Способ усталостных испытаний материала конструкции при случайном эксплуатационном нагружении Советский патент 1993 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к способам механических испытаний, а именно к способам усталостных ресурсных циклических испытаний при случайном нагружении.

Цель изобретения - повышение точности испытаний конструкций из полимерных композиционных материалов за счет обеспечения одинакового изменения физико- механических характеристик материала конструкции в условиях эксплуатации и испытаний.

Для этого обеспечивается одинаковый температурный режим в месте максимальной скорости накопления поврежденности конструкции в условиях эксплуатации и испытания, для чего определяют эквивалентную частоту из условия одинаковой скорости разогрева на каждом уровне нагружения.

В заявленном техническом решении положительный эффект достигается за счет того, что на каждой ступени нагружения определяют частоту, при которой равновесная температура равна равновесной температуре на соответствующем этапе случайного эксплуатационного нагружения.

На фиг. 1 показан закон нагружения в условиях эксплуатации; на фиг 2 - закон изменения температуры; на фиг. 3 - эквивалентный режим нагружения.

Устройство для реализации способа представляет собой стандартную установку для нагружения образцов или элементов конструкций циклической нагрузкой при различных значениях частоты и уровня нагрузки. Поскольку такие установки широко известны,схемз устройства для реализации способа на чертежах не показана.

00 N5 Os О Ю VI

Способ реализуется следующим спосоом.

Конструкцию нагружают циклически в словиях эксплуатации, определяют параетры зависимости напряжения от времени равновесную температуру, соответствуюую каждому этапу циклического нагруже- ия. Затем объекты испытания (например, бразцы или модели конструкции) нагружают на эквивалентном уровне нагрузки, который определяют известным методом А.С.Гусев. Сопротивление усталости и живучесть конструкции при случайных нагрузках. М., Машиностроение, 1989, с. 183-195) на, каждом этапе эксплуатационного случайного нагружения.

При этом изменяя частоту нагружения, при, каждом уровне нагружения определяют зависимость равновесной температуры объекта испытания, например образца, от частоты нагружения. Данную зависимость определяют следующим образом. Первую партию образцов нагружают на первом эк- виалентном уровне (71 напряжения при различных частотах и определяют частоту ал нагружения первого блока, при котором равновесная температура разогрева образца совпадает с температурой Ti на первом этапе эксплуатации, в месте наибольшей скорости накопления поврежденности. После этого вторую партию образов нагружают при уровне напряжений a-i и частоте а) в течение циклов, соответствующего первому этапу эксплуатациононого нагружения, при этом образцы второй партии приобрели поврежденность такую же, как конструкция после первого этапа нагружения. Поскольку разогрев конструкции зависит от ее поврежденности, изменяющей условия диссипации энергии в материале, определять «зависимость равновесной температуры от частоты на втором этапе необходимо с помощью образцов, имеющих такую же поврежденность, как конструкция после первого этапа эксплуатационного на гружения. После того,-как образцы второй партии нагружают при уровне напряжений Ог при различных частотах, определяют частоту о)2,при которой равновесная температура образца соответствует равновесной температуре второго этапа эксплуатации конструкции, Образцы третьей партии нагружают последовательно на уровне о с частотой и на уровне 02 с частотой одг в течение чисел циклов NI и Naf оответствую- щих длительностям нагружений на первом и втором этапах эксплуатационного нагружения. Данная процедура повторяется столько раз, сколько этапов содержит зкс-

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

плуатационное нагружение. В результате такого нагружения определяют характеристику поврежденности, например остаточную прочность, в зависимости от наработки. Для этого часть образцов каждой партии перед началом нагружений соответствующего этапа нарушают и дополнительную партию разрушают после нагружения. В результате получают значения остаточной прочности от нагружения в момент, соответствующие переходу нагружения от этапа к этапу, а также - началу и концу эксплуатационного нагружения, что позволяет определить зависимость остаточного ресурса эксплуатационной конструкции. Для получения более частой сетки значений наработки, можно дополнительно испытывать образцы по полученной программе нагружения и разрушать их с определением остаточной прочности в требуемые моменты времени.

Пример раелизации способа. Определялся ресурс стеклопластиковых труб диаметром 240 мм при действии осевой пульсирующей нагрузки. Случайная нагрузка состояла из трех этапов, эквивалентные уровни которых соответствовали 1,1; 1,2 и 1,4 от предела выносливости на базе 2 млн. циклов. Прирост температуры при испытании труб в условиях окружающей комнатной температуры составил соответственно 8 К, 18 К и 46 К. Испытание трех партий обряз цов из материала оболочек (ППН, связующие ЭДТ-10) позволило определить эквивалентные частоты 6 Гц, 7 Гц и 4 Гц соответственно. Длительности нагружения составляли соответственно 20 тыс., 20 тыс. и 10 тыс. циклов. В результате получили зависимость остаточной прочности, отнесенной к начальной прочности; после первого этапа 0,95: после второго этапа 0,92, после третьего этапа 0,82. В результате нагружения партии труб эксплуатационной нагрузкой (часть из этой партии разрушили осевой силой до начала циклического нагружения, в часть - после) получили остаточную прочность 0,805 ± 0,025. Если нагружать пар- тиюобразцов при одной средней частоте 6 Гц, то остаточная прочность, отнесенная к начальной, составила 0,76 вследствие сильного разогрева на последнем этапе (93 К).

Таким образом, погрешность в определении поврежденности, согласно заявленному способу, составляет величину порядка 8% (0,015/0,195), а при испытании согласно прототипу погрешность составляет 18% (0.035/0,-195),т е. заявленный способ позволяет повышать точность определения остаточного ресурса конструкции

Формула изобретения Способ усталостных испытаний материала конструкции при случайном эксплуатационном нагружении, заключающийся в том, что определяют уровни гармонического нагружения и эквивалентные нагружения на различных этапах эксплуатационного нагружения конструкции, циклически нагружают образцы из материала конструкции в месте наибольшей скорости накопления повреждений последовательно при указанных уровнях и определяют ресурс конструкции по накоплению поврежденности в образцах, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытаний конструкции из полимерных композиционных материалов за счет обеспечения одинакового изменения физико-механических характеристик материала в условиях эксплуатации и испытания, определяют равновесную температуру каждого этапа в месте наибольшей скорости накопления поврежденности конструкции, нагружение образцов при каждом уровне напряжения осуществляют с частотой, при которой равновесная температура

образца совпадает с равновесной температурой соответствующего этапа эксплуатационного нагружения конструкции, а о накоплении поврежденности в образцах судят по изменению по времени их остаточной

прочности, отнесенной к начальной прочности.

Изобретение относится к способам механических испытаний, а именно усталостных ресурсных испытаний при случайном нагружении. Цель изобретения - повышение точности испытания конструкций из полимерных композиционных материалов за счет обеспечения одинакового изменения физико-механических характеристик материала конструкции в условиях эксплуатации и испытания. Определяют уровень эквивалентного гармонического нагружения на каждом этапе эксплуатации конструкции. Определяют разностную температуру разогрева конструкции и подбирают на каждом этапе такую частоту, чтобы в образце реализовалась такая же температура разогрева. Об уровне поврежденности конструкции судят по зависимости остаточной прочности образцов, отнесенной к начальной прочности. 3 ил.

|Г%i J

3 тм/т |

Т

Тл

Т,

Ъ

ъ

0fcr./

Фиг. г

6, $

%

0.

ШМ.

1Ц I I 4 1

, Фиг. $

ШМ.

Ц I