Спосіб випробування матеріалів на тріщиностійкість

Способ испытания материалов на трещиностойкость, по которому образец с исходной трещиной в вершине надреза размещают в нагружающем устройстве, воздействуют на образец усилием через рабочий элемент нагружающего уст ройства, при нагружении ограничивают перемещение элемента нагружающего устройства, регистрируют значения усилия при старте и остановке трещины и по ним судят о характеристиках трещиностойкости, ограничение перемещений осуществляют на заданную, заранее рассчитанную величину, соответствующую перемещению консолей образца при старте трещины, в качестве элемента, перемещение которого ограничивают, используют непосредственно рабочий элемент, отличающийся тем, что образец размещают в установке с возможностью свободного перемещения его консолей при нагружении и исключают обратное возвратно-поступательное перемещение рабочего элемента путем его жесткой фиксации в процессе нагружения. Недостаток способа – недостаточная достоверность результатов, обусловленная тем, что имеет место накопление упругой энергии в системе нагружения и влияния сил инерции элементов нагружающего устройства, что наиболее ощутимо при динамическом нагружении образца. В.Ш. (13) 32436 (11) UA Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ испытания материалов на трещиностойкость [Авторское свидетельство № 1478080 СССР, МКИ4 G 01 N 3/00, 07.05.89], по которому образец с исходной трещиной в вершине надреза размещают в нагружающем устройстве, воздействуют на образец усилием через рабочий элемент нагружающего устройства, при нагружении ограничивают перемещение элемента нагружающего устройства, регистрируют значения усилия при старте и остановке трещины и по ним судят о характеристиках трещиностойкости. Ограничение перемещений осуществляют на заданную, заранее рассчитанную величину, соответствующую перемещению консолей образца при старте трещины, в качестве элемента, перемещение которого ограничивают, используют непосредственно рабочий элемент. Недостаток описанного способа состоит в том, что при его использовании на рост трещины оказывает существенное влияние энергия, накопленная в нагружающем устройстве. В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания такого способа испытания материалов на трещиностойкость, который бы позволил повысить достоверность результа (19) Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для определения характеристик трещиностойкости материалов на стадиях старта, движения и остановки трещины, как при статическом, так и при динамическом нагружении. Известен способ испытания материалов на трещиностойкость, включающий операции размещения образца с исходной трещиной в вершине надреза в нагружающем устройстве, воздействия на образец растягивающим усилием, ось которого перпендикулярна оси надреза, регистрации параметров нагружения, по которым определяют характеристики трещиностойкости [Каплуненко В.Г. Методика исследования трещиностойкости конструкционной стали в момент старта и остановки трещин. – Пробл.прочности, 1984, № 10, с. 59–63, Кашталян Ю.А., Орыняк И.В., Тороп В.М. Определение К1 на ДКБ образцах при нагружении клином и винтом. – Пробл. прочности, 1988, № 7, c. 112–114]. C2 ____________________ 32436 разца, выполненное в виде двух щек 2 и 3 с направляющими пазами 4, в которых размещаются цилиндрические опорные пальцы 5. На пальцах закреплен образец 6 (типа ДКБ). Нагружающий узел снабжен расклинивающим устройством, содержащим клин 7, кинематически связанный с приводом (на чертеже не показан). Кроме того, верхняя часть клина 7 имеет резьбовую часть, на которой закреплены фиксирующий 8 и нагружающий 9 диски. Фиксирующий диск 8 служит для обеспечения установки заданного перемещения клина 7. Нагружающий диск 9 – для восприятия усилия падающего груза (на чертеже не показан). Фиксирующий 8 и нагружающий 9 диски соединены шпильками 10, необходимыми для равномерного перераспределения усилия падающего груза и дополнительной фиксации установленного фиксирующим диском 8 перемещения. Клин 7 предназначен для взаимодействия с образцом 6. Для обеспечения надежного контакта клина 7 с нагружающими пальцами 5 в процессе нагружения служит механизм стопорения. Механизм стопорения расположен в верхней части основания 1 и представляет собой набор подпружиненных фиксаторов 11, размещенных по спирали в отверстиях 12 основания 1. Фиксаторы 11 в процессе движения клина 7 под действием пружин 13 входят в проточки 14 на клине 7. При необходимости имеется возможность отключения механизма стопорения. Основание 1 узла нагружения опирается на демпфер 15 (аммортизатор), выполненный в виде резиновой площадки. Регистрирующая аппаратура включает традиционные средства измерения перемещения клина 7, длины распространяющейся трещины и величины расклинивающего усилия (на чертеже не показана) [Механика разрушения и прочность материалов: Справочное пособие: В 4 т. /Под общей ред. Панасюка В.В. – Киев: Наук.думка, 1988. Т. 3: Характеристики кратковременной трещиностойкости материалов и методы их определения /Ковчик С.Е., Морозов Е.М.; Бобринский А.П., Краев А.Г., Маркочев В.М. Вариант метода РЭП для измерения длины трещин // Физика и механика деформации и разрушения. – М.: Атомиздат, 1978. – С. 3–7]. Пример. Испытанию подвергали серию одинаковых образцов типа ДКБ, изготовленных из стали 15Х2НМФА. Каждый образец 6 размещали в нагружающем устройстве, закрепляя его на цилиндрических нагружающих пальцах 5. Клином 7 воздействовали на каждый образец 6 через нагружающие пальцы 5. К клину 7, в свою очередь, прикладывалось усилие через нагружающий диск 9 от падающего груза. Величину усилия (падающего груза) подбирали таким образом, чтобы произошел старт трещины. За счет действия механических фиксаторов 11, входящих в проточки 14 на клине 7, исключался "отскок" клина 7. Это позволяло обеспечить надежный контакт клина 7 с нагружающими пальцами 5 в процессе нагружения, вплоть до остановки трещины, снизить влияние энергии, накопленной в нагружающем устройстве на процесс распространения трещины, что дало возможность более достоверно определить усилия, возникающие на клине 7. Перемещение клина 7 осуществлялось тов испытаний за счет снижения влияния энергии, накопленной в нагружающем устройстве на распространение трещины. По предлагаемому способу испытания материалов на трещиностойкость, как и по известному, образец с исходной трещиной в вершине надреза размещают в нагружающем устройстве, воздействуют на образец усилием через рабочий элемент нагружающего устройства, при нагружении ограничивают перемещение элемента нагружающего устройства, регистрируют значения усилия при старте и остановке трещины и по ним судят о характеристиках трещиностойкости, согласно изобретению, образец размещают в установке с возможностью свободного перемещения его консолей при нагружении и ограничивают обратное возвратно-поступательное перемещение рабочего элемента. Обратное возвратно-поступательное перемещение рабочего элемента ограничивают путем его жесткой фиксации в процессе нагружения, что в свою очередь обеспечивает постоянный и надежный контакт рабочего элемента с образцом вплоть до остановки трещины, тем самым исключая нежелательное влияние нагружающего устройства на процесс роста трещины после ее старта. При испытании образцов регистрируется расклинивающее усилие и длина распространяющейся трещины. Строятся диаграммы P(t) и a(t) (P – расклинивающее усилие, a – длина трещины). После интегрирования диаграммы a(t) можно получить диаграмму скорости распространения трещины. Зная P и a можно определить текущее значение коэффициента интенсивности напряжений К1: К1 = Pa2 3 Bh 3 2 , (1) где P – расклинивающее усилие; a – длина трещины; B, h – геометрические размеры образца. Данная формула применима только для образцов типа ДКБ. Зная К1 можно определить удельную энергию продвижения трещины на единице длины [Механика разрушения и прочность материалов: Справочное пособие: В 4 т. /Под общей ред. Панасюка В.В. – Киев: Наук.думка, 1988. Т. 3: Характеристики кратковременной трещиностойкости материалов и методы их определения /Ковчик С.Е., Морозов Е.М.; Броек Л. Основы механики разрушения. Лейден; 1974. Пер. с англ. – М.: Высш. школа, 1980]. В данном случае пластическая деформация рабочего элемента пренебрежимо мала и не учитывается при проведении испытаний. Сущность изобретения поясняется чертежом. Установка, реализующая предлагаемый способ, включает узел нагружения и регистрирующую аппаратуру. Нагружающий узел содержит основание 1, на котором размещено устройство крепления об 2 32436 на заданную, заранее рассчитанную величину. Такие же образцы подвергали испытанию по способу-прототипу. Коэффициент интенсивности напряжений рассчитывали по формуле (1). Результаты испытания образцов по предлагаемому способу испытания материалов на трещиностойкость являются более достоверными, поскольку в нем исключается рассеивание энергии в системе образец–испытательная машина возникающее при "отскоке" клина 7. В сопоставлении со способом-прототипом погрешность испытания будет тем меньше, чем меньше соотношение податливости образца к податливости испытательной машины. Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 3