Способ определения усталостных раз-РушАющиХ НАпРяжЕНий Советский патент 1981 года по МПК G01B11/16 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТАЛОСТНЫХ РАЗРУШАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ

t

Изобретение относится к оптическим методам измерения деформации твердых тел.

Известен способ определения усталостных разрушающих напряжений, заключающийся в том, что из разрушившейся детали вырезают несколько образцов, испытывают их и по на1фяжениям долома и геометрии излома, считая постоянными максимальные напряжения в момент долома у образцов одной серии, расчетным путем определяют уровень действовавше.й нагрузки

аЧ N7.

V

- напряжение долома - константа

где

материала;

0)Й - моменты сопротивления сечения в начале нагружения и в момент долома соответственно, определяемые по геометрии излома Щ. Недостатками данного способа являются ограниченность его практического применения, связанная с необходимостью вырезания нескольких образцов из детали, что не всегда желательно и возможно, а также низкая точность определения уровня разрущающего усталостного напряжения, связанная с условностью допущения о постоянстве максимальных напряжений долома.

Наиболее близок к изобретению по технической сущности способ определения усталостных разрущающих напряжений, заключающийся в том, что на поверхности разруигення в зоне регулярного бороздчатого рельефа измеряют щаг бороздок на разном удалении от очага разрущения в направлешш, перпендикулярном фронту развития разрушения, по которому с помощью слределения точки на заранее полученной зависимости в координатах щаг бороздок в очаге разрушения - напряжение, использующейся в качестве зталонной для данной марки материала, соответствующей значению щага бороздок, измеренному в очаге разрушения исследуемой дета«1, судят об усталостных разрущающих напряжениях 2.

Недостаток данного способа в сравнительно 1ШЗКОЙ точности, связанной с тем, что, вышеука3796занная зависимость используется как зталонная для данной марки материала, следовательно она может быть применена для оценки усталостных разрушающих напряжений только в деталях той же или близкой геометрии и размеров с образцами, для которых она была построена и способ приложения нагрузки к которым совпадает со способом приложения нагрузки к указанным образцам, а также с тем, что нет возможности оценить напряжения до возникновения трещины, которые, собственно, и приводят к образованию и развитию усталостного разрушения. Кроме того, состояние излома исследуемой детали в очаге разрушения должно производить обмер шага бороздок в очаге разрушения с требуемой точностью, что на изломе-, образовавшемся в условиях эксплуатации, далеко не всегда возможно. Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что дополнительно измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага разрушет шя в другом направ лении, определяют длину участка .равноускоренного роста шага бороздок, а величину на..пряжения определяют по формуле: где с, т, п - определяемые экспериментально для каждого материала при различных условиях нагружения коэффициенты; шаг бороздок; - величина удаления точки измере ния шага бороздок от очага разрушения;начальный шаг бороздок, определяемый точкой пересечения двух прямых в координатах Ь- L, построенных по результатам измерения шага бороздок в указанных выше направлениях Е - дпина участка равноускоренного роста шага бороздок. На фиг. 1 показана поверхность излома раз рушенной детали и направления, в которых про изводилось измерение шага бороздок; на фиг. 2 - электронная фрактограмма с участка поверхности разрушения той же детали, представляюшая собой картину рельефа с усталостными бороздками (стрелками выделен шаг бороздок) ; на фиг. 3 - зависимости в координатах ,1д b-L, построенных в направлении, перпендикулярном фронту развития разрушения (1) и в направлении под углом 45° к первому (2), точка их пересечения соответствует значению начального шага бороздок - на на фиг. 4 - схема, показываюшая выбор граничных условий для определения длины С участка равноускоренного роста шага усталостных бороздок; на фиг. 5 - зависимость коэффициента интенсивности напряжений, характеризующего напряженное состояние у вершины трещины в конце участка равноускоренного роста шага бороздок (к ), от длины этого участка()Яй фиг. 6 - зависимость коэффициента интенсивности напряжений, характеризующего напряженное состоя1ше у вершины трещины в начале участка равноускоренного роста шага бороздок (KQ) , от значений начального шага бороздок (Ь), соответствующих различным условиям нагружения. Способ определения усталостных разрушающих напряжений реализуется следующим образом. На поверхности разрушения исследуемой детали выбираются направления измерения шага бороздок (одно - перпендикулярно фронту разрушения, второе - под углом к первому) и производятся его измерения в указанных направлениях. По результатам измерений вычисляется усталостное разрушающее напряжение. Формула для расчета напряжений может быть получена следуюшим образом. По результатам измерений шага бороздок строятся зависимости в координатах Ig Ь-L. Для построения этих зависимостей испопьзу- . ются значения коэффициентов уравнения , С-г;, где Е - длина зоны с бороздчатым рельефом (,02 мм); А, В- постоянные коэффициенты; 6 - основание натуральных логарифмот, описывающего заксж изменения шага бороздок но длине трещины L. Для определения коэффициентов А и В применяется среднеарифметический способ обработки экспериментальных данных, для которого справедливы следующие соотношения: S /2 A-|eгb; o 4/ 4/ -°°« где S - общее число измерений шага бороздок различном удалении 6 от надала зоны бороздчатого рельефа. Преобразованием уравнения (1) можно получить ftfbf-e(A5 gp ве/е где b. - текущее значение второй производ..-. dib . сЗС2Отсюда длина t участка равноускоренно роста шага бороздок определяется формулой еоЪ1-е АВ ч It- V г- т /, ве е-tMM C4) , где Ь; - значение , соответствующее кон цу участка равноускоренного роста шага бороздок .(5) Выражение (5) представляет собой эмпирическую зависимость, обуславливающую одинаковые для разных величин нагрузок и способо их приложения граничные условия на опредепе ние величины Г , где. ДЬ - минимальное гарантированное отклонение от значения Ь. const. В практике указанная величина со тавляет ЛЬ 1,. Зависимости, показанные на фиг. 5, получа ют экспериментально путем разрушения как минимум трех серий образцов (не менее двух образцов в каждой), испытанных при различных способах приложения переменных нагрузок и различных для образцов одной серии уровнях приложенного напряжения. Указанные зависимости описываются выражением (1се)Ко 1кг/мм где С- константа материала. Для построения зависимости, показанной н фиг. 6, используются значения Kg, снятые с графика, приведенного на фиг. 5, и значения Ьд, определенные соответственно для каждой серии образцов путем выявления точки пересе чения прямых в координатах tg b-L, построе ных для различных уровней приложенного напряжения. Указанная зависимость описывается выражением ,„,(Ь) где п, m - константы материала. Постановка выражения (7) в выражение (6) с последуюидей постановкой последнего в известное соотношение механики разрушени 5 где 6 - среднее приложенное напряжение, дает искомую формулу для разруша ющего напряжения c(TГe))кг/ г} (9 /ммЧ.сэ) Применение изобретения повышает точность измерения усталостных разрушающих напряжений за счет того, что зависимости, на основании которых определяется усталостное разрушающее напряжение, учитывают различные конфигурации и способы нагруження деталей. Формула изобретения Способ определения усталостных разрушающих напряжений, заключающийся в том, чю на поверхности разрушения в зоне регулярного бороздчатого рельефа измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага разрушения в направлении, перпендикулярном фронту развития разрушения, по которому судят об усталостных разрушающих напряжениях, о т личающийся тем, что, с целью псжышения точности измерений, дополнительно измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага ризрушения в другом направлении, определяют длину участка равноускоренного роста шага бороздок, а величину напряжения определяют по формуле: g- ; ;.y°° t-A--b где С ,171, п - определяемые экспериментально для каждого материала при различных условиях нагружения коэффициенты;b - шаг бороздок; L - величина удаления точки измерения шага бороздок от очага разрушения; Ьц- начальный шаг бороздок, определяемый точкой пересечения двух прямых в координатах Ig b-L, построенных по результатам измерения шага бороздок в указанных выше направлениях; длина участка равноускоренного роста шага бороздок. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Бесман А. И. Исследование усталостных зломов углеродистых сталей в связи с условими нагружения. .втореф. дне. на соиск.учен. тепени канд. техн. наук. М., ЦНИИГмаш, 1971, . 8-9. 2.Жегина И. П. Фрактографические особеиосги алюминиевых сплавов в связи с их спообностью к торможению разрушения. Автореф. ис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. М., ВИМА, 1975, с. 17-18 (прототип).

Фиг.-I , Mibi-v: о 0,4 0,8 Фиг.З X..-.f,6. 2.0 , L

to г.

«-«-

.. V

I . -

ад fJJ

fw

51// /

.0 i,Q

1,0

Ю «I

l№-/j r w/

.б