Способ испытания конструкций на усталостную долговечность Советский патент 1991 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к способам испытаний конструкций на усталостную долговечность.

Цель изобретения - повышение достоверности за счет учета изменения характеристик материала конструкций в процессе нагружения.

На фиг. I представлена бпок-схема системы управления устройства для реализации способа; на фиг. 2 - вид эксплуатационного закона нагружения; на фиг.З - диаграммы предельных амплитуд для определения поврежденнос- ти конструкций.

Устройством для реализации способа служит испытательная машина позволяющая нагружать конструкцию нерегулярной циклической нагрузкой. Система управления устройством содержит

блок 1 ввода нерегулярного (случайного, соответ ствующего условиям эксплуатации конструкции) спектра нагружения, связанный с ним блок 2 определения текущих значений амплитуды и среднего напряжения (или текущего коэффициента асимметрии цикла) , блок 3 определения степени поврежденноегн. В качестве параметра повреждешюстн может, например,определяться текуицш предел выносливости. С блоками-2 и 3 связан блок 4 сравнения, с которым связан блок 5 исключения неповреждающих циклов и периодов их действия. С блоком 5 связан блок 6 управления стендом. Конструкция 7 связана с помощью датчиков напряженно-деформационного состояния, связанных с блоком 3, блоком 8 расчета усталостной долгоз

ND v

N

J16

вечности. Блоки 2-5 и 8 могут входить в состав ЭВМ.

.Способ реализуют следующим образом.

Исходная запись, напрчмер магнитограмма, эксплуатационного случайного

спектра нагружен™ вводится в управляющую испытательным стендом ЗИМ, определяются экстремумы Одщкс и GMKIM каждого полуцикла и вычисляются среднее значение и амплитуда действующих напряжений по формулам

Изобретение относится к испытаниями, в частности к способам испытаний конструкций на усталостную долговечность. Цель изобретения - повышение достоверности за счет учета изменения характеристик материала конструкции в процессе нагружения. Конструкцию подвергают случайному циклическому нагружению. Перед каждым циклом определяют уровень поврежда яцей нагрузки, т.е. изменяющей долговечность с учетом текущей поврежденное- ги конструкции и коэффициента асимметрии последующего цикла. Циклы, уровень которых ниже повреждающего, пропускают. 3 ил. SS

GW

макс 1 +0

ЛЛ11Ч j

Предварительно в память машины заносится совокупность диаграмм предель irux амплитуд, заданная в графической (табличной) форме и характеризующая снижение сопротивления усталости - объекта от первоначального дефектного состояния (линия Ац-8|) до разрушения (лишш АП-ВП) . Диаграммы могут быть построены экспериментально пли аналитически по справочным данным для материатов (деталей, конструкций) с использованием известных математических уоделейс Вычисленные параметры (Jp,; и (Jq; сопоставляются с предельными значения м в данный момент времени, соответствующий числу циклов И; . Если точка С, находится ниже линии А{-3,, значит рассматриваемый полуцикл является неповреждающим и он исключается из программы нагружения, соответственно исключается и время его действия. В случае превышения точки Cj над предельной линией амплитуда С0; при данном (5,; ппосят усталостное повреждение, управляющие сигналы от ЭВМ передаются на нагружающие устройства и эти напряжения воспроизводятся па стенде.

Исходная магнитограмма действующих нагрузок соответствует определенной наработке t конструкции в эксплуатации, выраженной в моточасах, километрах пробега и т.д. Она должна статически полно представлять типовые режимы функционирования машины. В этом случае стендовые испытания проводятся путем многократного повторения эквивалентных ускоренных блоков иагружения, а усталостная долговечность Т определяется перемножением числа блоков 1. до предельного состояния детали на эквивалент t Т- fl.t.

Весь процесс анализа эксплуатационной нагруженностн, формирования ускоренных режимов стендовых испытаний и оценки усталостной долговечности

G

5

0

5

0

5

0

5

0

5

. макс v -Омни i ( - --

реализуется с помощью пакета прикладных программ на серийной испытательной технике с управлением от ЭВМ.

Пример. Испытано три партии по 10-15 стандартных образцов из стали 40Х. В качестве исходного блока принята магнитограмма нагруженности деталей автомобиля, соответствующая дороге с булыжным покрытием и содержащая 25440 экстремумов. После обработки по методу трека (см. прототип) при 12%-ном отфильтровывании малых амплитуд в выбранной реализации осталось 1316 экстремумов.

Результаты приведены в таблице.

Сравнение данных с помощью статических критериев показывает, что циклическая долговечность стали ДОХ при копировании эксплуатационного процесса и ускоренном испытании по предлагаемому способу относится к одной генеральной совокупности, т.е. различие результатов статически незначительно. Вместе с тем, способ-прототип дает завышенные оцешси долговечности порядка 40% не в запас прочности.

Формула изобретения

Способ испытания конструкций на устатостную дэлгоьечность, заключающийся в том, что конструкцию нагружают случайной циклической нагрузкой, параметры которой соответствуют эксплуатационной нагрузке, определяют уровень, повреждающей конструкции нагрузки, нагружение осуществляют таким образом, что цикл, в котором уровень нагрузки ниже повреждающего, заменяют циклом с нулевой амплитудой, а о долговечности конструкции судят по суммарному числу циклов нагружения, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности за счет учета изменения характеристик материала конструкции в процессе нагружения, перед каждым циклом нагружения определяют текущий коэффициен асимметрии цикла и па- раметр поврежденное™ конструкции, а уровень повреждающей конструкцию

Среднее число блоков до разрушения

132

Средняя продолжительность испытаний, ч

нагрузки определяют передКсчждым циклом с учетом его текущегокоэффициента асимметрии и параметраповрежден- ности конструкции.

147

186

13,2

4,9

4,3

Фм.1

О

- п

/m/7i

Фиг. 2

т

Фиг.Ъ