Способ определения усталостных раз-рушающих напряжений

Способ определения усталостных раз-рушающих напряжений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ме: .«ь„,®

Фм щ,ну,, и

Союз Советских . Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (51)М. Кл. (22)ЗаЯвлено 30.11.78 (2!) 2б94885/25-28

G 01 В 11/16 с присоединением заявки М—

Веударетнанньй камитат

CCCP ао левам яааеретеннй и етнрмтня (23) Приоритет

Опубликовано 15.01.81. Бюллетень М 2 (5З) УЙК 531.781..2 (088.8) Дата опубликования описания 15 01 81 (72) Авторы изобретения

Г. В. Бондал и Т. В. Колесникова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТАЛОСТНЫХ

РАЗРУШАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к оптическим. методам измерения деформации твердых тел.

Известен способ определения усталостных разрушающих напряжений, заключающийся в том, что из разрушившейся детали вырезают з несколько образцов, испытывают их и по напряжениям долома и геометрии излома, считая постоянными максимальные напряжения в момент долома у образцов одной серии, расчетным путем определяют уровень деиствовавшей нагрузки и. где 6 — напряжение долома — константа

15 а материала; 0 g — моменты сопротивления сечения в начале нагружения и в момент долома соответственно, опредвля20 емые по геометрии излома (11, Недостатками данного способа являются ограниченность его практического применения, связанная с необходимостью вырезания нескольких образцов иэ детали, что не всегда желательно и возможно, а также низкая точность определения уровня разрушающего усталостного напряжения, связанная с условностью допущения о постоянстве максимальных напряжений долома.

Наиболее близок к изобретению по технической сущности способ определения усталостных разрушающих напряжений, заключающийся в том, что на поверхности разрушения в зоне регулярного бороэдчатого рельефа измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага разрушения в направлении, перпендикулярном фронту развития разрушения, по которому с помощью определения точки на заранее полученной зависимости в координатах "шаг бороэдок в очаге разрушения — напряжение", использующейся в качестве эталонной для данной марки материала, соответствующей значению шага бороздок, измеренному в очаге разрушения исследуемой детали, судят об усталостных разрушающих напряжениях (21.

Недостаток данного способа в сравнительно низкой точности, связанной с тем, что, вышеука796657 занная зависимость используется как эталонная для данной марки материала, следовательно она может быть применена для оценки усталостных разрушающих напряжений только в деталях той же или близкой геометрии и размеров с образцами, для которых она была построена и способ приложения нагрузки к которым совпадает со способом приложения нагрузки к указанным образцам, а также с тем, что нет возможности оценить напряжения до возникновения трещины, которые, собственно, и приводят к образованию и развитию усталостного разрушения. Кроме того, состояние излома исследуемой детали в очаге разрушения должно производить обмер шага бороздок в очаге разрушения с требуемой точностью, что на изломе., образовавшемся в условиях эксплуатации, далеко не всегда возможно.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага разрушения в другом направлении, определяют длину участка,равноускоренного роста шага бороздок, а величину на-.пряжения определяют по формуле:

„«1 5 40 z

СДГ) +(mob, 10+ )3 I r мм

С ()

30 где с, ln, n — определяемые экспериментально для каждого материала при различных условиях нагружения коэффициенты;

Ь вЂ” щаг бороздок;

3S

1. — величина удаления точки измерения шага бороздок от очага разрушения;

Ь вЂ” начальный шаг боРоздок, опРео деляемый точкой пересечения 40 двух прямых в координатах

Ь-L, построенных по результатам измерения шага бороздок в указанных выше направлениях; г- — длина участка равноускоренного 4s роста шага бороздок.

На фиг. 1 показана поверхность излома разрушенной детали и направления, в которых производилось измерение шага бороздок; на фиг. 2 — электронная фрактограмма с участка поверхности разрушения той же детали, представляющая собой картину рельефа с усталостными бороздками (стрелками выделен шаг бороздок); на фиг. 3 — зависимости в коорди1татах, Ig Ь вЂ” L, построенных в направлении, перпендикулярном фронту развития разрушения (1) и в направлении под углом 45 к первому (2), точка их пересечения соответствует значению начального шага бороздок — b„: на

4 на фиг. 4 — схема, показывающая выбор граничных условий для определения длины f» участка равноускоренного роста шага усталостных бороздок; на фиг. 5 — зависимость коэффициента интенсивности напряжений, характеризующего напряженное состояние у вершины трещины в конце участка равноускоренного роста шага бороздок (к ), от длины этого М участкаф1йа фиг. 6 — зависимость коэффиt циента интенсивности напряжений, характеризующего напряженное состояние у вершины трещины в начале участка равноускоренного роста шага бороздок (к ), от значений начального шага бороздок (Ь„), соответствующих различным условиям нагружения.

Способ определения усталостных разрушающих напряжений реализуется следующим образом.

На поверхности разрушения исследуемой детали выбираютСя направления измерения шага бороздок (одно — перпендикулярно фронту разрушения, второе — под углом к первому) и производятся его измерения в указанных направлениях. По результатам измерений вычисляется усталостное разрушающее напряжение.

Формула для расчета напряжений может быть получена следующим образом.

По результатам измерений шага бороздок строятся зависимости в координатах Ig Ь-L.

Для построения этих зависимостей используются значения коэффициентов уравнения

Ь=А8 ве где С вЂ” длина зоны с бороздчатым рельефом (8=1 — 0,02 (мм) );

А,  — постоянные коэффициенты

 — основание натуральных логарифмов, описывающего закон изменения шага бороздок по длине трещины 1.

Для определения коэффициентов А и В применяется среднеарифметический способ обработки экспериментальных данных, для которого справедливы следующие соотношения:

8Q Sä

sege z е,.ey,е л- g. сЧь;=о

$ С

SBQe K, 8/ О А-Л; Cgb,,=Î, (2)

= 4 =5+ где S — общее число измерений шага бороз. док Ь„ на различном удалении С1 от начала зоны бороздчатого рельефа.

Преобразованием уравнения (1) можно получить р, c3) ве е

796657 (! где h; — текущее значение второй производg2g ной ае

Отсюда длина Г. участка равноускоренного роста шага бороздок определяется формулой 5 с Ъ."-е АЬ

Е = ЬЕ 1.11м> Ж ье е

d Ъ 1О где Ь вЂ” значение

Ц

ВЮэ-, соответствующее концу участка равноускоренного роста шага бороздок

Ъ =Ъ/Е «О+ЬЬ ГММ3. (5) 15

Выражение (5) представляет собой эмпирическую зависимость, обуславливаюшую одинаковые для разных величии нагрузок и способов их пр приложения граничные условия на определе20 ние величины 7», где. ЬЬ вЂ” минимальное гарантированное отклонение от значения

Ь = const. В практике указанная величина сосI а тавляет ЬЬ = 1,10 мм.

Зависимости, показанные на фиг. 5, получают экспериментально путем разрушения как минимум трех серий образцов (не менее двух образцов в каждой), испытанных при различных способах приложения переменных нагрузок и различных для образцов одной серии уровнях приложенного напряжения, я, Указанные зависимости описываются выражением

K =с(ккм)1+1 як!/мм !),(6) где С вЂ” константа материала.

Для построения зависимости, показаннои на фиг. 6, используются значения Ко, снятые с графика, приведенного на фиг. 5, и значения

Ь, определенные соответственно для каждой серии образцов путем выявления точки пересечения прямых в координатах 1д Ь-1-, п роен. иых для различных уровней приложенного налряжения. Указанная зависимость описывается выражением

К " - +m(Z "e ) (""/ м ) P где п, m — константы материала.

Постановка выражения (7) в выражение (6) с последующей постановкой последнего в известное соотношение механики разрушения к" ®, ЧЖе" где о — среднее приложенное напряжение, дает искомую формулу для разруша. юшего напряжения (е") "(Ъ, о - "),„,, .®, ЛР

Применение изобретения повышает точность измерения усталостных разрушаюших напряжений за счет того, что зависимости, на основании которых определяется усталостное разрушаюшее напряжение, учитывают различные конфигурации и способы нагружения деталей.

Формула изобретения

Способ определения усталостных разрушающих напряжений, заключающийся в том, что на поверхности разрушения в зоне регулярного бороэдчатого рельефа измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага разрушения в направлении, перпендикулярном фронту развития разрушения, по которому судят об усталостных разрушающих напряжениях, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительно измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага разрушения в другом направлении, определяют длину участка равноускоренного роста шага бороздок, а величину напряжения определяют по формуле: с(аЕ ) >+(mb О"+ n) 4 „, (—,1 Р") /а где С,m, n — определяемые экспериментально для каждого материала при различных условиях нагружения коэффициенты;

Ь вЂ” шаг бороздок;

L — величина удаления точки измерения шага бороэдок от очага разрушения;

Ь вЂ” начальный шаг бороздок, опредео ляемый точкой пересечения двух прямых в координатах lg Ь-L, построенных по результатам измерения шага бороздок в укаэанных выше направлениях; ь — длина участка равноускоренного ( роста шага бороздок.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бесман А. И. Исследование усталостных изломов углеродистых сталей в связи с условиями нагружения. Автореф. дис. на соиск.учен. степени канд. техн. наук. M., ЦНИИГмаш, 1971, с. 8 — 9.

2. Жегина И. П. Фрактографнческие особенности алюминиевых сплавов в связи с их способностью к торможению разрушения. Автореф, дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук.

М., ВИМА, 1975, с. 17 — !8 (прототип).

Составитель С. Сурков

Вдактор Л. Пчелинская Техред А. Бойкас ° Корректор 10. Макаренко

Заказ 9757/57 Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектнаи, 4