Спосіб оцінки впливу схеми напруженого стану на значення твердості матеріалу

1. Спосіб оцінки впливу схеми напруженого стану на значення твердості матеріалу, який включає навантаження зразка матеріалу при заданій схемі напруженого стану і вимірювання твердості 3 досліджень показують, що для звичайних конструкційних матеріалів з невисоким опором дотичній напрузі, що діє, остання може стати причиною більш інтенсивного накопичення пошкоджень у матеріалі навіть при невисоких рівнях пластичної деформації, чим при дії нормального напруження розтягу або стиску. Вказаний технічний результат досягається завдяки тому, що пропонований спосіб оцінки впливу схеми напруженого стану на значення твердості матеріалу, як і відомий спосіб, включає навантаження зразка матеріалу при заданій схемі напруженого стану і вимірювання твердості матеріалу, за якими оцінюють вплив схеми напруженого стану на значення твердості матеріалу, а, відповідно до винаходу, використовують зразок, робоча ділянка якого має форму прямого паралелепіпеду, зразок навантажують в напрямку перпендикулярному до площини однієї грані робочої ділянки зусиллям, що її вигинає, а вимірювання твердості виконують, що найменше, на двох суміжних гранях робочої ділянки зразка. Досягненню поставленої задачі сприяє також те, що на кожній грані виконують серію вимірювань твердості по висоті грані, а шаг вимірювань встановлюють однаковим для всіх граней зразка. Пропонований спосіб дозволяє підвищити точність оцінки впливу різних схем напруженого стану на свідчення твердості матеріалу, оскільки визначення твердості виконується протягом одного випробування на одному зразку. Це досягається завдяки наступному. Якщо зразок, робоча ділянка якого має форму прямого паралелепіпеду, при випробуванні розташовується горизонтально, а зусилля, що її вигинає, діє у вертикальній площині, то у верхній зоні грані зразка виникає максимальне напруження стиснення mахcm, а у нижній - напруження розтягування mахp. У стислій зоні волокна матеріалу коротшають, а в зоні розтягування подовжуються. Зона розтягування і зона стиснення в зразку розділяються нейтральним шаром, де діє максимальне дотичне напруження max. Зміна нормальних розтягуючих mахp і стискаючих mахcm напруження по висоті перетину стрижня підкоряється лінійному закону і їх максимальне значення можна розрахувати з виразу p cm mах = mах =M/W де М - момент, що вигинає, W=bh2/6 - момент опору поперечного перетину стрижня при вигині, де b і h - відповідно ширина і висота перетину стрижня. Дотичне напруження змінюється по висоті бічній грані зразка за параболічним законом і його максимальне значення max, яке діє у нейтральному шарі, дорівнює max=1,5Q/A, де Q - поперечна сила; А=b h - площа перетину стрижня. Оскільки в нейтральному шарі діє тільки дотичне напруження, а нормальні напруження відсутні, то тут реалізовується чистий зсув. Таким чином, на одному зразку в процесі його навантаження зусиллям, що вигинає, можливо реалізувати три схеми напруженого стану: розтягування, стиснення і чистого зсуву. 52114 4 Суть процесів, які проходять в відповідності з операціями запропонованого способу і їх послідовність полягають у наступному. Із матеріалу, що визначений при проектуванні елементу конструкції, виготовляють зразок у вигляді стрижня, що має форму прямого паралелепіпеду. Далі зразок навантажують в напрямку перпендикулярному до площини однієї грані робочої ділянки зусиллям, що її вигинає, до рівня напружень, які діють в елементі конструкції у робочому стані, і у цьому стані визначають твердість, що найменше, на двох суміжних гранях робочої ділянки зразка. На кожній грані виконують серію вимірювань твердості по висоті грані, а шаг вимірювань встановлюють однаковим для всіх граней зразка. Це дозволить визначити твердість матеріалу, де виникають тільки нормальні напруження розтягу чи стиску, або чистого зсуву у нейтральному шарі, а також де діє складний напружений стан, обумовлений сумісною дією напружень розтягу і дотичних напружень, чи напружень стиску і дотичних напружень. Результати випробувань можуть бути використані для виконання прогнозу допустимої пошкоджуваності матеріалу елементу конструкції, що працює при даній схемі напруженого стану, за значеннями твердості, які отримано при граничному рівні згинального моменту, що відповідає границі плинності досліджуваного матеріалу, з твердістю матеріалу, яка визначена в даний момент експлуатації виробу. Приклад. Оцінку впливу схеми напруженого стану на значення твердості матеріалу проводили для двох матеріалів - сталі 12Х18Н10Т і алюмінієвого сплаву Д16Т. Із цих матеріалів були виготовлені зразки у вигляді стрижнів, що мають форму прямого паралелепіпеду довжиною 300мм і розмірами перетину b=30мм і h=20мм. Зразки одним кінцем жорстко закріплювали у горизонтальній площині на опорі, а до другого, вільного кінця, прикладали зосереджену силу F, таким чином здійснюючи один із варіантів навантаження в напрямку перпендикулярному до площини верхньої грані зусиллям, що вигинає. Для стали 12Х18Н10Т це зусилля мало значення F=160H, а для алюмінієвого сплава Д16Т–F=190H. Такі значення зусилля створювали в зразку із сталі 12Х18Н10Т напруження =240МПа, а із алюмінієвого сплава Д16Т=285МПа, що були близькі до межі текучості 0,2 випробовуваного матеріалу, значення якої відповідно для сталі 12Х18Н10Т складало 0,2=245МПа, а для алюмінієвого сплаву Д16Т- 0,2=290МПа. Далі у навантаженному стані на однаковій відстані від кінця стрижня, проводили на кожній грані серію вимірювань твердості зразка за шкалою HRB по висоті граней з однаковим для всіх граней зразка шагом 2мм. На фасадних, горизонтально розташованих верхніх і нижніх гранях зразка, де відповідно діють напруження розтягу і стиску виp ст. значали середні значення твердості HRB і HRB , а по висоті бічної грані зразка визначали у зоні розтягування значення твердості HRBр, у зоні стиснення – HRBст., а у зоні зсуву- HRBзс. Виміряні значення твердості, які виконували за допомогою приладу "Computest", становили: для сталі 12Х18Н10Т - HRBр = 88,1; HRBст = 90,0; HRBзс = 5 52114 89,1, для алюминиєвого сплава Д16Т- HRBст = 76,0; HRBр = 72,0; HRBзс = 74,8. За виміряними значеннями твердості проводиться оцінка впливу схеми напруженого стану при статичному навантаженні на значення твердості матеріалу. Отримані результати дозволяють більш точно провести оцінку матеріалу елементу працюючої конструкції, Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 оскільки вони отримані в навантаженому стані матеріалу, що відображає його реальний стан. Таким чином, експериментальне підтверджена ефективність використання пропонованого способу для визначення впливу схеми напруженого стану на значення твердості матеріалу, який дозволив скоротити об'єм випробувань і підвищити точність отриманих характеристик. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601