихся в точке. Далее построенные прямые температуры перестраиваются в прямые напряжений графика, построенного в координатах «логарифм долговечности – обратная температуры». Для этого выбираются три напряжения и находятся точки их пересечения с прямыми температур. Две из четырех термофлуктуационных констант (lgτ₀ и T_m) находятся из координат точек пересечения графика, построенного в координатах lgτ – 1000/T_m. Оставшиеся две константы находятся из графика, построенного в координатах U–σ. Недостатком такого способа определения термофлуктуационных констант обобщенного уравнения Журкова является значительные погрешности их определения при высоких трудозатратах.

Технической задачей является сокращение трудозатрат требуемых на определение термофлуктуационных констант обобщенного уравнения Журкова при одновременном повышении надежности их определения (снижение величины погрешности определения констант) за счет отказа от манипуляций с графиками, их перестроением.

Поставленная техническая задача достигается тем, на шестипозиционном стенде образцы материала в количестве не менее 6 нагружают не менее 5 значений некритической нагрузки при трех постоянных температурах с фиксацией времени до разрушения, Для определения термофлуктуационных констант обобщенного уравнения Журкова используют эталонный пучок с координатами точки полюса (10; -1), т.е. lgτ_0э=-1, σ_mэ=10 МПа и максимальной температурой существования твердого тела T_mэ=500 К, для которого структурно-механическая константа γ_э равна 50 кДж/(моль·МПа), константа U_0э = 500 кДж/моль. Константу lgτ₀ определяют из положения точки полюса. Предельную температуру существования твердого тела T_m – из линейной зависимость тангенса угла наклона прямых температур графика lgτ – σ, исходя из условия, что при предельной температуре существования тангенс угла наклона прямой равен нулю. Структурно-механическую константу γ определяют путем умножения эталонного значения константы γ_э на отношение углового коэффициента прямой температуры твердого тела к эталонному коэффициенту. Константу U₀ определяют путем умножение эталонного значения константы U_0э на отношение предельного напряжения к эталонному предельному напряжению и на отношение углового коэффициента линейной зависимости тангенса угла наклона прямых температур к обратному значению температур к эталонному значению углового коэффициента.

Сущность предложения поясняется чертежами, где:

На фигуре 1 изображена схема установки для проведения испытания.

На фигуре 2 приведен эталонный пучок.

Шестипозиционный стенд состоит из рамы 1, выполненной из уголков. На опорной площадке рамы 2 установлены опорные стержни 3 на расстоянии друг от друга равным пролету балки. Образец 4 помещается на опорные тумбы и нагружается с помощью грузового устройства 5. Повышенная температура создается стержневыми электронагревателями 6. Для снижения теплопотерь и создания направленного теплового потока на опорную площадку установлен и закреплен на раме кожух 7. Температура задается ЛАТРом 1М 220В-9А, а регулируется потенциометром ЭПВ2-11А гр. ХК 0300°С и дополнительно контролируется термометром с точностью 1°С. Термопара и шарик термометра расположены в зоне разрушения рабочего участка образца.

Для устранения влияния механических колебаний при разрушении образцов использовалось демпфирующее устройство – ёмкость, заполненную песком, сверху которого уложен резиновый ковёр толщиной 20 мм.

При определении долговечности образец, предварительно выдержанный в течение длительного времени при температуре и влажности проведения эксперимента, помещался на опорные стержни испытательного стенда и нагружался не критичной нагрузкой. Срок службы определяется при не менее 5 различных напряжениях и 3 температурах. По полученным результатам строиться график в координатах логарифм времени – напряжение и определяется точка пересечения прямых температур (полюс). Ордината точки полюса дает значение константы lgτ₀. Абсцисса точки полюса дает значение предельного напряжения σ_m. Предельная температура существования твердого тела T_m находится из линейной зависимость тангенса угла наклона прямых температур полученного графика.

Константа U₀ определяется путем умножения эталонной константы U_0,э на систему коэффициентов k_σ и k_k: U₀=k_σ∙k_k∙U_0э. А константа γ определяется путем умножения эталонной константы γ_э только на коэффициент k_k: .

Коэффициент k_σ = σ_m/σ_mэ, при этом _m – точка абсцисс полюса полученного графика прямых температур; _mэ – точка абсцисс полюса эталонного графика прямых температур.

Коэффициент k_k = k_m/k_mэ, при этом k_m – угловой коэффициент линейной зависимости тангенса угла наклона прямых температур к обратному значению температур; k_mэ – угловой коэффициент эталонной линейной зависимости тангенса угла наклона прямых температур к обратному значению температур.

Предложенный способ позволяет отказаться при определении термофлуктуационных констант обобщенного уравнения Журкова от перестроения графиков, что уменьшает погрешности и сокращает трудозатраты на их определение.

Предложение относится к области строительства и может быть использовано при определении расчетных сроков службы строительных материалов. На шестипозиционном стенде образцы материала в количестве не менее 6 нагружают не менее 5 значениями некритической нагрузки при трех постоянных температурах с фиксацией времени до разрушения. Для определения термофлуктуационных констант обобщенного уравнения Журкова использован эталонный пучок с координатами точки полюса (10; -1), т.е. lgτ_0э=-1, σ_mэ=10 МПа и максимальной температурой существования твердого тела T_mэ=500 К, для которого структурно-механическая константа γ_э равна 50 кДж/(моль·МПа), константа U_0э = 500 кДж/моль. Константа lgτ₀ должна быть определена из положения точки полюса. Предельная температура существования твердого тела T_m – из линейной зависимости тангенса угла наклона прямых температур графика lgτ – σ, исходя из условия, что при предельной температуре существования твердого тела тангенс угла наклона прямой равен нулю. Структурно-механическая константа γ должна быть получена путем умножения эталонного значения константы на отношение предельной температуры существования твердого тела к эталонной предельной температуре существования твердого тела. Константа U₀ должна быть получена путем умножение эталонного значения константы U_0э на отношение предельного напряжения к эталонному предельному напряжению и на отношение углового коэффициента линейной зависимости тангенса угла наклона прямых температур к обратному значению температур к эталонному значению углового коэффициента. Технический результат - сокращение трудозатрат, требуемых на определение термофлуктуационных констант обобщенного уравнения Журкова при одновременном повышении надежности их определения (снижение величины погрешности определения констант). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения термофлуктуационных констант обобщенного уравнения Журкова, заключающийся в том, что на шестипозиционном стенде образцы материала в количестве не менее 6 нагружают не менее 5 значений некритической нагрузки при трех постоянных температурах с фиксацией времени до разрушения, используют эталонный пучок с координатами точки полюса (10; -1), т.е. lgτ_0э=-1, σ_mэ=10 МПа и максимальной температурой существования твердого тела T_mэ=500 К, для которого структурно-механическая константа γ_э равна 50 кДж/(моль·МПа), константа U_0э = 500 кДж/моль, при этом константу lgτ₀ определяют из положения точки полюса; предельную температуру существования твердого тела T_m – из линейной зависимости тангенса угла наклона прямых температур графика lgτ – σ, исходя из условия, что при предельной температуре существования тангенс угла наклона прямой равен нулю; структурно-механическую константу γ определяют путем умножения эталонного значения константы γ_э на отношение углового коэффициента прямой температуры твердого тела к эталонному коэффициенту; константу U₀ определяют путем умножение эталонного значения константы U_0э на отношение предельного напряжения к эталонному предельному напряжению и на отношение углового коэффициента линейной зависимости тангенса угла наклона прямых температур к обратному значению температур к эталонному значению углового коэффициента.