Способ определения характеристики неупругости материала Советский патент 1990 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к исследованиям физико-механических свойств материалов, а именно к способам определения характеристики неупругости материалов при их циклическом деформировании.

Цель изобретения - расширение номенклатуры исследуемых материалов за счет повышения разрешающей способности способа.

На фиг.1 изображены графики изменения напряжения о , продольной деформации е и поперечной деформации е во времени t; на фиг.2 - экспериментальные зависимости относительного рассеяния энергии от амплитуды напряжения о (от продольной деформацииЕО) для стали 1Х12Н2ВМФ, полученные предлагаемым способом (штриховая линия) и способом

свободных затухающих колебаний образца (сплошная линия).

Способ осуществляют следующим об- разом.

На образец из исследуемого материала в окрестности какой-либо точки его поверхности прикрепляют какие-либо датчики продольной и поперечной деформации, например, приклеивают беспетлевые проволочные или фольговые тензорезисторы и подвергают образец циклическому гармоническому деформированию в условиях ли- нейного напряженного состояния, например, с помощью электромагнита воз- буждают его продольные или изгибные колебания. Снимаемые с датчиков продольной И поперечной деформаций электрические сигналы усиливают, подают их на фазоизмерительное устройство и изел

00

сл

ю

меряют сдвиг фаз (р между ними при фиксированном значении амплитуды продольной деформации еь..

Затем вычисляют характеристику -ф неупругости материала, соответствующую данной амплитуде деформации ЕО по формуле

) 47ry:L sin « 4jry-:L Д1)

где (р - сдвиг фаз между поперечной и продольной деформациями;

fi - коэффициент Пуассона.

Формула (1) получена следующим образом. Учитывая возникновение петли деформационного гистерезиса за счет различного соотношения между упругой и неупругой составляющими для деформаций в продольном и поперечно направлениях, полагают, что эффект наличия сдвига фаз между напряжением и деформацией в какой-либо точке циклически деформируемого материала обусловливается отставанием по фазе неупругой составляющей деформации от упругой составляющей, т.е. при синусоидальном законе изменения во времени напряжения:

a obsin wt,

где оь - амплитуда напряжения; О) - угловая частота;

t - время.

Изменение деформации во времени можно представить в виде

е Х sin(Wt 4-eS sin (йл -f-a) eosin(urt+у), (2)

где Е , о и Со - амплитуда упругой и неупругой составляющих и полной деформации соответственно;

а- сдвиг фаз между неупругой и упругой составляющими деформации;

у - регистрируемый сдвиг фаз между Деформацией и напряжением, по значению которого определяется характеристика неупругости материала, при этом, учитывая

малость у И eS )

to (еХ ) + (eS ) + lei S cosa .

,(3)

y arctg/f l -sina. e -beScosa

(4)

Далее поперечную деформацию в рассматриваемой точке материала представим в виде

,

где // и/г -коэффициенты поперечной деформации для ее упругой и неупругой составляющих соответственно.

Значение коэфф11циента р. близко зна- чению коэффициента // Пуассона, определяемому при малых деформациях (а /г), а значение коэффициента Д близко к 0,5 (//«0,5).

Тогда закон изменения поперечной де- формации во времени можно записать следующим образом;

sinon-Ь sin(ftrt-Ьа) о sin(cot + Д) БО sin(wt +Y+ (, (5)

15

где ЕО - амплитуда полной поперечной деформации, равная

(й)

cos«

/iEo :

yS- сдвиг фаз между поперечной деформацией и напряжением а, равный

25 arctg / fSslna

р -Ь/гЕЙ cosa

Л. /г ЕО

slnct;

(6)

р - регистрируемый сдвиг фаз между поперечной и продольной деформациями, при этом

у-/3.-(7)

Для определения значения характеристики неупругости материала;

27rsinx 27rx,(8)

необходимо установить связь между у и у. Из сравнения выражений (4) и (6) с учетом (7) следует, что

(9)

Таким образом, зная сдвиг фаз tp между поперечной и продольной деформациями, получим, используя выражения (8) и (9), формулу (1) для определения характеристики if) неупругости материала - относительного

рассеяния энергии ij) в окрестности рассматриваемой точки;

.,

где AW - необратимо рассеянная энергия в единице объема материала за цикл его деформирования с амплитудой деформации ЕО (напряжения оь);

W - удельная энергия упругой деформации материала

(W aoeo).

Определение характеристики и неупругости материала - относительного рассеяния энергии в материале призматического образца из стали 1Х12Н2ВМФ при его продольных колебаниях по предлагаемому способу и по апробированному методу свободных затухающих колебаний образца при различных значениях амплитуды продольной деформации ЕО в окрестности рассматриваемой точки на поверхности образца показало хорошую сопоставимость полученных результатов (фиг.2). что подтверждает достоверность определния характеристики неупругости материала по предлагаемому способу.

Предлагаемый способ, обладая высокой разрешающей способностью за счет независимости выражения для характеристики неупругости материала от величины амплитуды деформации, позволяет определять характеристики неупругости весьма

широкого круга материалов при сравнительно малых амплитудах деформации

(е 1 10 ) и материалов с относительно невысоким рассеянием энергии-( ) при любой амплитуде деформации.

Формул а и 30бретени я Способ определения характеристики неупругости материала, заключающийся в том, что образец материала подвергают циклическому гармоническому деформированию, регистрируют продольную и поперечную деформации одного из участков его поверхностного слоя и определяют характеристику неупругости материала, отличающийся тем, что, с целью расширения номенклатуры исследуемых материалов за счет повышения разрешающей способности, определяют сдвиг фаз между продольной и поперечной деформациями указанного участка, по величине которого судят о характеристике неупругости.

Изобретение относится к способам определения характеристики неупругости материалов при их циклическом деформировании и позволяет расширить номенклатуру исследуемых материалов за счет повышения разрешающей способности. На образец из исследуемого материала в окрестности какой-либо точки его поверхности прикрепляют датчики продольной и поперечной деформаций, подвергают образец циклическому гармоническому деформированию в условиях линейного напряженного состояния, например с помощью электромагнита возбуждают его продольные или изгибные колебания. Сигналы с датчиков усиливают, подают на фазоизмерительное устройство, измеряют сдвиг фаз между продольной и поперечной деформациями при фиксированном значении амплитуды продольной деформации и вычисляют характеристику неупругости материала, соответствующую данной амплитуде продольной деформации. 2 ил.

,f)

.eft)

б.мпа