Установка для исследования кинетики усталостных трещин Советский патент 1990 года по МПК G01N3/32 

ел ю

N

Оч

00

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для исследования прочностных свойств материалов, и может быть использовано для усталостных испытаний образцов материалов и элементов конструкций с развивающимися дефектами типа трещин.

Цель изобретения - повышение точности при определении порогового значения коэффициента интенсивности напряжений путем обеспечения плавного снижения уровня циклической нагрузки и уменьшения влияния нагревания образца на результаты испытаний.

На фиг.1 изображена блок-схема уста- новки; на фиг.2 - график зависимости изменения коэффициента интенсивности напряжений от относительной длины трещины на различных режимах испытаний; на фиг.З - график напряжений, пропорциональных величинам смещения берегов трещины и циклической нагрузки.

Установка .содержит колебательную систему, выполненную в виде возбудителя 1 колебаний, установленного на нем динамометра 2 с тензорезистором 3 и настроечных масс 4 с захватами для крепления образца 5. систему автоматической настройки частоты колебаний, состоящую из последовательно соединенных датчика 6 частоты колебаний, фазовращателя 7, управляемого усилителя 8, полосового фильтра 9 и усилителя 10 мощности. Система задания режимов нагружения включает последовательно соединенные частотомер 11. вход которого подключен к выходу датчика 6 частоты, коммутирующее устройство 12. логическое устройство 13, схему 14 сравнения, выход которой соединен с входом управляемого усилителя 8. и детектор 15. вход которого подключен к тензорезистору 3. Для записи параметров испытаний предназначен регистрирующий прибор 16, соединенный с выходами логического устройства 13 и детектора 15.

Установка снабжена датчиком 17 смещения берегов трещины, вторым детектором 18, вход которого подключен к датчику 17 смещения берегов трещины, а выход - к регистрирующему прибору 16, и переключателем 19 режимов работы с четырьмя входами I - IV и двумя выходами. Первый вход переключателя 19 соединен с выходом логического устройства 13, второй и третий входы -. с выходом первого детектора 15, а четвертый - с выходом второго детектора 18. Первый и второй выходы переключателя 19 подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам схемы 14 Сравнения.

Установка работает следующим образом.

Образец 5 с настроечными массами 4 закрепляют в захватах установки. При вклю- 5 чении источников питания (не показаны) возникают автоколебания колебательной системы установки. соответствуюш,ие третьей форме продольных резонансных колебаний. Эти автоколебания поддержива- 10 ются системой автоматической настройки частоты колебаний, образующей систему положительной обратной связи, для чего перед началом испытаний фазовращателем 7 подбирают фазу поступающего на вход воз5 будителя 1 колебаний напряжения. Управляемый усилитель 8 имеет характеристику, соответствующую примерно обратно пропорциональной зависимости управляемого напряжения от коэффициента усиления. Уп0 равляемое напряжение, вырабатываемое схемой 14 сравнения, пропорционально разности ее входных напряжений.

Установка может быть использована для нагружения образца 5 при различных

5 режимах. В положениях I и III переключателя 19 режимов работы испытания проводятся на режимах А и Б (фиг.2), определяемых соответственно стабильным и ступенчато снижающимся уровнями циклической на0 грузки, которые задаются программно с помощью коммутирующего устройства 12 и логического устройства 13, а в положениях переключателя II и IV достигается плавное снижение коэффициента интенсивности на5 пряжений в соответствии с режимом В.

В режиме плавного снижения коэффициента интенсивности напряжений (фиг.2, кривая В) переключатель 19 переводится в положения II и IV. В этом режиме входными

0 напряжениями схемы 14 сравнения являются напряжения иД и Up, пропорциональные соответственно величинам смещения берегов трещины и циклической нагрузки.

Работа установки поясняется с по5 мощью графиков, приведенных на фиг.З. В начале испытаний при длине трещины 0.18 разность входных напряжений UA-UP AUHAZ, при длине трещины 0,19 - ид - Up AUi и т.д. Таким образом, в процессе роста трещины разность входных напряжений плавно возрастает, хотя оба напряжения уменьшаются. Эта возрастающая разность напряжений после схемы 14 сравнения воздействует на управляемый усилитель 8 и пропорционально снижает величину циклической нагрузки, достигающей пороговой величины Р2 Рпор, при которой рост трещины не обнаруживается. По этим данным и измеренной длине трещины, соответствующей нагрузке Ррор. определяется пороговое значение коэффициента интенсивности напряжений

uK,.y(2fe,)

где b и d - ширина и толщина образца 5 соответственно;

fnop - пороговая длина усталостной трещины;

2

(ЬП корректирующая функция.

В режимах плавно возрастающего или стабилизированного коэффициента интенсивности напряжений (фиг.2, кривые А и Б соответственно) переключатель 19 переводится в положения I и III. При этих режимах коммутирующее устройство 12 и логическое устройство 13 в соответствии с задаваемой программой вырабатывают стабильное или ступенчато убывающее опорные напряжения Uon. Входными напряжениями схемы 14 сравнения являются Uon и Up и она отрабатывает такую величину циклической нагрузки, при которой напряжение Up мало отличается от Uon, т.е. опорным напряжени- ем задается величина циклической нагрузки.

Таким образом, при стабильном опорном напряжении коэффициент интенсивности напряжений при развитии трещины плавно возрастает, а при ступенчатом уменьшении нагрузки - существенно стабилизируется.

Установка позволяет повысить точность определения порогового значе ния коэффи- 3 циента интенсивности напряжений

Формула изобретения Установка для исследования кинетики усталостных трещин, содержащая колеба0,f 0,2 0,3 0,it 0,S

Фие.2

25

30

5

10

15

20

0

тельную систему, выполненную в виде возбудителя колебаний, установленного на нем динамометра с тензорезистором. и настроечных масс с захватами для крепления образца, систему автоматической настройки частоты колебаний, состоящую из последовательно соединенных датчика частоты колебаний, фазовращателя, управляемого усилителя, полосового фильтра и усилителя мощности, систему задания режимов нагру- жения. включающую последовательно соединенные частотомер, вход которого подключен к выходу датчика частоты, коммутирующее и логическое устройства, схему сравнения, выход которой соединен с входом управляемого усилителя, и первый де- тектор. вход которого подключен к тензорезистору. и регистрирующий прибор соединенный с выходами логического устройства и детектора, отличающаяся тем. что. с целью повышения точности при определении порогового значения коэффициента интенсивности напряжений путем обеспечения плавного снижения уровня циклической нагрузки и уменьшения влияния нагревания образца на результаты испытаний, она снабжена датчиком смещения берегов трещины, вторым детектором, вход которого подключен к датчику смещения берегов трещины, а выход - к регистрирующему прибору, и переключателем режимов работы с четырьмя входами и двумя выходами, первый вход которого соединен с выходом логического устройства, второй и третий входы - с выходом первого детектора, а четвертый - с выходом второго детектора, а первый и второй выходы переключателя подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам схемы сравнения.

и,, и,, В

Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения - повышение точности при определении порогового значения коэффициента интенсивности напряжений путем обеспечения плавного снижения уровня циклической нагрузки и уменьшения влияния нагревания образца на результаты испытаний. Установка содержит колебательную систему с возбудителем 1 колебаний образца 5, систему автоматической настройки частоты с датчиком 6, фазовращателем 7, управляемым усилителем 8, полосовым фильтром 9 и усилителем 10 и систему задания режимов нагружения с переключателем 19 режимов работы с четырьмя входами I-IV и двумя выходами. При положениях входов I и III переключателя 19 испытания проводят со стабильным и ступенчато снижающимся уровнями нагрузки, при положении входов II и IV - с плавно снижающимся коэффициентом интенсивности напряжений. 3 ил.

V°a -

9иг. 5

Р.