Способ исследования механических свойств конструкционных материалов с учетом истории нагружения Советский патент 1992 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к исследованию прочностных свойств твердьГ материалов.

Известен способ исследования механических свойств конструкционного материала с учетом истории нагруженйй, который заключается в том, что стандартный образец-заготовку испытывают по За - данной программе. Затем из него вырезают стандартные образцы, имеющие одинаковую историю изменения напряженно-деформированного состояния. На этих образцах определяют механические свойства материала. Если на образце-заготовке нанести концентратор, то из него

можно вырезать стандартные образцы, имеющие разную историю нагружения.

Известен также способ, заключающийся в том, что образец в форме цилиндрического стержня с кольцевой канавкой в рабочей части растягивают до определенной степени пластической деформации, после чего профиль кольцевой канавки механической обработкой корректируют, а затем образец вновь растягивают вплоть до разрушения

Наиболее близким техническим решением является способ заключающийся в том, что на первом этапе образец без концентратора напряжений нагружают до заданного значения усилия; затем выполняют на образце концентратор напряжений, поеле чего увеличивают нагрузку на образец вплоть до его разрушения.

Однако известный способ имеет следующий недостаток. Концентратор на образце выполняется в виде трещины, вследствие чего вид напряженно-деформированного состояния в зоне концентратора на втором этапе нагружения в значительной степени предопределен толщиной образца. Этот способ предназначен для исследования закономерностей, связанных с возникновением и развитием трещины в образце материала, и не может быть использован для оценки влияния истории нагружения на другие аспекты механического поведе 1мя пластичных материалов: сопротивление пластическому деформированию, кратковременная и длительная статическая прочность, предельная пластичность, ползучесть, малоцикловая усталость и др.

Цель изобретения - расширение диапазона напряженных состояний при испытаниях на стандартных разрывных машинах на втором этапе испытания.

Поставленная цель достигается тем, что используют плоские образцы толщиной t и шириной Ь; на первом этапе испытание осуществляют при одноосном нагружении одинаковых образцов вдоль их продольной оси до различной для каждого образца величины деформации. Перед вторым этапом испытания каждый образец разгружают и на его широких гранях рабочей части выполняют симметрично два плоских надреза, наклоненных под острым углом Ок продольной оси образца, на глубину 6 и шириной 1. Указанные размеры надрезов определяются по приведенным ниже формулам. Угол наклона надрезов назначают в зависимости от требуемого вида напряженного состояния в зоне надрезов на втором этапе испытания.

На фиг.1 изображена схема первого этапа испытания призматического образца; на фиг.2 - схема второго этапа испытания того же призматического образца после выполнения на его широких гранях двух наклоненных симметричных надрезов; на фиг.З - сечение А-А на фиг,2.

Величина угла наклона ©симметричных надрезов к продольной оси образца определяется из равенства

г/а ctg 0.. (1)

Отношение между касательным ги нормальным а напряжениями, действующими в сечении образца вдоль надрезов, регламентировано программой сложного нагружения для данного образца. Из формулы (1) следует, что 0 0 90°.

Призматический образец изготавливают, как правило из листового или полосового материала.

Ширина образца равна Ь, а его толщина

в рабочей части равна t (фиг.1). Наклонные

симметричные надрезы 1 и 2 выполняют иа

широких гранях 3 и А образца (фиг.2 и 3).

Толщина призматического образца в зоне

наклонных надрезов должна быть такой,

0 чтобы, во-первых, площадь сечения образца

вдоль надрезов была не больше площади

поперечного сечения образца в зоне без

надрезов, т.е.

t - 2 5 bt,(2)

5 а, во-вторых, длина надрезов L должна удовлетворят ь условию

L 10(t-2(5).(3)

чтобы с достаточной для инженерной практики точностью исключить влияние на результаты испытаний локальной неоднородности напряженно-деформированного состояния на концах надрезов, примыкающих к боковым граням образца, Учитывая, что

L-b/sin 0,(4)

из условия (2) получаем

д 0,5(b-tsin 0),(5)

а из условия (3)

д 0,5(b-b/10sln 0),(6)

Приравняв правые части неравенств (5) и (6), получаем

© - arcsln fb/10t.(7)

При 0 0t величину д следует определять по формуле (5), а при 0 0 - по формуле (6). Формулы (5) и (6) можно объединить одной формулой

,5( 0), еслиО © 0,

(8)„

0,5 (Ь - b/10 sin 0), если 0с 0 90

Например, при Ь 15 мм, 1 3 мм угол . Пусть по программе нагружения на

втором дтапе задано - 2. Тогда из формулы Ј1) находим 0 26,5°, Поскольку 0

5 ®; по Ф°РмУле (8) получаем д 0,83 мм.

Минимальная ширина 1 надрезов (без учета переходных галтелей, фиг. 3} должна быть такой, чтобы отсутствовало влияние переходных галтелей на напряженно-дел формированное состояние в среднем сечении вдоль надрезов. Этому требованию в соответствии с принципом Сен-Венанэ удовлетворяет условие

l (3...5)().(9)

5 В случае действия на образец с надрезами на втором этапе растягивающей нагрузки, как показано на фиг.2, размер выполняют ближе к верхней границе диапазона, определяемого условием (9), а в случае действия сжимающей нагрузки - ближе к

0

5

0

5

0

нижней границе. Кроме того, чтобы предотвратить потерю устойчивости тонкой перемычки в зоне наклонных надрезов при действии осевой сжимающей нагрузки, ис- пы гание образца можно производить в специальном приспособлении, которое должно предотвратить смещение двух половин образца в направлении его толщины и не ограничивать относительное поперечное смещение этих половин образца в направлении его ширины, поскольку оно неизбежно происходит вследствие деформации сдвига вдоль наклонных надрезов.

Выполнение надрезов необходимо производить на фрезерном или строгальном станке с последующей обработкой на шлифовальном станке. Ввиду относительно малой толщины образца в зоне надрезов режимы механической обработки должны быть минимальными, с обильным охлаждением зоны обработки эмульсией, чтобы предотвратить структурные превращения в материале образца и максимально снизить глубину наклепанного поверхностного слоя.

Формула изобретения Способ исследования механических свойств конструкционных материалов с учетом истории нагружения. по которому испытывают образцы материала по различным

0

5

0

5

0

программам нагружения, состоящим из двух этапов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона напряженных состояний при испытаниях на стандартных разрывных машинах, используют плоские образцы толщиной t и шириной Ь, на первом этапе испытание осуществляют при одноосном нагружении одинаковых образцов вдоль их продольной оси до различной для каждого образца величины деформации, перед вторым этапом испытания каждый образец разгружают и на его широких гранях рабочей части выполняют симметрично два плоских надреза, наклоненных под острым углом ©к продольной оси образца на глубину б и шириной I, выбираемым из соотношений 0 arcctg(r/cr)

ft sin 0,еслиО 0 0 Ь-2д )

b/10 sin 0, если 0 0 л/2

-(3.,.5)(t-2d).

где 0 arcs nVb7lOt;

г и о- касательное и нормальное напряжения в сечении надрезов на втором этапе нагружения,

а испытание на втором этапе нагружения осуществляют одноосным нагружением вдоль продольной оси образца вплоть до разрушения.

Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения - расширение диапазона напряженных состояний при испытаниях на стандартных разрывных машинах. Испытывают образцы материала по различным программам нагружения, состоящим из двух этапов Используют плоские образцы толщиной t и шириной Ь. На первом этапе испытание осуществляют при одноосном нагружении одинаковых образцов вдоль их продольной оси до различной для каждого образца величины деформации. Перед вторым этапом испытания каждый образец разгружают и на его широких гранях рабочей части выполняют симметрично два плоских надреза, наклоненных под острым углом © к продольной оси образца на глубину 5 и шириной I, величины которых удовлетворяют соотношениям 0 arcctg (г/о); (Ь-2 5) t sin 0если 0 G 0 или (Ь-2д) b/10 sfn 9, если 0 $ . I (3.. 5) (t - 2(5), где 0 arcsin (/ bTWt; с и а - касательное и нормальное напряжения в сечении надрезов на втором этапе нагружения, а испытание на ётором этапе нагружения осуществляют одноосным нагруженном вдоль продольной оси образца вплоть до разрушения. 3 ил.

Фиг.1

Фиг 2

А-А