Способ определения предела выносливости материалов

Способ определения предела выносливости материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Способ определения передела выносливости материалов, заключающийся в том, что подвергают образец материала циклическому нагружению со ступенчато возрастающей амплитудой напряжения и временем нагружения в каждом цикле не более 3% долговечности образца и определяют его предел выносливости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем учета изменения энтропии материала, определяют в первом цикле нагружения ниаболее нагретый учаток образца, в каждом цикле определяют удельную энтропию образца на этом участке и по ее изменению судят о пределе выносливости.

СООЗ СООЕТСНИХ

КСПУБЛИН др 4 С 01 N 3/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н АВВСРСНСНУ СНВСВТВНЬСТВУ

1 ОСУЯРРСТБЕН1ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИИФ И ОТНЯТИЯМ

ГРИ ГННТ СССР (21) 3987133/25-28 (22) 12.12.85 (46) 07.08.89. Бюл. В 29 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Г. А. Куриленко (53) 620.172(088.8) (56) !1!пигельбурд И. Я. и др. Контроль усталостной прочности деталей машин методом внутреннего трения в производственных условиях. — Сб: Рассеяние энергии при колебаниях механических систем. — Киев. Наукова думка, !982, с. 228-236.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям образцов на растяжение.

Цель изобретения — повышение точности путем учета изменения энтропии материала.

На фиг. I представлена схема установки, с помощью которой реализуется предпагаемый способ; на фиг. 2 — график зависимости коэффициента поглощения 4 образца от амплитуды циклического напряжения 6„; на фиг. 3 — график зависимости изменения удельной энтропии от амплитуды циклического з напряжения В установка содержит верхний фланец с помощью которого испытуемый образец 2 крепится к станине 3, массу

4, набранную из шихтованной электро, SU., 1499167 А1 (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА

ВЫНОСЛИВОСТИ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что подвергают образец материала циклическому нагруженыо со ступенчато возрастающей амплитудой напряжения и временем нагружения в каждом цикле не более 37 долговечности образца и определяют его предел выносливости, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности путем учета изменения энтропии материала, определяют в первом цикле нагружения наиболее нагретый участок образца, в каждом цикле определяют удельную энтропию образца на этом участке и по ее изменению судят о пре- I деле выносливости. технической стали, которая прикреплеlian на к нижнему концу испытуемого образца 2 с помощью нижнего фланца 5, электромагнит 6, расположенный с з азором под массой 4. Катушка электромагнита

6 подсоединена к источнику 7 переменного напряжения, который позволяет 1Ь регулировать величину напряжения на ) выходе и его частоту в необходимых пределах. На расстоянии 1 м от образца 2 установлен тепловизор 8, выход которого подключен к самописцу 9, который позволяет регистрировать температуру любой точки образца 2 с точно- Ь стью до 0,1 С. На массе 4 закреплен пьезодатчик 10 для фиксации амплитуды ее колебаний. Пьезодатчик 10 через усилитель !1 связан со шлейфовым осциллографом !2.

1499167

2 cv Т Т

У Тт+ Т„

Способ осуществляется следующим образом.

Подвергают образец материала циклическому нагруженив со ступенчато возрастающей амплитудой напряжения, для чего включают источник 7 переменного напряжения, подают питание на обмотки электромагнита 6, который возбуждает колебания массы 4. Через массу 4 возбуждают продольные колеба, ния и в испытуемом образце 2. Плавной регулировкой частоты тока на источнике 7 переменного напряхения колебательный процесс вводят в резонансный режим. Это необходимо для уменьшения расхода электроэнергии, и, кроме того, электромагнит рассчитан на работу в резонансном режиме и поэтому имеет минимальные габариты. Пьезбдатчик 10 2Р под воздействием инерционных нагрузок., возникающих при колебательном процессе, вырабатывает сигнал, который поступает на предварительно прокалиброванный шлейфовый осциллограф 12. По 25 размаху луча на экране осциллографа

12 можно судить об амплитуде колебаний ц1 испытуемого образца 2 и, соответственно, об амплитудном напряжении

d1 Ю в нем 6 = — Е (где 1 — длина уменьц 1 шенной рабочей частоты образца 2;

Е -- модуль упругости материала образца 2). Регулируя величину напряжения на источнике 7 переменного напряжения, g устанавливают рехим колебаний с постоянной амплитудой напряжения б„, заведомо меньшего предполагаемого предела выносливости материала образца b » который ориентировочно берется из . 4p справочника.

Таким образом осуществляется первый цикл нагружения. Время нагружения в первом цикле берется порядка 17. и оно не должно превьппать 37 долговеч- 45 ности образца. По истечении половины времени нагружения поворота камеры тепловизора 8 находят самый горячий участок образца 2 (предполагаемый очаг разрушения) и затем наблюдение ведут только эа этим участком (и в первом, и во всех последующих циклах нагружения). За 20 с до окончания времени нагружения в первом цикле тепловизором 8 фиксируют температуру Т, наблюдаемого участка, а через промежуток времени д7, составляющий 20 с, вторично фиксируют температуру Т этого же участка.

После этого заканчивают первый цикл нагружения и сразу переходят к второму, для чего увеличивают амплитуду колебаний и устанавливают рехим колебаний с амплитудой напряжения 4®, большей, чем в первом цикле, но не превьппающей предполагаемый предел выносливости материала 6 ", . Все действия во втором и всех последующих циклах нагружения повторяют за исключением поиска горячего участка — наблюдение ведется за тем же участком.

Всего проводят 5 — 6 циклов нагружения с таким расчетом, чтобы 2

3 цикла соответствовали нагружению до предполагаемого предела выносливости

/б,„(6, один цикл — нагружению с — а остальные циклы — нагружению с б >by, причем приращение при переходе к следующему циклу не должно превышать 57. от действующего уровня напряжений. При нагрухении за предполагаемым пределом выносливости /

>6m/ время нагружения уменьшают — оно должно составлять около 17 и не превьппать 37 от предполагаемой долговечности образца на данном уровне напряжений. Это вызвано тем, что, если время нагружения менее 17. от долговечности образца, то в нем не произойдет достаточного разогрева, а если время нагружения превысит 37. от долговечности образца, то за время испытаний будет просто выбран значительный ресур работоспособности образца.

Следует следить за тем, чтобы промсжуток времени cfi, чере= который в каждом цикле нагружения фиксируют тем— пературу наблюдаемого участка, был постоянным, Далее определяют удельнув энтропию образца на наблюдаемом учатске, по изменению которой судят о пределе выносливости. В каждом цикле нагрухения рассчитывают изменение удельной энтропии наблюдаемой точки по формуле где с — удельная обьемная теплоемкость материала; — плотность материала образца, и строят график изменения удельной энтропии ds в зависимости от амплитуды напряжения на соответствующей

14991 67 ступени нагружения ds — f (C ), абсцисса точки излома которого и представляет собой предел выносливости образ1 ца 5

Испытывались образцы из стали 45, у которых рабочие части длиной 1

100 мм имели трубчатое сечение с наружным диаметром D = 18,3 мм и внут- ренним диаметром d = 1,1 мм. Предло- 10 лагаемый предел выносливости материала образца д ». = 250 MIIa.

В первом цикле нагружение проводилось при амплитуде напряжения Ь,„=

100 MIIa, амплитуда колебаний образ- 15

C„l ца при этом dl = = 0 05 MM. Собственная частота колебательной системы 685 Гц. Время нагружения в циклах, предшествующих предполагаемому преде» 20 лу выносливости, 2 мин. Это соответствует 17. от базового числа циклов

N = 10 циклов. Первый раз темпера6 тура наблюдаемой точки фиксировалась через 1 мин 40 с после начала нагружения, время Й но всех циклах нагружения 20 с. Во втором цикле нагружение проводилось при 6д= 200 MIIa, в третьем — при б„= 250 MIIa, в следующих циклах амплитуда напряжения Б,„ЗО увеличивалась на 10 — 15 MIIa, а время нагрухения уменьшалось до 1,5

1 мин, причем температура наблюдаемого участка первый раз фиксировалась за 20 с до окончания нагружения, а второй раз — в конце нагружения. В первом и втором циклах нагружения, т.е. при 6 с 6,, величина ДТ = Т вЂ”

Т, очень мала (левые ветви соответствующих кривых на фиг. 3 практически горизонтальны и по существу 4Т =О), по мере приближения к пределу выносливости величину 3Т уже можно зафиксировать тепловизором (CENT О, 1 С), а при дальнейшем увеличении напряжения 5, т. е. при нагружении за пределом выносливости, величина рТ резко возрастает и составляет уже несколько градусов. Это соответствует физическим представлениям о природе накопления усталостных повреждений, так как при циклическом нагружении образца за пределом выносливости в нем происходят необратимые изменения, связанные с. развитием микродефектов, увеличивается уровень внутреннего трения, что ведет к интенсивному росту температуры.

Таким образом, предложенный спосОб обладает высокой точностью определения предела выносливости образцов мате риала.

1499167

Щг.2

Дж

d i i юф

У

Ю

8

Ф

3 г

О

200 6-ф

Щгю нпо

Составитель В. Лазарева

Редактор О. Юрковецкая Техред М.Ходанич Корректор Т. Колб

Заказ 4681/39 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101