Способ определения повреждаемости металла конструкции Советский патент 1991 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к механическим испытаниям, к способам определения повреждаемости металла конструкции в условиях усталости и ползучести.

Цель изобретения - повышение точности за счет учета момента перехода микр одефектов в микротрещину.

На фиг. 1 показаны зависимости от температуры коэффициентов поперечного сужения при двух временах наработки; на фиг. 2 - зависимости коэффициента сужения от числа циклов наработки при различных уровнях нагрузки для стали 12 X 1 МО.

Устройство для реализации способа представляет собой испытательную машину для циклических нагружений, позволяющую нагружать образцы растяжением-сжатием при повышенных температурах в жестком режиме, и снабжено средствами определения коэффициента поперечного сужения.

Способ реализуется следующим образом.

При времени наработки Јj вырезается из исследуемой конструкции металл для изготовления гладких цилиндрических образцов с соотношением длины к диаметру 10. Количество образцов не менее 8 шт. На разрывной машине по заданному режиму нагружения испытывают по два образца в диапазоне исследуемых температур. Режим нагружения задается по деформации (жесткий режим нагружения) и принимается на основании исследований реальных эксплуатационных режимов работы оборудования. При

О СП

ел

31

задании режимов испытания образца на разрывной машине должен имитироваться по крайней мере один цикл, включающий три фазы: нагружение, выдержку под нагрузкой, разгружение, при многократном повторении.

Не исключена возможность реализации и второго цикла, включающими ре жим частичной разгрузки. Опыты проводят до полного разрушения образцов и определяют предельный коэффициент У поперечного сужения.

Через промежуток времени, соответствующий времени наработки используе- мого металла Ј л , проводят повторные испытания по описанной методике.

Для различных времен наработки ф, и С г в заданном интервале температур Т строят кривые Ј(Т).

В зоне экстремума (фиг. 1) определяют изменение коэффициента сужения й(для различных времен наработки оборудования. Определив динамику изменения сужения по отношению к исходному состоянию, находят допускаемое количество N циклов работы элементов оборудования.

Ресурс повреждаемости металла от циклической нагрузки определяется как соотношение фактического количества циклов к допускаемому.

В предположениях о линейном суммировании повреждений, справедливости уравнения Коффина и уравнения малоцикловой усталости в виде

.. Јeu

i-e216cu

C™1 G| U

Ј«, Nt(-jЈX,

40

f

де m,m - параметры испытания материала на выносливость соответственно до появления и после появления микро- 45 трещины;

ЈQ{ - амплитуда пластической деформации;

. N, - базовое количество циклов

при испытании на МЦУ для 50 высокотемпературных металлов;

N 10000 циклов,

G 1V1 - предел выносливости мате 1 NO

риала; Сц - логарифмическая деформация

пластичности, ---ч

(jp/Ј - текущее значение коэффициента поперечного сужеч ния (равномерная часть), можно получить значение числа циклов до появления микродефекта как точку перелома на кривой N- Ј,

Использовав уравнение Мэнсона для связи напряжений 0 с пределом выносливости

,

можно получить зависимость долговечности от & (f как параметра повреж-1 денности.

Предположив, что ( « 1, получают

25L. 1п()

ш-та 4

- исходное значение коэффициента равномерности сужения;

(1)

5

0

5

0

В -

П p

5

0

5

постоянная величина для конкретной марки стали при заданном уровне амплитуды напряжений.

и м е р. Определяют ресурс повреждаемости тонкостенного высокотемпературного гиба 273x11 мм в растянутой зоне через 60 тыс.ч. Исходное состояние металла гиба в растянутой зоне соответствует норматив- кому с пластичностью 5%. Количество пусков-остановов, . Измеренная овальность 4%. Расчетные параметры среды: ,7 МПа, t 545°C.

Местные напряжения (МПа) в растянутой зоне с учетом овальности описываются уравнением

где (f 4 - коэффициент, учитывающий овальность;

1,088; °ви ,7 МПа.

По результатам горячих испытаний образцов на растяжение для исходного состояния и через 60 тыс.ч при жестком режиме нагружеиия по экспоненциальному закону, соответствующему изменению овальности гиба, получают значение изменения коэффициента равномерного сужения в зоне экстремума, равное 3,5%. Деформация пластичности металла гибов в растянутой зоне 5%.

Р

Вл

В соответствии с формулой (1) для стали 12 X 1 МО при 545°С для дискретного уровня напряжний строят зависимость (фиг. 2) допускаемого количества циклов от коэффициента равномерного сужения. При текущем значении ,,5% и напряжении 100 МПа допускаемое количество цик- тюв равно 800,0. Отсюда повреждае 450 п „ юсть гиба N ggQ 0,56.

Формула изобретения

Способ определения повреждаемости металла конструкции в условиях усталости и ползучести, заключающийся в том, что образцы из материала конструкции нагревают и циклически нагружают в жестком режиме при параметрах нагружения, соответствующих условиям эксплуатации конструкции, и определяют при различных температурах предельные коэффициенты поперечного сужения, по которым судят о повреждаемости металла конструкций, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности за счет учёта момента перехода микродефектов в микротрещину, определяют экстремальные значения зависимостей от температуры

5 предельных коэффициентов поперечного сужения при двух разных временах нагружения, а о повреждаемости судят по разности этих экстремальных значений.

Изобретение относится к механическим испытаниям и, в частности, к определению повреждаемости металла конструкции в условиях усталости и ползучести о Цель изобретения - повышение точности за счет учета момента перехода микродефектов в микротрещину. Образцы материала конструкции циклически нагружают и при двух временах наработки строят зависимости от температуры предельных коэффициентов поперечного сужения. Разность экстремальных значений коэффициентов поперечного сужения указанных зависи - мостей определяют в качестве характеристики повреждаемости конструкции. 2 ил. § (Л с

Фиг.1