Способ оценки накопления усталостных повреждений

Способ оценки накопления усталостных повреждений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: на образцах и конструкциях в условиях действия эксплуатационных Циклических нагрузок. Цель: снижение трудоемкости испытаний и обеспечение количественной оценки накопленного усталостного повреждения без разрушения образца. Сущность изобретения: при оценке накопления усталостных повреждений используют датчики контроля циклических деформаций, которые закрепляют на объект до и после его нагружения исследуемым спектром, объект с датчиками испытывают в обоих случаях при напряжениях, не снижающих его циклическую долговечность, до момента реакций датчиков и фиксируют соответствующие ему числа циклов нагружения . По разности последних оценивают величину накопленного усталостного повреждения . Положительный эффект: способ позволяет неразрушающим методом делать количественную оценку накопления усталостнЫх повреждений на основном металле и сварных соединениях при эксплуатационных спектрах нагруженйя конструкций и снизить трудоемкость испытаний более чем на порядок.. со С

„,50„„1796987 А1

C0IO3 СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 N 3/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение касается механических . микротвердости,прогибаобразца,диаграмиспытаний материалов и конструкций, в мы циклического деформирования, разме- 0 частности определения накопленного уста- ра деформации при вершине усталостной "О лостного повреждения, и может. быть ис- трещины, ударной вязкости; физических:; QQ пользовано на конструкциях .в условиях критериев — по изменению повреждающей действия эксплуатационных циклических энергии, магнитного сопротивления, улхтнагрузок. развуковых колебаний, структуры и др.

Известны способы оценки накопления ггсновными недостатками известных . усталостных повреждений (Школьник Л.M. способов являются высокая трудоемкость и

Методика усталостных испытаний: Справоч- низкая точность в определении накопления ник. — М.: Металлургия, с. 33-44), заключаю- усталостных повреждений, необходимость щиеся в использовании прочностных использования сложной регистрирующей критериев — по остаточной циклической и аппаратуры, многие способы дают лишь кастатической прочности, развитию усталост- чественную оценку повреждаемости. ных трещин, линиям поврежденности; де- Наиболее близким техническим реше. формационных критериев.— по изменению нием к изобретению является способ Френ(21) 4.902433/28 (22) 14;01.91 (46) 23.02,93. Бюл. М 7 (71) Курганский машиностроительный институт (72) Д,А.Троценко, А.К.Давыдов и M.В.Качесов (56) Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний: Справочник. — М.: Металлургия, 1978, с,.34. (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ НАКОПЛЕНИЯ УСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ (57) Использование: на образцах и конструкциях. в условиях действитя зксплуатационнйх циклических нагрузок. Цель: снижение трудоемкости испытаний и обеспечение ко личественной оценки накопленного устало. стного повреждения без разрушения, образца, Сущность изобретения: при оценке накопления усталостных повреждений используют датчики контроля циклических деформаций, которые закрепляют на объект до и после его нагружения исследуемым спектром, объект с датчиками испытывают в обоих случаях при напряжениях, не снижающйх его циклическую долговечность, до момента реакции датчиков и фиксируют соответствующие ему числа циклов нагружения. По разности последних оценивают величину нагкайленного усталостного повреждения. Положительный эффект. способ позволяет неразрушающим методом делать количественную оценку накопления усталостнйх повреждений на основном металле и сварнь1х соединениях при эксплуатационных спектрах нагружения конструкций и снизить трудоемкость испытаний более чем на порядок.

1796987 ча (Школьник.Л.М. Методика усталостных испытаний: Справочник. — М,; Металлургия, 1978, с,34), заключающийся в испытании образцов до определенного числа циклов нагружения при напряжениях выше предела выносливости, затем образцы испытывают на контрольном уровне напряжений равном пределу выносливости и базой, соответствующей точке прогиба кривой усталости. Считается, если на последней базе испытаний. образец не разрушился, то предварительное нагружение.не вызвало повреждений, а если образец разрушился, то повреждения были.

Недостатками способа являются высокая трудоемкость испытаний, иэ-за необходимости длительного циклического нагружения образцов на контрольном уровне напряжений; а также качественная оценка повреждаемости.

Цель изобретения — снижение трудоемкости испытаний и обеспечение количественной оценки накопленного усталостного повреждения без разрушения образца.

Поставленная цель достигается путем закрепления на рабочую часть образца, перед его нагружением, высокочувствител ь ного датчика контроля циклических деформаций, испытания образца до момента реакции датчика при напряжениях, не вызывающих в материале образца повреждений, влияющих на его долговечность, и фиксирования числа циклов нагружения No, после нагружения образца исследуемым спектром, повторного закрепления на нем аналогичного датчика, испытания его при тех же условиях, как и в первом случае, и фиксирования.числа циклов нагружения N), оценки, величины накопленного усталостного повреждения по разности значений.Np-N1. или в относительных единицах (No N1)INo

Способ осуществляется следующим образом.

На предварительно обработанную наждачной шкуркой до металлического блеска рабочую часть образца или детали наклеивают высокочувствительный датчик контроля циклических деформаций. В качестве таких датчиков используют, например, металлические пленки толщиной менее 10 мкм.

Образец испытывают на усталость при напряжениях, ниже предела выносливости.

Этот контрольный уровень напряжений выбирают исходя из следующих соображений, С одной стороны. он не должен вызывать в материале образца усталостных повреждений, которые влияли бы на его долговечность, с другой стороны. для снижения трудоемкости испытаний выбранный контрольный уровень напряжений должен быть.. достаточным для реакции датчика при возможно меньшем количестве циклов нагружения. Этим условиям могут отвечать уровни напряжений в пределах 0,5...0,8 предела выносливости материала образ-. ца. Испытания проводят при любых, но постоянных на всем протяжении испытаний спектрах нагружения и асимметриях цикла.

В процессе испытаний фиксируют момент

10 реакции датчика, например, начало изменения его физических свойств и, соответствующее ему число циклов нагружения Np.

Затем образец испытывают на усталость ис.следуемым спектром нагружения. На рабочую часть образца наклеивают однотипный, как в первом случае, по свойствам и чувствительности датчик. Образец снова исп ытывают на контрольном уровне напряжений, фиксируют момент реакции датчика и, соот20 ветствующее этому моменту число циклов нагружения N>. Величину накопленного усталостного повреждения металла образца.. в результате испытания исследуемым спектром нагружения, оценивают в абсолютных и относительных единицах. В первом случае — bio разности чисел циклов нагружения No и N), а во втором — как (No N1)/No

Положительный эффект достигается за счет установления разности числа циклов

30 нагружения до реакции датчика контроля циклических деформаций неповрежденного и поврежденного усталостью материала исследуемого объекта.

Пример. Исследования проводились на гладких образцах с круглым поперечным сечением, материал образцов — ст.3. Диаметр рабочей части образца 10 мм. Рабочая часть образца обрабатывалась наждачной шкуркой 1ч 400. В качестве датчиков контро40 ля циклических деформаций применялась алюминиевая пленка толщийой 8 мкм, изготовленная по специальной технологии.

Из одной пленки вырезались датчики с размерами 4х50 мм. На каждый образец

45 наклеивалось по одному датчику. Наклейка осуществлялась циакриновым клеем типа

30 по общепринятой технологии. После на. клейки датчика его поверхность подвергалась полировке алмазной пастой нулевой

50 зернистости.

Испытайия образцов проводились на усталостной машине МУИ-6000. Частота нагруженйя соответствовала 6000 цикл/мин.

Коэффициент асимметрии цикла R = -1. .В начале, образцы испытывались на контрольном уровне напряжений о= 120 МПа, величина которого составляла 0,6 предела выносливости стали Ст.3. Согласно известным рекомендациям данный уровень напряжений не снижает циклическую долго1796987

30 вечность образцов. Поэтому на данном этапе испытаний преследовалась цель испытать сам датчик, с учетом индивидуальных свойств материала образца. Таким образом оттарировать датчик. В процессе испытаний с помощью микроскопа МБС-9 при 24" кратном увеличении, фиксировался момент появления первых линий сдвига на поверхности датчиков, который был принят в качестве критерия реакции датчика. Так же фиксировалось число циклов нагружения, соответствующее этому моменту. В дальнейшем образцы повреждались поэтапно, определенным числом циклов нагружения, при уровне действующих напряжений 250 МПа.

После каждого этапа нагружения на образцы вновь наклеивались датчики; поверхность их полировалась и проводились .испытания при. контрольном уровне напряжений cr = 120 МПа; На этих же этапах фиксировались: момент реакции датчика и соответствующее ему число циклов нагружения.

Оценка накопленного усталостного повреждения осуществляется в абсолютных и

Формула изобретения

Способ оценки накопления усталостных . повреждений, заключающийся в предварительном циклическом нагружении образца в исследуемом спектре и последующем его циклическом испытании на контрольном уровне напряжений с фиксацией числа циклов.нагружения, по которому судято повреждаемости образца, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости испытаний и обеспечения количественной оценки накопленного усталостного повреждения без разрушения образца, перед нагруженивм образца ка его рабочей части закрепляют датчик контроля циклических деформаций, .е относительных единицах. В первом случае она определялась как разность Np-Ni; где

Np u Ni — число циклов нагружения до реакции датчиков, соответственно неповрежденного и поврежденного усталостью образца на i-м этапе нагружения. Во втором случае — по формуле (Np Ni)/Np.

Полученные результаты испытаний и расчетная оценка накопленного усталостно10 го повреждения представлены в таблице.

Аналйз полученных результатов исследований. свидетельствует, что данный способ вполне удовлетворительно позволяет оценивать величину йакопленного усталостного повреждейия, Из данных таблицы видно. что с увеличением числа циклов нагружения образцов, величина накопленного усталостного повреждения также увеличивается. Наибольаее накопление усталостных повреждений в материале образца происходит при первых циклах нагружен ия.

Аналогичные результаты были получены на образцах и при других уровнях

25 действующих напряжений при блочном нагружении и на сварных соединениях, испытание образца осуществляют до момента реакции датчика при напряжениях, не вызывающих в материале образца повреждений, влияющих на его долговечность, и фиксируют число Np циклов нагружения, после нагружения образца в исследуемом спектре на образце вновь закрепляют аналогичный датчик, испытывают

его при тех же условйях, что и при первом исйытании, .и фиксируют число Np циклов нзгружения. величину количественного накопления уствлостного повреждения оценивают по разности значений йо-N>, а качествейныв изменения оценивают в относительнйк единицах (Й -И )/йф.

1У96987

Накопленное усталостное повременив

30

50

25

No — NI

0,50 0,60 0,70 0,80

0,57 .0,71

No

Составитель Д, Троценко

Техред М.Моргентал Корректор Л. Пилипенко

Редактор T. Иванова

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

Заказ 647 Тирам Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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