Зразок для визначення циклічної тріщиностійкості розтягу і зсуву
Номер патенту: 63180
Опубліковано: 15.01.2004
Автори: Іваницький Ярослав Лаврентійович, Штаюра Степан Теодорович
Формула / Реферат
Зразок для визначення циклічної тріщиностійкості розтягу і зсуву, що виконано у вигляді порожнистого циліндра зовнішнім діаметром D з двома коловими, коаксіальними, однакової глибини концентраторами, який відрізняється тим, що в площині колових концентраторів, перпендикулярно до осі обертання порожнистого циліндра виконано отвір діаметром d з надрізом на глибину t = (D-d)/2 + (від 1 до 2 мм), вершина якого є концентратором для вирощування втомної тріщини.
Текст
Винахід відноситься до експериментальної техніки і може бути застосований для вивчення, оцінки та для інших досліджень матеріалів при комбінованому та втомному руйнуванні розтягом і зсувом. Відомо ряд способів та засобів, а також рекомендації стосовно типів зразків та схем навантаження, які використовують для оцінки здатності матеріалу чинити опір втомному руйнуванню [1, 2]. Зокрема, при дослідженні матеріалу на циклічну тріщиностійкість проводять випробування за силовою схемою, що забезпечує стійкий ріст тріщини, а використовувані пристрої у вигляді зразків прості у виготовлені і зручні для досліджень. Для цих зразків аналітично з достатньою точністю отримано формули, за якими визначають критичні значення коефіцієнта інтенсивності напружень. Форма та розміри зразків задовольняють умовам квазікрихкого руйнування і забезпечують в діапазоні робочих навантажень пружне деформування матеріалу по всьому об'єму, за виключенням малого околу безпосередньо у вершині тріщини [3]. Проте, рекомендовані силові схеми навантажень і конструкції зразків не забезпечують реалізації складного напруженого стану - одночасної деформації за механізмом нормального відриву та повздовжнього зсуву, а криволінійне поширення тріщин у протилежних напрямках у порожнинному циліндричному зразку без кільцевих концентраторів унеможливлюють точне вимірювання геометричних параметрів тріщини для розрахунку коефіцієнта інтенсивності напружень при змішаному механізмі руйнування. Найбільш близьким технічним рішенням є зразок для визначення характеристик тріщиностійкості при поперечному зсуві, який виготовлено у вигляді порожнистого циліндра, де здійснено поєднання механізмів одночасної деформації за механізмом нормального відриву та повздовжнього зсуву [4]. Циліндричний порожнинний зразок навантажують сумісним розтягуванням та крученням, а наскрізні бокові вузькі надрізи для поширення тріщини створюють електроіскровим методом, що спричинить зміну початкової структури матеріалу і приводить до зміни характеристик росту тріщин. Недоліком цього технічного рішення є неможливість одночасного здійснення протифазної дії згину та зсуву, а наявні чотири надрізи ускладнюють процедуру вимірювання довжини тріщини для розрахунку коефіцієнта інтенсивності напружень. В основу винаходу поставлено завдання створення пристрою у вигляді зразка для визначення циклічної тріщиностійкості при дослідженні за силовою схемою розтягу і зсуву шляхом реалізації в одній із вершин бокового концентратора, виконаного в площині зовнішньої і внутрішньої кільцевих канавок, радіального отвору, що підвищить точність визначення характеристик статичної та циклічної тріщиностійкості в умовах складного напруженого стану внаслідок поширення втомної тріщини виключно з однієї вершини та забезпечить однорідність структури матеріалу у вершині тріщини, дасть можливість спостереження за її ростом при дослідженнях за силовою схемою розтягування та кручення, що в кінцевому результаті збільшить точність визначення характеристик матеріалу. Зразок для визначення циклічної тріщиностійкості за силовою схемою розтягу і зсуву виконано у вигляді порожнистого циліндра із кільцевою канавкою як ззовні, так і всередині порожнини, наскрізним радіальним отвором у вершині бокового надрізу вздовж радіуса. У порівнянні з прототипом завдяки радіальному отвору, виконаному у вершині надрізу, забезпечують поширення тріщини з однієї вершини, а поздовжній надріз призводить до усунення криволінійного поширення тріщин з розгалуженнями, що забезпечить точність вимірювання геометричних параметрів тріщини для розрахунку коефіцієнта інтенсивності напружень при змішаному механізмі руйнування. На фіг. зображено зразок для визначення циклічної тріщиностійкості за силовою схемою розтягу і зсуву. Порожнистий циліндр 1, захоплювачі 3 і потовщення 2 з галтелями зі сторони робочої частини для розтягування і закручування циліндра 1, зовнішня канавка концентратора 4 та внутрішня канавка концентратора 5 однакової глибини в межах (0,04-0,08)D, де D - зовнішній діаметр циліндра 1, радіальний отвір 6 діаметром d, надріз 7 глибиною t, втомна тріщина 8, де зміщення берегів тріщини - V, розтягувальне зусилля - Р, крутний момент - М, зсув берегів тріщини - W, коефіцієнт інтенсивності напружень для механізму нормального відриву КІс, коефіцієнт інтенсивності напружень для механізму поперечного зсуву - КІІс, порогові коефіцієнти інтенсивності напружень Kth та Кfc відповідно, критичне зусилля розтягування Ркр і критичний крутний момент Мкр. Зразок для визначення циклічної тріщиностійкості за силовою схемою розтягу і зсуву працює наступним чином. Підготовлений попередньо у вигляді порожнистого циліндра 1 зразок діаметром D з нанесеними зовнішніми та внутрішніми коловими канавками концентратора 4 та 5 відповідно, радіальним отвором 6 діаметром d, надрізом 7 із заданою глибиною t із розрахунку (D-d)/2 з додатнім відхиленням в межах від 1 до 2мм встановлюють захоплювачами 3 і потовщеннями 2 у патрон установки циклічного навантаження для розтягування і закручування. Спочатку із вершини надрізу 7 у зразку 1 вирощують втомну тріщину 8 пружним циклічним закручуванням на постійний кут протягом 40-50 тисяч циклів. При цьому у вершині надрізу 7 втомна тріщина 8, завдяки канавкам 4 та 5, росте у напрямку, протилежному отвору 6, на величину 2-3мм. Після чого зразок 1 навантажують розтягом зусиллям Р та крученням крутним моментом М. Доводячи його до руйнування, визначають максимальне значення Р кр і Мкр. При статичних випробуваннях, записують діаграми руйнування "розтягувальне зусилля Р - зміщення берегів тріщини V" та "крутний момент М - зсув берегів тріщини W". За отриманими критичними значеннями параметрів і аналітичними формулами розраховують критичний коефіцієнт інтенсивності напружень для механізму нормального відриву КІс та критичний коефіцієнт інтенсивності напружень для поперечного зсуву КІІс при сумісній дії цих механізмів. При циклічних випробуваннях будують кінетичну діаграму втомного руйнування і визначають із неї характеристики циклічної тріщиностійкості Kth, Kfc. Приклад Випробовують зразки із сталі 40Х у вигляді порожнистого циліндра із зовнішнім діаметром 25мм і внутрішнім діаметром 18мм. Зовнішня канавка, яка служить концентратором напружень має при вершині радіус р=0,4мм, радіус внутрішньої канавки при вершині р=0,28мм. Просвердлено отвір діаметром 3мм, що дорівнює ширині зовнішнього кільцевого концентратора. Товщина стінки порожнистого циліндра зразка 3,5мм. Випробування зразка проводили на установці циклічного навантаження при складному напруженому стані, яка змонтована на базі EUS-40. В результаті отримали тріщину довжиною 2,5мм і розрахували КІс при статичному розтяганні та КІІс при кручені: К Іс=62Мпа м , КІІс=89МПа м . При циклічних випробуваннях в умовах одночасної дії механізмів І та II із кінетичної діаграми втомного руйнування визначили Kth та Kfc. Відповідно порогові коефіцієнти інтенсивності напружень становлять Kth=8МПа м , Kfc=56МПа м . Використання зразка для визначення циклічної тріщиностійкості за силовою схемою розтягу і зсуву для порожнистого циліндра дасть можливість: - зберегти структуру матеріалу у місці надрізу; - підвищити точність оцінки характеристик тріщиностійкості при статичному та циклічному випробуваннях. Конструкція зразка дозволяє проводити випробування з різними частотами синхронного і синофазного навантаження. Бібліографічні дані: 1. Андрейкив А.Е., Дарчук А.И. Усталостное разрушение и долговечность конструкций. Киев; Наукова думка, 1992. — 184 с . 2. РД 50-345-82 Методические указания. Расчет испытаний на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкость разрушения) при циклическом нагружении. — М., Из-во стандартов, 1983. — 95с.; 3. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости при циклическом нагружении. Методические указания. — М., 1993. — 53с.; 4. Авт.св. СРСР №135996, Оф.бюл. №41, — 1988.
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюSample for determining the crack resistance of material under cyclic tension and shear stresses
Автори англійськоюIvanytskyi Yaroslav Lavrentiiovych, Shatiura Stepan Teodorovych
Назва патенту російськоюОбразец для определения трещиностойкости материала при циклических напряжениях растяжения и сдвига
Автори російськоюИваницкий Ярослав Лаврентьевич, Штаюра Степан Теодорович
МПК / Мітки
МПК: G01N 3/08, G01N 3/22, G01N 3/00
Мітки: визначення, зразок, тріщиностійкості, зсуву, циклічної, розтягу
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/2-63180-zrazok-dlya-viznachennya-ciklichno-trishhinostijjkosti-roztyagu-i-zsuvu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Зразок для визначення циклічної тріщиностійкості розтягу і зсуву</a>
Попередній патент: Спосіб прогнозування ефективності проведення реабілітаційних заходів для хворих у відновному періоді мозкового півкульового геморагічного інсульту
Наступний патент: Чохол для автомобіля
Випадковий патент: Пристрій для обличкування поверхонь плитками