Способ определения усталостной поврежденности материала

Способ определения усталостной поврежденности материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к механическим испытаниям, к способам усталостных испытаний. Цель изобретенияповышение достоверности определения поврёжденноети путем исключения погрешностей, связанных с влиянием обратимых изменений структуры материала и изменений, обусловленных фактором тренировки при циклическом нагружении. Образец материала циклически нагружают и определяют сдвиг по фазе между отнулевым циклом напряжения и циклом деформации, среднюю и минимальную деформации, по которым определяют в качестве характеристики поврежденности изменение жесткостной ха- :рактеристики материала.3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5Q„„1796986 А1

<я)з 6 01 N 3/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ вЕдомство ссса (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к механическим одной из. Характеристик напряженнодефориспытаниям, к способам усталостных испы- мированного состояния. Для этого образец: 2 таний. .. - "::,. нагружают в мягком режиме, поддерживая

Известны способы усталостных испыта- постоянной амплитуду напряжения, опрений, при которых. партию образцов матери-. деляют спектральные характеристики цикалв.циклически нагружают и определяют ла деформации и судят о накоплении степень поврежденности материала как.: ..усталостной поврежденности по сдвигам О функцию наработки по остаточной статиче-. фаз гармонии центра цикла деформации от- О ской прочности образцов. :., . . носительно гармонии цикла напряжения. 0

Недостатком таких способов является .: . : ... . . .. Со то, что они требуют разрушения объектов: Недостаткомпрототипаявляетсято,что i ©, испытания. В результате такие способы не . с его йомощью крайне трудно провести сепозволяют получить индивидуальные зави- лекцию изменений физико-механических симости накойления поврежденноСти, по;:: характеристик материала, поскольку все изскольку при каждой величине наработки ;.. менения трактуются как повреждения. В то необходимо разрушить соответствующий же время при нагружении образцов из образец. что не допускает его повторного композиционных материалов имеет месиспользования.: . та как изменение свойств, являющееся

Наиболее близким к предлагаемому яв- . следствием развития повреждений — расляется способ усталостных испытаний, при . трескиваний, расслоений, проскальзываний котором о накопленйи усталостной.повреж- слоев и т.д., так и являющееся следствием денности судят по снижению формы цикла "тренировки" материала;

1 (21) 4875637/28 (22) 06,08.90 (46) 23.02,93. Бюл, N 7 (72) Г.B.Ñónàêâåëèäýå (56) Авторское свидетельство СССР . N. 1499168, кл. G 01 N 3/32, 1986. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТАЛОСТНОЙ ПОВРЕЖДЕННОСТИ МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к механическим испытаниям, к способам усталостных испытаний, Цель изобретения — повйшенйе достоверности определения поврежденно- 2 сти путем исключения погрешностей, связанных с влиянием обратимых изменений структуры материала и изменений, обусловленных фактором тренировки при циклическом нагружении, Образец материала циклически нагружают и определяют сдвиг по фазе между отнулевым.циклом напряжения и циклом деформации, среднюю и минимальную деформации, по которым определяют в качестве характеристики повреждейности.изменение жесткостной характеристики материала. 3 ил.

1796986

Целью изобретения является повышение достоверности путем исключения погрешностей, связанных с влиянием обратимых изменений структуры материала, и изменений, обусловленных фактором тре- 5 нировки.

На фиг. 1 — 3 представлены характерные зависимости от времени: на фиг. 1 — напряжения, на фиг. 2 —. деформации, на фиг. 3— модули упругости материала.

Устройство для реализации способа представляет собой испытательную машину, позволяющую циклически нагружать образцы в мягком режиме, снабженную средствами регистрации параметров цикла деформации и напряжения и сдвиг фаз между ними.

Способ реализуется следующим образом.

Образец устанавливают е испытатель- 20 ную машину и нагружают в мягком режиме пульсирующей циклической нагрузкой.

Максимальное напряжение в цикле оо, тогда напряжение о меняется по закону.

v(t) = оо(1 - cos со t) = ср . — tg ф а 2

2 (2) 40

Изменение А, как показали прямые эксперименты, характеризует изменение обратной жесткости. Для теоретического обоснования соотношения(2) приведем следующие выкладки. Пусть напряжение в ма- "5 териале, проявляющем вяэкоупругие свойства, изменяется по закону (1). Примем закон связи напряжений с деформацией в форме где ll(t) — ядро полэучести. 55

В качестве ядра релаксации для композиционного полимерного материала широкое распространение получили экспоненциальные функции, поэтому примем ядро в виде где в — кривая частоты нагружения;

t — время.

Определяют зависимость от времени амп- 30 литуды деформации а, средней деформации еср и сдвига фаз ф запаздывания цикла деформации относительно цикла напряжения.

В качестве характеристики поврежденности определяют изменение величины )„on- 35 ределяемой из соотношения

fl(t) = Пое (4) е(с) = f ð - à cos(o) t — (()) (5) где яср — средняя деформация; а — амплитуда деформации; ф — сдвиг фаз.

ПРи выполнении Условий в Ь» 1 и t » 1о легко получить соотношения

0 ср = — + Do По то о

Е

« 2 ПоОо а=

1о

Щ ф = а 1о. (6) с учетом которых получаем соотношение (2); в котором деформационный параметр материала

A =Oo/E, Поскольку изменение iL связано с изменением Е, il может служить мерой поврежденности. На фиг. 3 участок соответствует тренировке материала — на нем поврежденность не возрастает, хотя характеристики формы цикла деформации меняются. На участке II происходит устойчивое накопление поврежденности — плавно уменьшается. На участке III жесткость резко снижается, что свидетельствует о возникновении макродефектов. Таким образом, заявленный способ позволяет повысить достоверность результата за счет того, что в отличие от прототипа позволяет определить границу между участками и II и судить о поврежденности материала по характеристике, учитывающей различие причин, приводящих к искажению формы цикла деформации.

Циклическому нагружению подвергались образцы стеклопластика (ППН + ЭДТ - 10), время tp - 7с, с частотой 10 Гц на базе порядка 100 тыс. циклов при 300 С. На участке жесткостьобразцов повысилась примерно на 8-10 . Часть образцов была разрушена предварительно, часть — после наработки порядка 1000 циклов, что соответствовало участку

I. Остаточная прочность образцов, подвергнуTblx такому циклическому нагружению — "тренировке", повысилась на 5-7, т.е. говорить о где П, — константа, to — время релаксации. Вэтом случае прямой подстановкой (1) и (4) в (3) легко получить закон изменения деформации

1796986

15 повышении его поврежденности нет оснований, смешение циклов деформации относительно напряжения имело место. При прерывании циклического нагружения на участке II, где параметр il увеличился при- 5 мерно на 4ь (т.е, модуль E уменьшается примерно на 4 ). остаточная прочность образцов оказалась меньше на 4-5$. При прерывании нагружения на участке IV на шлифах отчетливо были видны макродефек- 10 ты в виде расслоений, раковин или макротрещин.

Формула изобретения

Способ определения усталостной поврежденности материала, заключающийся в том, что образец материала циклически нагружают при постоянном цикле напряжения, определяют смещение фаз цикла деформации относительно цикла напряжения, но которому определяют деформационный параметр материала. а о поврежденности судят по укаэанному параметру, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения достоверности путем исключения погрешностей, связанных с влиянием обратимых изменений структуры материала и изменений, обусловленных фактором трениров-

Таким образом, но основе иллюстрирующего способ примера, можно видеть то, что способ позволяет повысить достоверность результата, так как более обоснованно позволяет делать вывод о развитии поврежденности или изменении характеристик материала без изменения поврежденности.

Способ можно применять при неразрушающем контроле циклически деформируемых конструкций в процессе их эксплуатации без прерывания эксплуатации. ки при циклическом нагружении, нагружение осуществляют при откулевом цикле напряжения и определяют минимальную и среднюю деформации в цикле, а деформационный параметр определяют по следующему соотношению: где А — деформационный параметр; яср — средняя деформация в цикле; а — амплитуда деформации; ф — смешение фазы цикла деформации относительно цикла напряжения.

1796986

Составитель Г. Сулаквелидзе

Техред М.Моргентал Корректор H. Ревская

Редактор Т. Иванова

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

Заказ 647 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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