Способ определения верхней границы упругого гистерезиса материала Советский патент 1992 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к механическим испытаниям металлических материалов и может быть использовано для измерения упругих и неупругих свойств материалов при статическом и динамическом знакопеременном нагружении.

Известен способ определения упругого гистерезиса, согласно которому свободный конец консольно закрепленного образца из тонколистового материала устанавливают в захвате с зазором, достаточном для нарушения контакта между захватом и образцом. Прикладывают к свободному концу образца знакопеременный изгибающий моменте помощью привода. В момент прохождения захватом нейтрального положения привод выключают. После этого измеряют остаточный прогиб образца, по величине которого рассчитывают значение упругого гистерезиса.

Однако этот способ позволяет определить только момент конца упругого гистерезиса. Точность определения низкая, что связано с грубой дискретизацией процесса нагружения.

Известно, что в цикле нагрузка-разгрузка за напряжение начала упругого гистерезиса принимают максимальное напряжение, по достижении которого фиксируют замкнутую петлю механического гистерезиса (ПМГ) - предел упругости оь.За напряжение конца упругого гистерезиса принимают максимальное напряжение, по достижении которого замкнутая ПМГ переходит в раскрытую ПМГ (предел упругости

Оа).

Согласно известному способу образец подвергают статическому знакопеременному нагружению со ступенчатым повышением в каждом последующем цикле конечной

Х|

00

О СО

нагрузки, Измеряя напряжение и деформацию, строят петлю механического гистерезиса Поэтапно нагружая образец, получают семейство ПМГ, По изменению вида петель в нем судят о границах упругого гистерезиса для данного вида образца.

Недостатком известного способа явля- етЪя низкая точность определения верхней границы упругого гистерезиса. Это обусловлено тем, что не учитывают влияние эффекта БауШингера. имеющего место при знакопеременном нагружении Указанный эффект заключается в том, что при изменении знака нагрузки образец деформируется значительно легче, чем в случае повторного нагру- жения с тем же (первоначальным) знаком, т.е. имеет место зависимость пластического поведения металла от направления повторного нагружения. Во всех описанных способах эффект Баушингера не учитывается. Так, в известном способе при получении каждой ПМГ амплитуда нагрузки (как прямой, так и обратной) в знакопеременном цикле поддерживается постоянной, т.е. место симметричная по нагрузке ПМГ. Поскольку о верхней границе упругого гистерезиса судят по моменту раскрытия полной ПМГ, то не учитывая эффекта Баушингера, по известному способу фиксируют более раннее раскрытие полной ПМГ. Таким образом, величины параметров верхней границы упругого гистерезиса (напряжение, деформация) оказываются заниженными по отношению к истинным значениям Область упругого гистерезиса сильно сужается.

Расширение области существования упругого гистерезиса имеет двоякое значение. В плане прикладном, более точное определение верхней границы упругого гистерезиса при знакопеременном нагру- жении означает снижение требований к уровню предела упругости, т.е. появляется возможность снизить материале- и энергоемкость технологических процессов обработки деталей типа упругих чувствительных элементов. Более того, учитывая вышесказанное, можно изменить технологический процесс так, что предел упругости будет снижен до величины, уточненной по предлагаемому способу, а прочностные и пла- cfM 4e CKue характеристики материала значительно повысятся,

С точки зрения вклада в теоретические разработай, увеличение границ упругого гистерезиса потребует более точно очертить пределы действия и строже интерпретировать работу ||$@ханизмов междислокационного и дметгокзцмонно-прммесного взаимодействия, контролирующих эксплуатационные

характеристики упругих чувствительных элементов,

Цель изобретения - повышение точности определения верхней границы упругого

гистерезиса за счет обеспечения равенства абсолютных величин амплитуд деформаций для каждого цикла.

Поставленная цель достигается тем, что при определении верхней границы упругого

гистерезиса материала образец нагружают циклически с возрастающей амплитудой знакопеременными усилиями, нагружение для учета эффекта Баушингера проводят с обеспечением равенства противоположных

по знаку амплитудных значений деформаций в каждом цикле, определяют семейство полных ПМГ циклов и по моменту раскрытия полной петли гистерезиса судят о верхней границе упругого гистерезиса.

На фиг 1 представлено семейство полных петель механического гистерезиса, полученных в упругой, упругопластической и пластической областях нагружения (изображены петли, полученные без учета эффекта

Баушингера (заштрихованный контур) и с учетом данного эффекта (светлый контур), Oar предел неупругости, полученный при известном способе, Оа - с учетом предлагаемого способа; на фиг 2 - схема получения

полной ПМГ на верхней границе упругого гистерезиса и определение ее характеристик с учетом предлагаемого способа.

Пример Определение границ упругого гистерезиса на образцах из промышленного медно-алюминиевого сплава.

Проводят определение границ упругого гистерезиса образцов сплава БрА5. Химический состав сплава соответствует ГОСТ i 8175-78. Образцы проволочные с рабочими размерами длиной 65 мм, диаметром 1 мм предварительно деформированы волочением до деформации е 9% и отожжены при различных температурах (температуры отжигов указаны в таблице).

Образцы деформировали кручением в установке типа обратный крут ильный маятник |РКМ-ТулПИ-3) Скорость нагружения 5x10 с . Проводили параллельные измерения в выборках из 3 образцов, Точность оп-

0 ределения сдвигового напряжения ( т при доверительной вероятности Р 0,95 соста- вила ,19 МПа, а относительной сдвиговой деформации - 1х отн.ед,

Нагружение проводили по двум режи5 мам. Первый режим - нагружение до определенного уровня нагрузки, разгрузка, нагружение с противоположным первоначальному направлению знаком до того же уровня нагрузки. Затем процедура повторялась. Уровень, до которого проводили на- гружение, в каждом последующем цикле возрастал. Получают ПМГ, симметричные по амплитуде нагрузки,

Второй режим - нагружение до опре- деленного уровня нагрузки, фиксация достигнутой величины деформации, соответствующей этому уровню нагрузки, далее разгружение и нагрузка с противоположным знаком до достижения величины де- формации, равной по модулю деформации, зафиксированной при прямом (первоначальном) нагружении. В последующих петлях максимальная нагрузка петли (деформация) ступенчато возрастала. Фик- сируют петли, симметричные по деформации.

Из полученных по указанным режимам серии ПМГ определяют границы упругого гистерезиса и величины их характеристик,

Характеристики нижней (н) и верхней (в) границ упругого гистерезиса образцов сплава БрА5 после деформации и отжига при различных температурах представлены в таблице, (ги у - соответственно напряже- ние и деформация, полученные по известному способу (первый режим, без учета эффекта Баушингера), т и у - напряжение и деформация, измеренные по предлагаемому способу).

Таким образом получают существенно отличные значения характеристик верхней границы упругого гистерезиса ( rD га ;

У Ув) после различных режимов термической обработки образцов.

Формула изобретения Способ определения верхней границы упругого гистерезиса материала, заключающийся в том, что образец нагружают циклически с возрастающей амплитудой знакопеременными усилиями, определяют семейство полных петель механического гистерезиса циклов и по моменту раскрытия полной петли гистерезиса судят о верхней границе упругого гистерезиса, отличающийся тем, что, с целью-повышения точности путем учета эффекта Баушингерэ, нагружение осуществляют таким образом, что противоположные по знаку амплитуды деформаций для каждого цикла равны по абсолютной величине.

Фиг I

Изобретение относится к испытанию материалов и может быть использовано для измерения упругих и нёупругих свойств материалов при статическом и динамическом знакопеременном нагружении. Цель изобретения - повышение точности путем учета эффекта Баушингера. Образец материала нагружают циклически с возрастающей амплитудой так, что противоположные по знаку амплитуды деформаций для каждого цикла равны по абсолютной величине. Определяют семейство полных петель механического гистерезиса циклов и по моменту раскрытия полной петли гистерезиса судят о верхней границе упругого гистерезиса. 2 ил., 1 табл.

Фиг 2

нагружение; -.--разгрузка ,