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

Изобретение относится к механическим испытаниям.

Цель изобретения - повышение точности испытания конструкции из полимерных композиционных материалов за счет устранения погрешностей, связанных с различным изменением диссипативных свойств материала в условиях эксплуатации конструкции и испытания образцов ее материала.

Цель достигается тем, что определяют плотность мощности энергии диссипации и температуру в зависимости от времени в конструкции в условиях эксплуатации в месте наибольшей скорости роста поврежденно- сти, эквивалентный уровень гармонического нагружения определяют из условия равенства плотности мощности диссипация энергии, а равенство температур обеспечивают изменением асимметрии циклов.

На фиг. 1 показан типичный закон случайного нагружения оболочки пульсирующим внутренним давлением: на фиг. 2 закон изменения температуры Т и плотно- сти мощности диссипации W энергии во времени; на фиг. 3 - эквивалентный закон нзгружения образцов; на фиг. 4 - схемы устройства для реализации способа.

Устройство для реализации способа содержит нагружатеНь 1, связанный с образцом 2, программные элементы 3 и 4, управляющий уровнем нагрузки орган 5. связанный с нагружателем 1 и программным элементом 3 через соответствующие блоки сравнения. На образце 2 расположены датчики б напряженно-деформированного состояния, связанные с блоком 7 сравнения, в результате чего образуется первый контур обратной связи. Устройство содержит управляющий асимметрией цикла орган 8. На образце 2 расположен датчик 9 температуры, связанный с программным блоком 10 сравнения, в результате чего образуется второй контур обратной связи.

Способ реализуется следующим образом.

fe

00

ю о о

N5 С

На натурной конструкции в условиях экслуатационною случайного нагружения опеделяют в месте наибольшей скорости акопления поврежденности зависимости от ремени температуры и плотности мощности иссипации энергии, которые закладывают в рограммные блоки, соответственно блок 4 и лок 5. В соответствии с программой, блок вырабатывает сигнал на управляющий ровнем нагрузки орган 5, связанный с на- ружателем 1. В процессе испытания датчики б подают информацию в блок 7 о фактическом значении плотности мощности иссипации, в результате чего происходит коррекция уровня нагрузки (максимального напряжения ffmax ). В соответствии с программой, блок 10 вырабатывает сигнал на управляющий асимметрией цикла орган 8, связанный с нагружателем 1. В процессе испытания датчик подает информацию в блок 7 об изменении температуры, в результате чего происходит коррекция асимметрии цикла (например, путем управления уровнем минимального напряжения).

В случае использования в качестве блоков 7 и 10 управляющих ЭВМ, уточнения управления может быть достигнуто учетом в средствах программного обеспечения ЭВМ текущей температуры при формировании сигнала - реакции на рассогласование теку щего и программного значений уровня нагрузки и мощности диссипации при формировании сигнала - реакции на рассогласование асимметрии цикла, для чего предварительно проводят соответствующие тарировочные испытания. Для этого может быть предусмотрена взаимная связь каналов обратной связи от соответствующих датчиков к блокам сравнения другого канала для каждого из датчиков. В.результате реализуют в образцах условия нагружения, эквивалентные эксплуатационным.

Сущность заявленного способа состоит в следующем.

При циклическом нагружении происходят два взаимосвязанных энергетических процесса. Во-первых, диссипация энергии, часть которой идет на повреждение материала, а часть - на разогрев его, и, во-вторых, разогрев материала, в результате чего изменяются физико-механические характеристики материала, что влияет на диссипацию энергии. Для моделирования условий работы материала в составе конструкции, необходимо обеспечить не только одинаковые условия нэгружения материала, но и одинаковые температурные условия материала в условиях эксплуатации и испытания. В заявленном способе подобие условий нагруже-

10

15

20

25

30

ния обеспечивают путем обеспечения такого уровня нагружения образцов, при котором одинаковы плотности мощности диссипации, а следовательно, и накопления поврежденности при одинаковой температуре, а одинаковые температурные режимы обеспечивают путем того, что режим нагружения при постоянстве нагрузки делают более или менее повреждающим материал путем управления коэффициентом асимметрии (или минимальным напряжением в цикле).

Пример. Определялся ресурс стекло- пластиковых труб диаметром 240 мм при действии случайной осевой пульсирующей нагрузки. Нагрузка осуществлялась при среднем уровне 1,2 от предела выносливости на базе 2 млн. циклов в условиях окружающей комнатной температуры. В результате испытания был зафиксирован разогрев до равно- весной температуры 18 к.что было скомпенсировано на образцах стеклопластика (ППН + ЭДТ-10), которые, имея лучший теплоотвод в силу своей геометрии, размеров и условий закрепления, нагревались при эквивалентном пульсирующем цикле на 11 к изменением минимального напряжения от 0 до (-0,3) от предела выносливости. Максимальный уровень напряжения, определенный по критерию одинаковой средней диссипации, составил 1,3 от предела выносливости, т.е. коэффициент асиммет5

0

5

0

5

содории изменился от величины

Испытанные при указанных условиях образцы позволили определить среднюю долговечность порядка 35 тыс. циклов, чго удовлетворительно совпало с экспериментально был получен для трубы и составил порядка 39-40 тыс. циклов. Погрешность составила порядка 12%. В то же время образцы, испытанные при эквивалентном напряжении без дополнительного поддержания температурного режима, показали среднюю долговечность порядка 60 тыс. циклов, т.е. погрешность составила величину порядка 50%.

Таким образом, заявленный способ позволяет определить более точно усталостные характеристики композиционного материала. При проведении в течение нагружения партии образцов разрушающего определения остаточной прочности, можно определить зависимость остаточной прочности от наработки.

Формула изобретения

Способ испытаний материала конструкции при случайном циклическом нагружении, заключающийся в том, что образцы из материала конструкции нагружают циклически эквивалентной нагрузкой при постоянной частоте нагружения и эквивалентном изменяющемся во времени уровне напряжения, а о циклической поврежденности конструкции судят по ловрежденности образцов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытания конструкции из полимерных композиционных материалов за счет устранения погрешностей, связанных с различным изменением дисси- пативных свойств материала в условиях экс

плуатации конструкции и испытания образцов ее материала, определяют зависимости от времени температуры и плотности мощности диссипации энергии в месте наиболь- шей скорости роста поврежденности конструкции, уровень циклической эквивалентной нагрузки определяют из условия равенства плотностей мощности диссипации энергии конструкции и образцов, при нагружении образцов поддерживают в них температуру, равную в каждый момент времени температуре конструкции. путем изменения асимметрии цикла нагружения.

Изобретение относится к механическим испытаниям. Цель изобретения - повышение точности испытания конструкции из полимерных композиционных материалов за счет устранения погрешностей, связанных с различным изменением диссипатив- ных свойств материала в условиях эксплуатации конструкции и испытания образцов ее материала. Образцы нагружают при постоянной частоте эквивалентной нагрузкой, уровень которой определяют из условия поддержания заданной плотности мощности диссипирующей из условия поддержания заданной температуры. 4 ил.

Т Ф«г /.

Фиг Ј

tjLjLj

Г s s s

Фиг. 4