Способ исследования механических свойств конструкционных материалов с учетом истории нагружения

Способ исследования механических свойств конструкционных материалов с учетом истории нагружения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения - расширение диапазона напряженных состояний при испытаниях на стандартных разрывных машинах . Испытывают образцы материала по различным программам нагружения, состоящим из двух этапов Используют плоские образцы толщиной t и шириной Ь. На первом этапе испытание осуществляют при одноосном нагружении одинаковых образцов вдоль их продольной оси до различной для каждого образца величины деформации. Перед вторым этапом испытания каждый образец разгружают и на его широких гранях рабочей части выполняют симметрично два плоских надреза, наклоненных под острым углом © к продольной оси образца на глубину 5 и шириной I, величины которых удовлетворяют соотношениям 0 arcctg (г/о); (Ь-2 5) t sin 0если 0 G 0 или (Ь-2д) b/10 sfn 9, если 0 $ . I (3.. 5) (t - 2(5), где 0 arcsin (/ bTWt; с и а - касательное и нормальное напряжения в сечении надрезов на втором этапе нагружения , а испытание на ётором этапе нагружения осуществляют одноосным нагруженном вдоль продольной оси образца вплоть до разрушения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s 6 01 N 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (21) 4818751/78 (22) 08.02,90 (46) 23,08,92. Бюл, N. 31 (71) Ставропольский политехнический институт (72) Ю.Г. Важенцев и И,Г. Исерсон (56) Авторское свидетельство СССР

М 853474, кл..6 01 N 3/00, 1979. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ С УЧЕТОМ ИСТОРИИ НАГРУЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к испытательной технике, Цель изобретения — расширение диапазона напряженных состояний при испытаниях на стандартных разрывных машинах. Испытывают образцы материала по различным программам нагружения, состоящим из двух этапов, Используют плоСкие образцы толщиной t и шириной Ь. На перИзобретение относится к испытательной технике, в частности к исслеДОванию прочностных свойств твердММ материалов.

Известен способ исследования механических свойств конструкцион ного ма гЬриала с учетом истории нагружекй я, который заключается в том, что стандаф ный образец-заготовку испытывают йо за данной программе. Затем из него вырезают стандартные обра-öû,,имеющие одинаковую историю изменения напряженно-деформированного состояния. Йа этих образцах определяют механические свойства материала, Если на образце-заготовке нанести концентратор, то из йехие ,, ЯЦ(, 1756801 А1 вом этапе испытание осуществляют при одноосном нагружении одинаковых образцов вдоль их продольной оси до различной для каждого образца величины деформации.

Перед вторым этапом испытания каждый образец разгружают и на его широких гранях рабочей части выполняют симметрично два плоских надреза, наклоненных под острым углом О к продольной оси образца на глубину д и шириной 1, величины которых удовлетворяют соотношениям О = агссtg

{ гй); (Ь-2 д) < t за О если 0 < О < 6Ô или (Ь-2д) Ь/10 stn О, если.б4 О. =л/2;

1 = (3...5) (t - 2д), где 64 = агсзЬ у Ь7Т51; г и о — касательное и нормальное напряжения в сечении надрезов на втором этапе нагружения, а испытание на втором этапе нагруженил осуществляют одноосным нагружением вдоль продольной оси образца вплоть до разрушения. 3 ил, можно вырезать стандартные образцы. имеющие разную историю .нагружения.

Известен также способ, заключающийся в том, что образец в форме цилиндрического стержня с кольцевой канавкой в рабочей части растягивают до определенной степени пластической деформации, после чего профиль кольцевой канавки механической обработкой корректируют, а затем образец вновь растягивают вплоть до разрушения.

Наиболее близким техническим решением является способ заключающийся в том, что на первом этапе образец без концентратора напряжений нагружают да заданного значения усилйя; затем"вйполняют на образце концентратор напряжений, по1756801 сле чего увеличивают нагрузку на образец вплоть до его разрушения, Однако известный способ имеет следующий недостаток. Концентратор на образце выполняется в виде трещины, вследствие чего вид напряженно-деформированного состояния в зоне концентратора на втором этапе нагружения в значительной степени предопределен толщиной образца. Этот способ предназначен для исследования закономерностей, связанных с возникновением и . развитием трещины в образце материала, и не может быть использован для оценки влияния истории нагружения нэ другие аспекты механического поведения пластичных материалов: сопротивление пластическому деформированию, кратковременная и длительная статическая прочность, предельная пластичность, ползучесть. малоцикловая усталость и др.

Цель изобретения — расширение диапазона напряженных состояний при испытаниях на стандартных разрывных машинах на втором этапе испытания, Поставленная цель достигается тем, что используют плоские образцы толщиной t u шириной Ь; на первом этапе испытание осуществляют при одноосном нагружении одинаковых образцов вдоль их продольной аси до различной для каждого образца величины деформации, Перед вторым этапам испытания каждый образец разгружают и на его широких гранях рабочей части выполняют симметрично два плоских надреза, наклоненных под острым углом Ок продольной оси образца, на глубину д и шириной l. Указанные размеры надрезов определяются по приведенным ниже формулам, Угол наклона надрезов назначают в зависимости оТ требуемого вида напряженного состояния в зоне надрезов на втором этапе испытания.

На фиг.1 изображена схема первого этапа испытания призматического образца; на фиг.2 — схема второго этапа испытания того же призматического образца после выполнения на его широких гранях двух наклоненных симметричных надрезов; нэ фиг.3— сечение А-А на фиг,2.

Величина угла наклона Осимметричных надрезов к продольной оси образца определяется из равенства r/0 =ctg О, (1)

Отношение между касательным ти нормальным 0 напряжениями, действующими в сечении образца вдоль надрезов, регламентировано программой сложного нагружения для данного образца. Иэ формулы (1) следует, чта 0 < О < 90 .

° . Призматический образец изготавливаIoT, как правило иэ листового или полосового материала.

Ширина образца равна Ь, à era толщина

5 в рабочей части равна t (фиг.1), Наклонные симметричные надрезы 1 и 2 выполняют на широких гранях 3 и 4 образца (фиг.2 и 3).

Толщина призматического образца в зоне наклонных надрезов должна быть такой, 10 чтобы, во-первых, площадь сечения образца вдоль надрезов была не больше площади паперечного сечения образца в зоне беэ надрезов, т.е, <-2д bt, . (2).

15 э, ва-вторых, длина надрезов L должна удовлетворять условию

L. «10 (t - 2 д ), (3) чтобы с достаточной для инженерной практики точностью исключить влияние на реэульта20 ты испытаний локальной неоднородности напряженно-деформированного состояния на концах надрезов, примыкающих к боковым граням образца, Учитывая, что ! =-Ь/в!и О, (4)

25 из условия (2) получаем д > 0,5 (Ь - t sin О), а из условия (3) д «0,5(Ь- Ь!10sin О), (6)

Приравняв правые части неравенств (5) и (6), 30 получаем

О» -- агсэ(п Ibi10t . (7)

При О О» величину д следует определять по формуле (5), а при О .O.-.-- па формуле (6). Формулы (5) и (б) можно объединить одной формулой

0,5 (Ь - t э!и О), если 0 < О (4, д (8)

0,5 (Ь вЂ” Ь/10 sin О), если О . О 90

Например, при Ь = 15 мм, t = 3 мм угол

GAL=45 . Пусть по программе нагружения на г втгром этапе задано — = 2. Тогда из форму0 лы (1) находим О=- 26,50, Поскольку О<

< О, по формуле (8) получаем д= 0,83 мм., Минимальная ширина l надрезов (без учета переходных галтелей, фиг, 3) должна быть такой, чтобы отсутствовала влияние переходных гэлтелей на напряженно-де(5) формированное состояние в среднем сечении вдаль надрезов. Этому требованию в соответствии с принципом Сен-Венана удовлетворяет условие ! =(3...5)(т-2 д). (9)

B случае действия на образец с надрезами на втором этапе растягивающей нагрузки, как показано на фиг.2, размер выполняют ближе к верхней границе диапазона, определяемого условием (9), а в случае действия сжимающей нагрузки — ближе к

1756801 нижней границе. Кроме того, чтобы предот-, вратить потерю устойчивости тонкой перемычки.в зоне наклонных надрезов при действии осевой сжимающей нагрузки, испытание образца можно производить в спе- 5 циальном приспособлении, которое должно предотвратить смещейие двух половин образца в направлении его толщины и не ог- раничивать относительное поперечное смещение этих половин образца в направ- 10 лении его ширины, посколькуоно неизбежно происходит вследствие деформации сдвига вдоль наклонных надрезов.

Выполнение надрезов необходимо производить на фрезерном или строгальном 15 станке с последующей обработкой на шлифовальном станке, Ввиду относительно малой толщины образца в зоне надрезов режимы механической обработки должны быть минимальными, с обильным охлажде- 20 нием зоны обработки эмульсией, чтобы предотвратить структурные превращения в материале образца и максимально снизить глубину наклепанного поверхностного слоя. 25

Формула изобретения

Способ исследования механических свойств конструкционных материалов с учетом истории нагружения, по которому испытывают образцы материала по различным 30 программам нагружения, состоящим из двух этапов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона напряженных состояний при испытаниях на стандартных разрывных машинах, используют плоские образцы толщиной t и шириной Ь, на первом этапе испытание осуществляют,: при одноосном нагружении одинаковых образцов вдоль их продольной оси до различ- ной для каждого образца величины деформации, перед вторым этапом испытания каждый образец разгружают и на его широких гранях рабочей части выполняют симметрично два плоских надреза, наклоненных под острым углом О к продольной оси образца на глубину д и шириной !, выбираемым из соотношений

О = a rcctg (Мт)

t з!и О, если 0 «О 64

Ь2д

Ь/10 з!и О, если Ь < О <л/2 ! = (3. Ä5)(t - 2 ф, где О*-- агсз!пУЬ710 t; тио — касательное и нормальное напряжения в сечении надрезов на втором этапе нагружения, а испытание на втором этапе нагружения осуществляют одноосным нагружением вдоль продольной оси образца вплоть до разрушения.

1756801

Составитель К3, Важенцев

Техред М.Моргентал Корректор О, Кравцова

Редактор Н. Гунько

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

Заказ 3084 Ти ра к Подписное

ВНИИПИ Г сударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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