Способ оценки циклической трещиностойкости материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано для испытания материалов и элементов конструкций, в частности для оценки циклической, трещиностойкости конструкционных материалов после различных технологических операций,.

Цель изобретения - повышение производительности путем исключения необходимости нагружения образцов на участках неустойчивого роста трещины.

Повышение производительности способа позволяет резко сократить длительность испытаний, уменьшить расход электроэнергии и сократить численность обслуживающего персонала. Кроме того, способ позволяет .определять циклическую трещинрстойкость материалов при различных температурах.

Описание способа оценки циклической трещиностойкости материалов сопровождается двумя фигурами, где на фиг,1 представлена линейная зависимость критической длины трещины I от относительного начального номинального напряжения сгн °, с помощью которой определяют координаты пороговой точки локального упругопластического перехода т, Р, а на фиг.2 представлена инвариантная кинетическая диаграмма усталостного разрушения, где точки Р и Солределяют нижнюю и верхнюю границы упругопластического перехода,

Предложенный способ осуществляют следующим образом: партию одинаковых образцов в количестве 4-5 штук толщиной

VI Ю 00 О

ел

v|

1-2 мм, длиной 100-150 мм и шириной 10- 0 мм с боковым или центральным надреом длино й 1-2 мм нагружают при различных для каждого образца в условиях повторного циклического растяжения с коэффициентом асимметрии R 0,2 при любой астоте из диапазона 10-100 Гц/например при f 25 Гц. При этом нагрузку, начальное

номиналь ное напряжение Он °, для каждого

образца выбирают из диапазона OH °- (0,1 - ,5) оу. где 0т - прёдел текучести материала при одноосном растяжении, определенный ля данной температуры испытания. Для каждого образца определяют скорость роса трещины по ее длине. При этом нагруже ние осуществляют до достижения скорости роста трещины порогового значения и опрееляют при этом критическую длину трещины ..).,. отвечающую достижению этой пороговой с корости V, кото рая ха ра ктери- зует локальный упругопластический переход и принимает значения ,2,25 , 5 . м/ци к л, для сп л а во в же л еза, тита н а и алюминия соответственно.

Далее определяют зависимость критической длины трещины от относительного начального номинального: напряжения

О m OH °/ffr, используя результаты испы-. таний всех образцов партии, определяют в соответствии со схемой на фиг. 1 параг

метры (OH (Din. (ан °)тах, «,, где .#

B/ {oi;0)max - (Pk°) Д) В/(0Јо)т|П, В характерная ширина образца (для образца с центральным надрезом характерная ширина образца равна его полуширине, для образца с боковым надрезом - ширине образца); ;.. ; : -. . - , .

Далее методом последовательных приближений определяют пороговую длину трещины 1р с соответствующим ей пороговым начальным номинальным напряжением Огро в момент локального упругрпластического перехода (т. Р на фиг.1 и 2) исходя из основного уравнения линейной механики разрушения К

0fp ° V|p у (А ), где у(А) - коэффициент, учитывающий геометрию образца, и условия подобия локального напряженного состояния в этот момент, характеризуемого двумя условиями: V V const и К К const, где V - скорость роста трещины, V - пороговая скорость роста трещины, К - коэффициент интенсивности напряжений (КИН), К - пороговое значение КИН, которое составляет 27.2; 17,7; 5,1 МПа.м для сплавов железа, титана и алюминия соответственно.

Коэффициент интенсивности напряжений Kfc, по которому судят о трещиностой- кости материала, определяют исходя из условия постоянства отношения длины тре- щины к ширине образца А для нижней (т.Р, и верхней (Г.С, фиг.2) границ упругоп- лаетического перехода, по соотношениям

Kfc

0fc ° У (А ) Втах ( 1 + 7Ј ) а ° 3

0fcv - Ofc°/0r,

а

в.

гдеогс0 1 Јf (1 -4-ЈЈ )- пороговое начальное номинальное напряжение, отвечающее т.С;

предел текучести при одноосном растяжении при температуре испытания,у(А)-коэффициент, учитывающий геометрию образца;;

А 1с /Втах const - отношение длины, трещины к ширине образца;

Bmax PO -максимальная ширина образца, вплоть до которой упругопластический переход чувствителен к ширине образца; -. .. :-.. ..

/

а, РО показатели кривой зависимости

критической длины трещины от напряжения

(фИГ.1) , - .-;

В-характерная ширина образца:

Р ° WP °/ Jl - РКР Р Ф о р м у л а и з о б р е т ё н и я

Способ оценки циклической трещино- стойко.сти материалов, заключающийся в том/что партию одинаковых образцов нагружают при различных нагрузках, для каждого образца определяют скорость роста трещины по ее длине, с учетом которой определяют коэффициент интенсивности напряжений, по которому судят о

трещиностойкости,отличающийся тем, что, с целью повышения производительности путем исключения необходимости погружения образцов на участках неустойчивого роста трещины, нагружение

осуществляют до достижения скоростью роста трещины порогового значения, опреде ляют зависимость критической длины трещины от относительного начального номинального Напряжения и пороговую длину

трещины с соответствующим ей пороговым начальным номинальным напряжением в момент локального упругопластического перехода, а коэффициент интенсивности напряжений определяют по следующему

соотношению;

Kfc У (.Л ) Втах.( 1 + Ј- ) - °

fffc° CTfc0M. о

РО

где ore - относительное начальное номинальное напряжение;

Ofc - пороговое начальное номинальное напряжение;

0V - предел текучести материала при одноосном растяжении;

у - коэффициент, учитывающий геометрию образца;

Я - отношение длины трещины к ширине образца,

Вмакс - максимальная ширина образца, вплоть до которой упругопластический пе- реход чувствителен.к ширине образца;

. Дэ - показатели кривой зависимости критической длины от напряжения.

Изобретение относится к области материаловедения, может быть использовано для оценки циклической трещиностойкости конструкционных материалов после различных технологических операций и позволяет повысить производительность путем исключения необходимости нагружения образцов на участках неустойчивого роста трещины. Для каждого образца определяют скорость роста трещины по ее длине, с учетом которой определяют коэффициент интенсивности напряжений, по которому судят о трещиностбйкости. Нагружение осуществляют до достижения скорости роста трещины порогового значения и определяют зависимость критической длины трещины от напряжения и пороговую длину трещины с соответствующим ей пороговым начальным номинальным напряжением в момент локального упругопластического перехода и определяют коэффициент интенсивности напряжений по. соответствующим соотношениям. 2 ил.. ел с

(бц т т

фиг Д.

«

/&%,« f