Способ определения эквивалентного повреждающего действия циклических нагрузок Советский патент 1992 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к исследованию материалов и определению их способности сопротивляться росту трещин по параметрам рельефа излома в виде скосов от пластической деформации и может быть использовано для экспертных оценок нагру- женности элементов конструкций.

Цель изобретения - повышение точности путем учета погрешностей, связанных с эффектом туннелирования трещины.

На фиг. 1 представлено сечение пластины с указанием ширины ts, высоты th скоса от пластической деформации, угла наклона диагонали/3 и размера самой диагонали; на фиг. 2 - часть крестообразной пластины с центральным круговым отверстием с указанием разбиения на интервалы измерения и ориентировкой базы измерений в направлении исследования; на фиг. 3 - фрагмент сопряженных интервалов измерения угла наклона со смещением равномерной сетки за счет имеющегося уступа в пределах рассматриваемого первоначально установленного интервала приращения длины трещины.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример. Изготавливали плоские пластин ЬР крестообразной формы 1 с центральным отверстием из алюминиевого сплава Д16Т толщиной 5 мм. Методом конечных элементов оптимизировали форму пласти- ны 1 так, что в ее центральной части в пределах радиуса 20 мм реализовали поле равномерного напряженного состояния материала при внешнем воздействии. Осуще-s|

(Л

00

о

ствляли циклическое нагружение пластик по пульсирующему циклу и с асимметрией 0,2; 0,4; 0,6; 0,8.

В процессе циклического растяжений при уровне напряжения около 100 МПа проводили визуалоное слежение за распространением трещины и прекращали выращивание трещины в тот момент, когда она достигала границ зоны равномерного напряженного состояния материала в пределах радиуса 20 мм. Снимали каждую испытанную пластину с испытательной машины и помещали ее на универсальный измерительный микроскоп УИМ-23, причем в качестве измеряемой величины выбирали угол наклонг трещпчы базовому направлению развития разрушения,

В качестве базового направления роста трещины рассматривали плоскость, которая проходила через середину центрального отверстия перпендикулярно направлению растяжения образца. Для этого первоначально на образце проводили вертикальную линию, которая при нагружении образца соответствовала направлению нагружения, а далее после испытаний проводили по поверхности линию перпендикулярно указанной выше вертикали, которую ориентировали по диаметру центрального отверстия.

Для решения задачи определения угла наклона, по которому оценивали высоту скоса от пластической деформации, разбивали кривую в виде следа трещины по поверхности пластины на участки 2,0 мм (фиг, 2). Более мелкий интервал до 1,0 мм давал по предварительным оценкам аналогичный результат, но при этом существенно возрастала трудоемкость. Еще меньший интервал длин давал результат в области микроисследований, когда необходимо было проводить измерения при больших увеличениях. При этом возрастала не только трудоемкость, но в силу огромного количества информации терялась эффективность измерения углов.

В пределах каждого выбранного интервала измерений проводили аппроксимацию кривой прямой линией (фиг. 3), причем в некоторых случаях допускали разбивку менее 2 мм, когда попадал резкий перелом (фиг. 3). Тогда границы нового интервала определяли по точкам излома кривой фронта трещины и после этого участка снова возвращались к интервалу 2,0 мм,

Измерения проводили в отраженном свете, предварительно выставляя крестовину проекционным методом. Для этого фиксировали крестовину на столе микроскопа и ориентировали ее так, чтобы базовой для изменений угла была грань, параллельная выбранному первоначально базовому направлению, совпадающему с плоскостью роста трещины в срединных слоях материала. Затем точной подачей с помощью регулировочных винтов стола добивались, чтобы край крестовины совпал с горизонтальной линией сетки на своем всем протяжении.

После установки переходили к измерению угла. Для этого поперечной и продольной подачей микроскопа подводили под

0 перекрестие правый и левый участки трещины. Началом отсчета являлся край отверстия в центральной части крестовины, откуда брала свое начало трещина. После измерения угла с помощью окуляра передвигали

5 каретку в продольном базовому направлении на 2,0 мм. Поперечной подачей подводили границу предыдущего и следующего участков под перекрестие окуляра и измеряли угол на новом участке, Исследовали таG ким образом всю трещину слева и справа в пределах зоны равномерного напряженного состояния материала, после чего поворачивали крестовину и проводили аналогичные измерения с другой стороны крестовины с

5 обеих сторон от отверстия.

На основании измеренного угла последовательно по интервалам определяли высоту скоса последовательным суммированием определяемой величины на каждом интервале

0 по известным тригонометрическим соотношениям. Проводили усреднение результатов измерений для одноименных сторон пластины относительно центрального отверстия - четыре значения величины скоса

5 для каждого образца на сравнимой длине трещины относительно отверстия, Ставили в соответствие величине высоты скоса от пластической деформации величину коэффициента интенсивности напряжений и оп0 ределяли соответствующую поправку на асимметрию цикла, которая позволяла определить эффективную величину коэффициента интенсивности напряжения.

Достоверность проводимых оценок

5 уровня эквивалентного повреждающего действия нагрузок проводили по одному из испытанных крестообразных образцов, в котором асимметрия составила 0,6. Сопоставления определявшейся по изобретению

0 величины, зафиксированной по результатам тензометрирования, с расчетом показали совпадение в пределах 20%. Формула изобретения 1. Способ определения эквивалентного

5 повреждающего действия циклических нагрузок, заключающийся в том, что два плоских образца циклически нагружают при разных асимметриях циклов, определяют значения длины трещин и ширины скосов от пластической деформации, по соответствию

которых судят об эквивалентном повреждающем действии нагрузок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем учета погрешностей, связанных с эффектом туннелирования трещины, нагруже- ния прекращают до начала неустойчивого роста трещин и определяют на каждом образце зависимость от длины трещины угла между направлением развития трещины и перпендикуляром к направлению растяги0

вающего усилия в пределах зоны однородного напряженного состояния материала, с учетом соответствия которых судят об эквивалентном повреждающем действии нагрузок.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на каждом образце представляют высоту скоса, с учетом соответствия которых судят об эквивалентном повреждающем действии нагрузок.

Изобретение относится к испытаниям на усталость в условиях роста трещины. Цель изобретения - повышение точности путем учета погрешностей, связанных с эффектом туннелирования трещины. Материал циклически нагружают, выращивая трещину в пределах равномерного поля напряженного состояния или до перехода к нестабильному разрушению, проводят измерения высоты скоса от пластической деформации или угла наклона и устанавливают связь между высотой скоса и эффективным коэффициентом интенсивности напряжений, а в эксплуатационной детали измеряют высоту скоса, угол наклона диагонали скоса и об эквиваленте повреждающего действия нагрузка СУДРТ по установившимся связям на o6paav ющих высоты или диагонали скоса с эффективным коэффициентом интенсивности напряжений. 1 з.п. ф-лы, 3 ил

Фиг. 1 Направление нагрузки

базобая плоскость

(Srij

Направление нагрузки Фиг,

ffasofaa плоскость

(5л)

Направление нагрузка

i

Направление нагрузки Фиг.Ь

0,1мм 1пм 2мм 1.8мм 2мм