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

Изобретение относится к исследованию материалов и элементов конструкций после их испытания или после разрушения в реальных условиях эксплуатации в результате многофакторного, многопараметрического воздействия и может быть использовано для определения способности материала сопротивляться росту усталостных трещин в тех случаях, когда другими способами визуального анализа кинетики трещин, маркирования и др, не представляется возможным провести анализ закономерности развития разрушения.

Цель изобретения - повышение достоверности путем учета возможного изменения механизма повреждаемости материала при переходе стадий роста трещины.

На фиг. 1 приведено сечение детали у наружной поверхности со скосом от пластической деформации и указана его измеряемая величина; на фиг. 2 - схема закономерности формирования скосов от пластической деформации по стадиям и этапам paspymenhp в направлении роста усталостной трещины, когда реализованы все возможности материала сопротивляться росту усталостной трещины, с указанием пороговых величин скосов (ts)i и (ts)2.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример. Плоские имитационные мо дели крестообразной формы подвергали одноосному и двухосному нагружению с асимметрией цикла на специально разработанном приспособлении. Модели изготав4

СЛ

оэ

ливали из алюминиевого сплава Д16Т. Уровень напряжения, раскрывающего усталостную трещину, составил 100 МПа, а соотношение главных напряжений меняли в интервале -1+1.

Предварительный расчет моделей методом конечных элементов показал, что в середине моделей в пределах радиуса 20 мм реализуется равномерное поле двухосного напряженного состояния материала. Поэтому все результаты измерений относятся только к этой контролируемой по напряженному состоянию зоне исследуемого материала. В процессе испытаний доводили модели до разрушения. Вырезали часть излома в пределах срединной части имитационной модели радиусом 20 мм, причем плоскость разреза располагали параллельно плоскости излома в срединной части имитационной модели. Фиксировали длину трещины и проводили измерения ширины скосов от пластической деформации, после чего устанавливали зависимость ширины скосов от пластической деформации от эквивалентного коэффициента интенсивности напряжений. Величину эквивалентного коэффициента интенсивности напряжений определяли на основании измерения длины трещины, соотношения главных напряжений и уровня напряжения, раскрывающего трещину, по формуле

(A)-f(R)-f(l)%f;l), 0) где а0 уровень напряжения, раскрывающего трещину;

f(A)- поправка на соотношение главных напряжений плосконапряженного состояния материала в вершине трещины, которую определяют с учетом измерений напряженного состояния в пределах центральной зоны имитационной модели;

f(l) - поправка на асимметрию цикла;

f(R) - поправка на геометрию трещины;

7Э - эквивалентное напряжение.

До установления зависимости (1) проводили фрактографию излома и определяли на растровом электронном микроскопе КВИКСКАН-100 границы перехода от стадии начального роста трещин с формированием псевдобороздчатого рельефа излома к стадии формирования в изломе усталостных бороздок (ls)i, а далее определяли длину трещины, отвечающую переходу к ускоренному росту по величине шага усталостных бороздок 2, м(18}2. Каждой из указанных длин трещин ставили в соответствие величины измеренных ширин скосов от пластической деформации соответственно (ts)i и (ts)2. Третью пороговую величину ширины скоса (т3)з, отвечающую переходу к

нестабильному росту трещины, не рассматривали, так как для использованных имитационных моделей и уровня напряжений 100 МПа переход к нестабильности происходил

за пределами зоны равномерного напряженного состояния материала.

Во всех образцах ширина скоса от пластической деформации в виде пороговой величины составила (ts),28 мм и (13),32 мм.

В пределах установленных границ получили общую зависимость Кэ в виде

ts (Кэ/оь.2Г

(2)

Указанную зависимость в установленных границах (ts)i и (ts)2 использовали для

определения эквивалента повреждающего действия нагрузки в обшивке элемента конструкции воздушного судна из сплава Д16Т. Для этого по излому обшивки толщиной 4,5 мм измеряли скосы от пластической деформации и выявили интервал изменения их ширины в пределах (ts)i и (ts)2. Далее проводили фрактографию излома на растровом микроскопе, на основании которой провели уточнение реализованных границ

смены механизма роста трещины в анализируемом элементе конструкции и соответствующих им длин трещин, а также подтверждали стационарный характер режима распространения усталостной трещины, что позволяет

использовать в определении уровня эквивалентного напряжения соотношение (2). После этого на основании измерений ширины скосов от пластической деформации и на основании испытаний образцов из обшивки, на которых определяли предел текучести материала, получили следующую величину уровня эквивалентного напряжения в обшивке 142+21 МПа.

Изобретение позволяет измерять длины

трещин и ширины скосов от пластической деформации для установления эквивалента повреждающего действия циклических нагрузок на материал по зависимостям ширины скоса от эквивалентного коэффициента

интенсивности напряжений в выявляемом интервале пороговых величин скосов от пластической деформации, в котором установлена указанная зависимость для любых условий многопараметрического циклического воздействия на материал.

Формула изобретения 1. Способ определения эквивалентного повреждающего действия циклических нагрузок, заключающийся в том, что партию

образцов материала циклически нагружают соответственно при многопараметрическом и однопараметрическом напряженных состояниях до разрушения и определяют Е каждом образце значения длины трещины и

ширины скосов от пластической деформации, по соответствию которых у образца, нагруженного при многопараметрическом напряженном состоянии, и образца, нагруженного при однопараметрическом напряженном состоянии, судят об эквивалентном повреждающем действии нагрузок, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности путем учета возможного изменения механизма повреждаемости материала при переходе стадий роста трещины, в каждом образце определяют скорость роста трещины и зоны ее скачкообразного изменения, по дислокации которых определяют зоны перехода стадий роста трещины, значения длины трещины и ширины скоса определяют на каждой стадии, а об эквивалентном повреждающем действии нагрузок судят с учетом их пороговых значений на каждой стадии.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после разрушения каждого образца определяют в нем зоны скачкообразного изменения скорости изменения ширины скоса, по расстоянию которых от соответствующих зон скачкообразного роста скорости роста трещины судят о погрешности определения эквивалентного повреждающего действия

циклической нагрузки.

Изобретение относится к испытаниям на усталость в условиях многофакторного воздействия. Цель изобретения - повышение достоверности путем учета возможного изменения механизма повреждаемости материала при переходе стадий роста трещины. Материал циклически нагружают, доводят до разрушения, проводят измерение ширины скосов пластической деформации, устанавливают границы интервалов сохранения неизменной связи между шириной скосов от пластической деформации и эффективным коэффициентом интенсивности напряжений и определяют пороговые величины ширины скосов, а в анализируемом материале после разрушения определяют длины трещин, отвечающие пороговым величинам скосов, внутри интервалов определяют эквивалент повреждающего действия нагрузок по установленным связям. 1 с.п. ф-лы, 2 пл.

ФИГ. 1

Фиг. 2