Способ определения вязкости разрушения материалов

Способ определения вязкости разрушения материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения вязкости разрушения материалов . Цель изобретения - повышение достоверности испытания. В образце в форме диска выполняют концентратор напряжений в виде центрального сквозного отверстия , диаметр d которого выбирают из условия 0.,3 D, где D - наружный диаметр диска. Сжимающую нагрузку прикладывают к боковой поверхности диска распределенно на длине, равной радиусу отверстия, и регистрируют параметры разрушения . 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (I l) сй)ю G 01 N 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 фь.

О

О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4741348/28 (22) 27;09.89 (46) 15.07.92. Бюл, М 26 (71) Институт горного дела им. А.А,Скочинского (72) Ю.С,Макаров и А,В.Старосельский (53) 620.17(088.8) (56) Ярема С.Я. и др. Определение модуля сцепления хрупких материалов путам испытания дисков .с трещиной на сжатие.—

ФХММ, N. 1, 1966, с. 10 — 14. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ

РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к технике определения параметров свойств горных пород и может быть использовано для испытания любых хрупких материалов, в том числе стекла, бетона, керамики и т.п, Известен способ определения вязкости разрушения материалов, согласно которому в образце в форме диска выполняют концентратор напряжейия в виде центральной трещины, который нагружают диаметрально сжатием и регистрируют параметры разрушения. В плане нагрузка имеет точечное приложение.

Недостатком данного способа является недостаточная достоверность получаемых результатов из-эа невозможности практически выполнить в дисковом образце, внутренней сквозной трещины заданной длины с естественной текстурой поверхности.

Цель изобретения — повышение достоверности получаемых результатов. (57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения вязкости разрушения материалов. Цель изобретейия — повышение достоверности испытания. В образце в форме диска выполняют концейтратор напряжений в виде центрального сквозного отверстия, диаметр d которого выбирают из условия 0;10:-бф0,3 D, где 0 — наружный диаметр диска. Сжимающую йагрузку прикладывают к боковой поверхности диска распределенно на длине, равной радиусу отверстия, и регистрируют параметры разрушения. 1 табл, Поставленная цель достигается. тем, что в способе определения вязкости разрушения материалов, по которому в образце в форме диска выполняют концентратор напряжений, нагружжот образец диаметрально сжатием и регистрируют параметры разрушения, концентратор напряжений выполняют в виде центрального сквозного отверстия, диаметр d которого выбирают из условия 0,10 б =0,3D, где D — наружный диаметр диска, а сжимающую нагрузку прикладывают к боковой поверхности диска распределенно на длине, равной радиусу отверстия.

Способ определения вязкости разрушения материалов осуществляется следующим образом.

Геологические керновые пробы распиливают на диски толщиной 0,3 — 0,4 диаметра последйих, Каждый керн должен содержать при этом такое количество дисков, которое потребно для оценки вязкости

1747990 разрушения данной породы. Обычно бывает достаточно 3 — 5 дисков, Далее в каждом из дисков сверлят сквозное отверстие, центр которого совпадает с его геометрическим центром, при этом для исключения влияния краевых эффектов диаметр отверстия выбирают в диапазоне 0,1 — 0,3 наружного диаметра диска.

Образцы с концентраторами напряжений в аиде центрального отверстия нагружают напряжениями сжатия, распределенными по двум диаметрально противоположным боковым поверхностям диска, Длину этих поверхностей нагружения выбирают равной радиусу отверстия. Расчет напряженного состояния диска, проведенный по известным зависимостям, показал, что вблизи отверстия разница в значениях растягивающих напряжений в случае приложения точечной и распределенной указанным способом нагрузок составляет не более 7—

87, . Замена точечной в плане нагрузки распределенной (также в плане) по сегменту позволяет в пределах практически той же точности испытаний достичь повышения стабильности инициируемой из отверстия трещины. Это происходит вследствие возникновения вдоль оси нагружения области растягивающих напряжений, препятствующей искривлению фронта инициируемой трещины при ее прорастании.

Доводят образец до разрушения и рас. считывают вязкость разрушения. При этом эксперимент считается "чистым" в случае разрушения путем разделения образца осевой плоскостью, параллельной оси нагружения, на две практически одинаковые половины.

Расчетная зависимость для оценки вязкости разрушения получена из решения теоретической задачи нагружения кольца с внутренними надрезами длиной С, ожимающими нагрузками Р, параллельными оси надрезов, путем асимптотического преобразования при условии уменьшения "длин внутренних надрезов трещин С до величин, соизмериМых с характерным размером микродефектоа, возникающих на внутренней поверхности кольца при сверлении отверстия.

11 4- F* -УУΠ— /4(1+4) 11) 2Р С

Примем во внимание, что по периметру внутреннего отверстия диска толщиной т иэ горной породы всегда есть микродефекты, размеры которых порядка двух диаметров зерен.

Тогда для песчаника мелкозернистого с диаметром зерна 0.3 — 0,5 мм формула (1) принимает вид ,/-сГ5 +.2Р 2

Kic =1,1 F* — — — †. (1)

Значение поправочной функции F* принимается иэ следующей таблицы. с3/D 0,1 0,15 0,20 0,25 0,30

Пример пракгического использования

15 способа.

Предлагаемый способ был апробирован на двух типах горнйх пород: песчанике мел- . козернистом и мраморе, Иэ кернов диаметром 42 мм и длиной 50 мм отрезаны диски

20 толщиной 10,5-12 мм, После этого победитовым сверлом диаметром 8 мм в полученных (по три штуки на каждую породу дисках) образцах высверлены сквозные отверстия, При этом соотношение диаметров:отверD стия и диска составляет о. = 0,2.

Сжимающая нагрузка передается на диски через специальные пуансоны, имеющие радиус закругления 21 мм и длину 4 мм, 30 В результате испытаний получены разрушающие нагрузки 190, 190 и 200 кгс для образцов hLhh 1, 2, 3 песчаника мелкозернистого и 150, 100 и 130 для образцов

ММ 4, 5, 6 мрамора, имеющего диаметр

35 зерен 0,3 — 0,4 мм.

Расчет вязкости разрушения проводится по формуле

4O " " * Г =О1Зт гР г Р

Результаты расчетов следующие:

Песчаник мелкозернистый.

К()Ic = 2,24 кгс/мм

45 К()ic = 2,33 кгс/мм

К()1с 2,22 кгс/мм

Ь)мрамор

К " 1с =2,0 кгс/ммЗП

К@1с = 1 96 кгс/сс

50 К(ic - 1,85 кгс/мм

Для сравнения работоспособности предложенного способа аналогичное количество .образцов каждой из пород было испытано rio наиболее широко применяю55 щемуся методу в практике испытаний горныхх пород — консольному изгибу балочек с трещиной; Размеры балочек: 120х40х20 мм.

Трещина наносилась известным способом.

Для изготовления одной балочки требовался керн диаметром 60 мм и длиной 150 мм, 1747990

Величины вязкости разрушения испытываемых пород, полученных этим точным сйособом, составили:

2,40 кгс/мм — для песчаника мел- 5 коэернистого;

2,16 кгс/мм® вЂ” для мрамора.

Формула изобретения

Способ определения вязкости разрушения материалов, по которому в образце е форме диска выполняют концентратор напряжений, нагружают образец диаметрально сжатием и регистрируют параметры разрушения,отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности получаемых результатов, концентратор напряжений выполняют в виде центрального сквозного отверстия, диаметр d которого выбирают из условия 0,1Ь д 0,3D, где О— наружный диаметр дйска, а сжимающую нагрузку прикладывают к боковой поверхности диска распределенйо на длине, равной радиусу отверстия.

/.

Составитель Ю. Макаров

Техред М.Моргентал Корректор M. Пожо

Редактор .И. Касарда

Заказ 2497 . : Тираж: Подписное, - ВНИИПИ Государственного комйтета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Сопоставление результатов испытаний по предложенному способу и по известному 10 способу. — консольному изгибу балочек с трещиной показывает, что предложенный способ дает величину относительной погрешности в оценке вязкости разрушения в пределах 5-9 для песчаника мелкоэерни- 15 стого.и 15 для мрамора. Некоторое увели. чение погрешности при исйытании мрамора можно объяснить большими, чем у хрупких пород пластическими эффектами. В то время как попытки изготовить образцы по ме- 20 тоду прототипа (диски с пропилом) не дали положительных результатов ни для одной из испйтанных пород.

Предложенный способ в отличие от известного способа имеет следующие пре- 25 о имущества; повышается достоверность получаемых результатов; существенно снижается расход материалов; при подготовке образца к испытаниям не требуется выполнение трудоемких операций по нанесению краевой трещины и по определению ее длины и формы фронта.