Пластинчатый металлический образец и способ оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге и основанный на них способ оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге Российский патент 2024 года по МПК G01N1/28 G01N3/08 

Область техники

Изобретение относится к области оценки механических свойств и характеристик материалов и, в частности, к способу оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге и основанному на нём способу математической оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге.

Уровень техники

Известен перечень испытаний для определения свойств металлов, регламентированный ГОСТ 1497-84 «Металлы. Методы испытаний на растяжение».

Проблемой аналога является отсутствие испытаний, показывающих достоверные результаты по сопротивлению разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, а также отсутствие возможности получения точных результатов при математической оценке сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге.

Известен метод испытания на разрыв сварного соединения металлической оболочки кабеля с минеральной изоляцией, включающий на первом шаге S1: вырезание из каждого испытуемого образца кабеля с минеральной изоляцией 5-8 тестовых образцов для испытания на устойчивость к разрыву; S2: нахождение сварочного шва металлической оболочки образца кабеля с минеральной изоляцией и продольное расщепление металлической оболочки образца от режущей вспомогательной линии в положении, симметричном сварному шву вдоль оси кабеля; S3: удаление внутреннего проводника или жилы изолированного провода металлической оболочки и структуры, содержащей минеральный изоляционный слой или наполнитель, наблюдение за тем, не повреждена или не утоплена внутренняя стенка вынутой металлической оболочки, и при возникновении такого состояния выбор другого материала для работы; S4: разложение очищенного образца металлической оболочки на гладкой столешнице для расширения металлической оболочки, прижатие к металлической оболочке обычного блока, превышающего поперечное сечение металлической оболочки, в соответствии с условиями расширения металлической оболочки, и выбивание обычного блока резиновым молотком; S5: для измерения толщины толщина t каждого образца равна как минимум трем измерениям. Шаг второй: подготовка и обработка образца, разрезание образца до заданного размера и его разрыв. Шаг третий: определение того, наложена ли разорванная трещина на сварное соединение, обработанное на втором этапе, если да, то указание на эффективность обнаружения, в противном случае обнаружение повторно. Шаг четвертый: рассчитать прочность на разрыв испытуемых образцов (CN 115931552 A, опубл. 07.04.2023).

Проблемой аналога является направленность данного метода испытаний на разрыв сварного соединения металлической оболочки кабеля с минеральной изоляцией, и не смотря на первоначальную общую схожесть, невозможность определения таким методом сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, а даже при попытке выполнения показал низкую точность результатов испытаний, при этом в аналоге отсутствует возможность получения точных результатов при математической оценке сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге.

Наиболее близким аналогом является метод оценки ударной вязкости пластичных металлических материалов, при котором материал из пластичного металла, включающего три штанины и два надреза, складывают так, что центральная штанина находится на 90 ° в противоположном направлении крайним штанинам, после чего образец разрывают, причем разрыв происходит по пунктирным линиям в виде дуг. (CN 102374951 B, опубл. 24.07.2013).

Проблемой наиболее близкого аналога является низкая точность результатов испытаний, вызванная недостаточной подготовкой к испытаниям образца для испытаний для получения направленного разрыва, в том числе отсутствует возможность получения точных результатов при математической оценке сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге.

Раскрытие сущности изобретения

Технической проблемой решаемой заявляемым изобретением, является устранение недостатков аналогов.

Задачей заявляемого изобретения является создание способа испытаний и формы пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала, обеспечивающих более точные результаты испытаний при антиплоском сдвиге, в том числе при осуществлении способа математической оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге, и обеспечивающего сокращение времени и трудозатрат на проведение экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в создании способа и пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала, обеспечивающих более точные результаты испытаний при антиплоском сдвиге, в том числе при осуществлении математической оценки конструкции упомянутого способа, обеспечивая сокращение времени и трудозатрат на проведение экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге.

Указанный технический результат в первом аспекте изобретения достигается тем, что пластинчатый металлический образец для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, выполненный толщиной h не более 10 мм, включает рабочую и захватные зоны, выполненные шириной не менее 15 мм, между которыми по направлению прокатки образца расположен надрез, а захватные зоны загнуты в противолежащих направлениях по загибу, выполненному от надреза по радиусу в диапазоне 5…50 мм.

В одном из предпочтительных вариантов изобретения пластинчатый металлический образец для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге выполнен из металла, например, стали.

В ещё одном аспекте изобретения способ экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, при осуществлении которого применяют пластинчатый металлический образец по первому аспекту изобретения, захватные зоны которого закрепляют в зажимах, растягивают в противолежащих направлениях и выполняют полный или частичный разрыв образца в продолжении надреза с определением усилия разрыва , после чего оценивают сопротивление разрушению листового металла при антиплоском сдвиге по формуле .

В одном из предпочтительных вариантов изобретения, в случае несоответствия пластинчатого металлического образца в части загибов, перед осуществлением способа экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по ещё одному аспекту изобретения на упомянутом образце выполняют загибы от надреза по радиусу R в диапазоне 5…50 мм с получением образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по первому аспекту изобретения.

В одном из предпочтительных вариантов изобретения применяют пластинчатый металлический образец с длиной надреза, составляющей 55-80% его длины.

В одном из предпочтительных вариантов изобретения надрез образца выполняют на станке, например, электроэрозионном станке.

В одном из предпочтительных вариантов изобретения загиб захватных зон образца выполняют с использованием головки пуансона с радиусным участком, например, цилиндрической формы, полуцилиндрической формы.

В одном из предпочтительных вариантов изобретения захватные зоны закрепляют в зажимах испытательной машины.

В другом аспекте изобретения способ математической оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге, в ходе которого выполняют способ экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по ещё одному аспекту изобретения, при этом в процессе растягивания образца фиксируют зависимость «усилие-перемещение» разрыва образца, в процессе или после растягивания образца выполняют математическую модель оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, повторяющую геометрические размеры, условия закрепления и нагружения пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления при антиплоском сдвиге, отклонение кривой «усилие-перемещение» которой находится в пределах доверительного интервала кривой «усилие-перемещение» экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, по выполненной математической модели оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге строят математическую модель оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге из материала соответствующего материалу пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по первому аспекту изобретения.

В настоящей заявке под соответствующим материалом образца и конструкции понимается, что для них применена одна и та же марка материала, отклонение по химическому составу и свойствам может быть только в установленных для конкретной марки пределах.

В одном из предпочтительных вариантов изобретения при построении математической модели оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге производят ее калибровку, включающую серию расчетов с варьированием ее управляющих параметров и с записью соответствующих расчетных кривых «усилие-перемещение», при этом подбор управляющих параметров модели осуществляют с учетом отклонения расчетных кривых «усилие-перемещение» от экспериментальных в пределах доверительного интервала.

В одном из предпочтительных вариантов изобретения границы доверительного интервала берут с доверительной вероятностью не менее 95%.

В одном из предпочтительных вариантов изобретения в качестве управляющих параметров применяют деформацию разрушения или предел прочности.

Краткое описание чертежей

Предложенное изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 - представлен пластинчатый металлический образец до загиба его захватных зон.

На фиг. 2 - представлено загибание захватных зон пластинчатого металлического образца для получения пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге.

На фиг. 3 - представлен пластинчатый металлический образец для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге в графическом виде.

На фиг. 4 - представлен пластинчатый металлический образец для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, закрепленный в зажимах в графическом виде.

На фиг. 5 - представлен натурный пластинчатый металлический образец для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, закрепленный в зажимах, до его разрыва.

На фиг. 6 - представлен натурный пластинчатый металлический образец для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, закрепленный в зажимах, после его разрыва.

На фиг. 7 - представлена кривая «усилие - перемещение», полученная в ходе испытаний пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала на антиплоский сдвиг.

На фиг. 8 - представлена математическая модель пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, закрепленный в зажимах, после его разрыва.

На фиг. 9 - представлены кривые «усилие - перемещение», одна из которых получена в ходе испытаний пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала на антиплоский сдвиг, а другая представляет собой выполненную математическую модель эксперимента образца.

На фиг. 10 - представлена построенная математическая модель оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции дорожного ограждения при антиплоском сдвиге при прямом столкновении с автомобилем.

На фиг. 11, 12 - представлена построенная математическая модель оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции дорожного ограждения при антиплоском сдвиге при прямом боковом столкновении с автомобилем.

На фигурах обозначено: 1 - рабочая зона; 2 - захватная зона; 3 - надрез; 4 - загиб.

Осуществление изобретения

В первом аспекте изобретения (фиг. 3) пластинчатый металлический образец для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге (образец), выполненный толщиной h не более 10 мм, включает рабочую 1 и захватные 2 зоны и надрез 3 между ними, выполненный по направлению прокатки образца, ширина k рабочей зоны 1 и ширина f захватной зоны 2 составляет не менее 15 мм, захватные зоны 2 образца загнуты в противолежащих направлениях по загибу 4, выполненному от надреза 3 по радиусу в диапазоне 5…50 мм.

Захватные зоны 2 необходимы для возможности их захвата и осуществления растягивания образца, надрез 3 необходим для формирования концентратора напряжений и осуществления заданного направления разрыва образца, который будет происходить по рабочей зоне 1, которая в свою очередь необходима, чтобы разрыв происходил по ней.

Толщина h не более 10 мм образца, ширина k рабочей зоны 1 и ширина f захватных зон 2, составляющие не менее 15 мм, определены опытном путем и обеспечивают возможность получения более точных результатов испытаний, которые далее позволяют обеспечить точное воспроизведение способа математической оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге.

Предел толщины h образца более 10 мм требует приложения большого усилия при растяжении образца за захватные зоны 2 и образец перед разрывом начинает деформироваться, вследствие чего наблюдается искривление образца, в связи с чем разрыв может происходить в произвольном направлении, в том числе, например, по захватной зоне 2 вместо рабочей зоны 1, что не позволяет повысить точность результатов полученных испытаний и тем более с высокой точностью по аналогии повторить математическую модель оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге.

Предел ширины k рабочей зоны 1 менее 15 мм слишком мал для установления достоверной информации о разрыве с высокой точностью, а предел ширины f захватных зон 2, составляющие не менее 15 мм, приводит к их обрыву во время растяжения образца, следственно испытание ведется не по надрезу 3, что и в том и в другом случае не позволяет получить точные результаты поведения металлического материала при антиплоском сдвиге и достаточные для воспроизведения точного способа математической оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге. Предел значений ширины k рабочей зоны 1 и ширины f захватных зон 2 не ограничен, так как отрицательных результатов при их увеличении не наблюдалось, для эксперимента могут быть взяты любые подручные образцы, которые удовлетворяют пределу минимального значения.

Загиб 4, выполненный от надреза 3 по радиусу, необходим для исключения вероятности возникновения перегибов захватных зон 2, вследствие возникновения которых разрыв образца происходит по ним, а также для снижения вероятности искривления образца на начальном этапе его растяжения, возникающего в связи с наличием изгибающего момента, а также исходной неплоскостностью и разнотолщинностью образца, следовательно отсутствие загибов 4 неизбежно приводит к возникновению перегибов и/или искривлению исходной формы опытных образцов, что снижает точность результатов экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге и не позволяет реализовать точную математическую оценку сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге. По аналогичным причинам установлен диапазон 5…50 мм загиба 4, предел радиуса загиба 4 менее 5 мм приводит к возникновению заломов на захватных зонах 2, по которым далее и происходит разрыв, а предел более 50 мм приводит к возникновению искривления образца, в описанных случаях снижается точность результатов при проведении экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге.

В ещё одном аспекте изобретения способ экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, при осуществлении которого применяют пластинчатый металлический образец для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге в соответствии с первым аспектом изобретения (фиг. 3), захватные зоны 2 которого закрепляют в зажимах (фиг. 4, 5), растягивают в противолежащих направлениях и выполняют полный или частичный разрыв образца в продолжении надреза 3 (фиг. 6) с определением максимального усилия разрыва , после чего оценивают сопротивление разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по формуле .

Захватные зоны 2 могут быть закреплены в зажимах, например, испытательной машины.

Данный способ по ещё одному аспекту изобретения с применением специально подготовленного образца и выполнением над ним описанных операций позволяет на выходе получать результаты экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге с высокой точностью, которые в свою очередь позволяют с высокой точностью реализовать способ математической оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге согласно другому аспекту изобретения.

Для создания пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге (фиг. 3) берут металлический образец (фиг. 1), включающий рабочую 1 и захватные 2 зоны и надрез 3 между ними, выполненный по направлению прокатки образца, ширина k рабочей зоны 1 и ширина f захватных зон 2 которого составляет не менее 15 мм, а толщина образца составляет не более 10 мм.

Следует отметить, в случае если образец для осуществления способа по ещё одному аспекту изобретения не соответствует образцу по первому аспекту изобретения, в той части, что не содержит загибов 4 или они выполнены некорректными, например, не по радиусу, то перед началом осуществления способа на образце выполняют загибы 4 от надреза 3 по радиусу R в диапазоне 5…50 мм (фиг. 2) с получением пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге в соответствии с первым аспектом изобретения.

Надрез 3 образца для повышения точности может быть выполнен на станке, например, электроэрозионном станке, а загиб захватных зон 2 образца может быть выполнен с использованием головки пуансона с радиусным участком, например, цилиндрической формы, полуцилиндрической формы.

Другой аспект изобретения раскрывает способ математической оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге, при котором выполняют способ экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге согласно еще одному аспекту изобретения, при этом в процессе растягивания образца фиксируют зависимость «усилие-перемещение» разрыва образца (фиг. 7), в процессе или после растягивания образца выполняют математическую модель оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, повторяющую геометрические размеры, условия закрепления и нагружения натурного пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления при антиплоском сдвиге (фиг. 8), отклонение кривой «усилие-перемещение» которой находится в пределах доверительного интервала кривой «усилие-перемещение» экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге (фиг. 9), по выполненной математической модели оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге строят математическую модель оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге из материала соответствующего материалу пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по первому аспекту изобретения (фиг. 10, 11, 12).

В случае большого отклонения построенной математической модели оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, при построении производят ее калибровку, включающую серию расчетов с варьированием ее управляющих параметров и с записью соответствующих расчетных кривых «усилие-перемещение», при этом подбор управляющих параметров модели осуществляют с учетом отклонения расчетных кривых «усилие-перемещение» от экспериментальных в пределах доверительного интервала.

Границы доверительного интервала предпочтительно берут с доверительной вероятностью не менее 95%, а в качестве управляющих параметров применяют деформацию разрушения или предел прочности, при необходимости за основу могут быть взяты другие параметры.

Благодаря созданию пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге согласно первому аспекту изобретения такой формы, которая обеспечивает получение точных результатов испытаний при осуществлении способа экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге согласно второму аспекту изобретения, на основе которого выстраивается математическая оценка сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге любой необходимой для проверки конструкции, выполненной из такого же материала (соответствующего материала), из которого по способу по ещё одному аспекту изобретения проводилась экспериментальная оценка образца по первому аспекту изобретения.

Натурная экспериментальная оценка сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге обычно очень масштабная, на подготовку к ней, ее организацию и проведение требуется огромное количество временных и трудовых затрат, так как заданную конструкцию необходимо изготовить, далее необходимо найти подходящее место, фирму, оборудование, которые смогут обеспечить необходимые требования к испытаниям для получения достоверных результатов, после всё необходимо перевести на место испытаний, далее демонтировать и увезти, плюс время на проведение самого испытания с наблюдением и фиксацией результатов, то есть затраты как временные, так и трудовые просто колоссальные. Хорошо, если с первого раза результаты получились положительными, но бывают случаи и отрицательных результатов, соответственно необходимо конструкцию для испытаний дорабатывать и снова испытывать, что влечет за собой новые трудовые и временные затраты и так может быть неоднократно.

Заявленный в настоящем изобретении способ позволяет избежать потери огромного количества временных и трудовых затрат, так как испытания проводятся только на натурным пластинчатом образце, время и трудозатраты на испытания и изготовление которого несравнимо малы по сравнению с натурными испытаниями конструкции, а его форма, созданная для обеспечения высокой точности, позволяет получать высокие по точности результаты экспериментальной оценки и с высокой точностью воспроизводить математическую модель самого образца, математическую модель результатов его оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге и математическую модель результатов оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге конструкции, выполненной из материала, соответствующего материалу образцу.

Решение, описанное согласно аспектам настоящего изобретения, появилось в ходе решения задачи по испытанию дорожных металлических ограждений методом наезда на него транспортного средства, например, машина, автобус или другое. Временные и трудовые затраты были огромными в случае, если испытывать упомянутое ограждение натурным способом.

Примеры реализации

В результате проведения эксперимента проверялись пластинчатые металлические образцы для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по первому аспекту изобретения, каждый из которых включает рабочую 1 и захватные 2 зоны, между которыми по направлению прокатки образца расположен надрез 3, а захватные зоны 2 загнуты в противолежащих направлениях по загибу 4, выполненному от надреза 3 по радиусу с параметрами формы, значения которых приведены в таблице 1. Для наглядности результаты приведены на образце из стали марки Ст3.

После над образцами проводился способ экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по ещё одному аспекту изобретения, при осуществлении которого применяли пластинчатый металлический образец для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по первому аспекту изобретения, захватные зоны 2 которого закрепляли в зажимах испытательной машины, растягивали в противолежащих направлениях и выполняли полный или частичный разрыв образца по рабочей зоне 1 в продолжении надреза 3 с определением усилия разрыва , после чего оценивали сопротивление разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по формуле , результаты оценки также приведены в таблице 1.

В результате проведённой экспериментальной оценки пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала было установлено, что результатам эксп. №№ 1, 2, 3, 10, 11 не удалось достигнуть поставленных целей, а по результатам эксп. №№ 4-9 был достигнут заявленный результат.

По результатам эксп. №№ 1, 2, 3, 10, 11 не удалось достигнуть поставленных целей по точности результатов эксперимента по следующим причинам. При проведении эксп. №1 не удалось достоверно определить результаты эксперимента, так как данной ширины не хватило для полной картины оценки поведения сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге. Во время проведения эксп. №2 оборвались захватные зоны 2. При проведении эксп. №3 в месте загибов 4 образовались заломы на захватных зонах 2, по которым далее и произошел разрыв образца. При проведении эксп. №11 требовалось приложение большого усилия при растяжении образца за захватные зоны 2 и образец перед разрывом начал деформироваться, вследствие чего наблюдалось его искривление, также искривление было при проведении эксп. №10, в описанных экспериментах разрыв происходил под наклоном к надрезу 3.

По результатам эксп. №№ 4-9 удалось достигнуть поставленной цели разрыв образца происходил по рабочей зоне 1 в продолжении надреза 3 с небольшим отклонением от прямой разреза.

В процессе осуществления описанных экспериментов по способу экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге ещё одного аспекта изобретения при растягивании образца фиксировали зависимость «усилие-перемещение» разрыва образца, далее выполняли математическую модель оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, повторяющую геометрические размеры, условия закрепления и нагружения пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления при антиплоском сдвиге, отклонение кривой «усилие-перемещение» которой находилось в пределах доверительного интервала кривой «усилие-перемещение» экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге (фиг. 9), по выполненной математической модели оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге построили математическую модель оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге из стали Ст3, то есть материала соответствующего материалу пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по примеру реализации, описанному по первому аспекту изобретения.

Сравнительный график экспериментальной и математической модели оценки сопротивления разрушению металлического материала из стали Ст3 при антиплоском сдвиге по эксп. №3 представлен на фиг. 9, где кривая, описывающая «усилие-перемещение» разрыва образца по первому аспекту изобретения при проведении способа экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по ещё одному аспекту изобретения приведена черным и синим цветом, а кривая, описывающая «усилие-перемещение» разрыва образца по выполненной математической модели оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге приведена красным цветом.

Кривых «усилие-перемещение» разрыва образца две по той причине, что в ходе эксперимента проверяли точность и правильность направления разрыва, в связи с чем образец сначала нагрузили (черная крива), далее сняли нагрузку, удостоверились в верном направлении разрыва, после чего снова продолжили нагружать образец до максимально усилия разрыва . Из этих графиков также видно точность, обеспечивающуюся изобретением, так как во время приостановки и возобновления эксперимента по графику происходит небольшое отклонение кривых друг от друга.

После получения описанной математической модели образца из того же материала была спроектирована конструкция дорожного ограждения и построена его математическая модель, в рамках которой был проведен численный эксперимент по моделированию наезда транспортного средства на конструкцию дорожного ограждения (фиг. 10-12). После проведения такого численного эксперимента в виде модели, проводились натурные испытания той же конструкции дорожного ограждения.

Результаты численного эксперимента по оценке наезда транспортного средства на конструкцию дорожного ограждения были подтверждены натурными испытаниями, которые показали, что критичных повреждений на ограждении нет (разрывы отсутствуют), а в случае бокового столкновения автомобиля, последний остался в той же полосе, по которой осуществлял движение.

Следует отметить, не смотря на то, что выше приведен и подробно описан один вид испытаний, необходимо учитывать, что он носит поясняющий характер, при этом оценка сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге производилась и на других конструкциях и с другими материалами. Результатами всех оценок было определена точность, описанного в изобретении решения до 98 %.

Таким образом, описанными в изобретении решениями согласно всем его аспектам достигается повышение точности результатов испытаний, в том числе при осуществлении способа математической оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге, чем обеспечивается возможность не проводить натурную оценку конструкции и обеспечивается сокращение времени и трудозатрат на проведение экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге.

Хотя выше были описаны несколько иллюстративных аспектов и вариантов осуществления оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, специалистам в данной области будут понятны их модификации, преобразования, дополнения и частичные комбинации. Таким образом, подразумевается, что следующая прилагаемая формула изобретения и изложенные далее пункты формулы будут интерпретироваться так, чтобы включать все такие модификации, преобразования, дополнения и частичные комбинации как находящиеся в пределах сущности и объема изобретения.

Изобретение относится к области оценки механических свойств и характеристик материалов. Образец выполнен толщиной h не более 10 мм, включает рабочую и захватные зоны, выполненные шириной не менее 15 мм, между которыми по направлению прокатки образца расположен надрез, а захватные зоны загнуты в противолежащих направлениях по загибу, выполненному от надреза по радиусу в диапазоне 5…50 мм. С применением описанного образца осуществляются способ оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, на основании которой, в свою очередь, осуществляется способ оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге. Технический результат: повышение точности результатов испытаний, сокращение времени и трудозатрат на проведение экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 12 ил.

1. Пластинчатый металлический образец для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, выполненный толщиной h не более 10 мм, включающий рабочую и захватные зоны, выполненные шириной не менее 15 мм, между которыми по направлению прокатки образца расположен надрез, а захватные зоны загнуты в противолежащих направлениях по загибу, выполненному от надреза по радиусу в диапазоне 5…50 мм.

2. Образец по п. 1, отличающийся тем, что выполнен из стали.

3. Образец по п. 1, отличающийся тем, что длина надреза составляет 55-80% длины пластинчатого металлического образца.

4. Способ оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, при осуществлении которого применяют пластинчатый металлический образец для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, выполненный толщиной h не более 10 мм, включающий рабочую и захватные зоны, выполненные шириной не менее 15 мм, между которыми по направлению прокатки образца расположен надрез, а захватные зоны загнуты в противолежащих направлениях по загибу, выполненному от надреза по радиусу в диапазоне 5…50 мм, характеризующийся тем, что захватные зоны образца закрепляют в зажимах, растягивают в противолежащих направлениях и выполняют полный или частичный разрыв образца в продолжении надреза с определением усилия разрыва , после чего оценивают сопротивление разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге по формуле .

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что загиб захватных зон образца выполняют с использованием головки пуансона с радиусным участком.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что надрез образца выполняют на станке, а захватные зоны закрепляют в зажимах испытательной машины.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что применяют пластинчатый металлический образец с длиной надреза, составляющей 55-80% его длины.

8. Способ оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге, при осуществлении которого применяют пластинчатый металлический образец для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, выполненный толщиной h не более 10 мм, включающий рабочую и захватные зоны, выполненные шириной не менее 15 мм, между которыми по направлению прокатки образца расположен надрез, а захватные зоны загнуты в противолежащих направлениях по загибу, выполненному от надреза по радиусу в диапазоне 5…50 мм, характеризующийся тем, что захватные зоны образца закрепляют в зажимах, растягивают в противолежащих направлениях и выполняют полный или частичный разрыв образца в продолжении надреза с определением усилия разрыва , после чего оценивают сопротивление разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге T по формуле , при этом в процессе растягивания образца фиксируют зависимость «усилие-перемещение» разрыва образца, далее выполняют математическую модель оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, повторяющую геометрические размеры, условия закрепления и нагружения пластинчатого металлического образца для оценки сопротивления при антиплоском сдвиге, отклонение кривой «усилие-перемещение» которой находится в пределах доверительного интервала кривой «усилие-перемещение» экспериментальной оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге, по выполненной математической модели оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге строят математическую модель оценки сопротивления разрушению металлического материала конструкции при антиплоском сдвиге из материала, соответствующего материалу пластинчатого металлического образца, для оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что при построении математической модели оценки сопротивления разрушению металлического материала при антиплоском сдвиге производят ее калибровку, включающую серию расчетов с варьированием ее управляющих параметров и с записью соответствующих расчетных кривых «усилие-перемещение», при этом подбор управляющих параметров модели осуществляют с учетом отклонения расчетных кривых «усилие-перемещение» от экспериментальных в пределах доверительного интервала.

10. Способ по п. 8 или 9, отличающийся тем, что границы доверительного интервала берут с доверительной вероятностью не менее 95%.

11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что в качестве управляющих параметров применяют деформацию разрушения или предел прочности.