Спосіб визначення розмірів втомної зони передруйнування

УКРАЇНА (19) UA (11) 42549 (13) U (51) МПК (2009) G01N 17/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС видається під відповідальність власника патенту ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ РОЗМІРІВ ВТОМНОЇ ЗОНИ ПЕРЕДРУЙНУВАННЯ 1 2 ня величини пластичних деформацій, а їх розподіл вимірюють на поверхні об'єкта контролю безконтактно. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що визначають зміну профілю зразка (стоншення перерізу в околі вершини концентратора напружень) за рахунок пластичної деформації по осі Z, а розмір d* зони передруйнування визначають за абсцисою точки, в якій локальна деформація максимальна, тобто переріз зразка сягає свого мінімального значення. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зміну профілю поверхні зразка в околі вершини конструктивного концентратора напружень за циклічних навантажень експериментально встановлюють методом лазерної інтерферометрії з використанням фазозсувної технології обробки інтерферограм оптично гладкої поверхні зразка до прикладання навантажень і після певної кількості циклів навантажень. Корисна модель відноситься до методів визначення структурно-механічних параметрів конструкційних матеріалів, зокрема розміру зони передруйнування при циклічних навантаженнях, яка формується в приповерхневих шарах гладких і надрізаних об'єктів [1]. Зона передруйнування є місцем локалізації інтенсивної пластичної деформації матеріалу, що визначає особливості зародження та розвитку втомних тріщин [1, 2]. Відомий спосіб визначення розміру зони передруйнування d* полягає в проведенні випробувань на втому зразків з різним (не менше 5 значень) радіусу надрізу (конструктивного концентратора напружень) та побудові залежності числа циклів до зародження макротріщин від радіусу надрізу. Розмір d* зони передруйнування приймають рівним абсцисі точки, в якій побудована залежність переходить від горизонтальної до монотонно зростаючої ділянки [1, 2]. Недоліком відомого способу є необхідність доведення досліджуваних об'єктів до часткового руйнування (зародження макротріщини). Таким чином, відомий спосіб не є прямим і не може вважатися неруйнівним методом, що обмежує сферу його можливого застосування. Крім того, відомий спосіб є дуже трудомістким і потребує складного обладнання для випробувань значної кількості зразків. Крім того, він не дає можливості визначати розмір d* в зоні концентратора напружень із заданим радіусом його вершини. Близьким до запропонованого винаходу є спосіб визначення розміру d* зони передруйнування на основі прямого рентгеноструктурного мікроаналізу зони концентрації напружень циклічно навантажених об'єктів [1]. Спосіб полягає у визначенні розподілу ширини рентгенівської лінії, яка залежить від величини пластичної деформації, від поверхні вглиб матеріалу вздовж осі ОХ надрізу, для чого проводиться послідовне видалення приповерхневих шарів досліджуваного матеріалу в зоні надрізу заданого радіуса його вершини. Параметр d* матеріалу визначається абсцисою точки максимуму встановленого розподілу [1]. Недоліком цього способу є надзвичайно велика трудомісткість пошарового видалення матеріалу в зоні надрізу. Крім того, він є руйнівним мето (19) UA (11) 42549 (13) U (21) u200901247 (22) 16.02.2009 (24) 10.07.2009 (46) 10.07.2009, Бюл.№ 13, 2009 р. (72) ОСТАШ ОРЕСТ ПЕТРОВИЧ, МУРАВСЬКИЙ ЛЕОНІД ІГОРОВИЧ, АНДРЕЙКО ІГОР МИХАЙЛОВИЧ, ВОРОНЯК ТАРАС ІВАНОВИЧ, КМЕТЬ АРКАДІЙ БОРИСОВИЧ, ВІРА ВОЛОДИМИР ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМ. Г.В. КАРПЕНКА НАН УКРАЇНИ (57) 1. Спосіб визначення розмірів втомної зони передруйнування, що полягає у встановленні розподілу величини пластичної деформації вздовж осі X, що збігається з віссю концентратора напружень, і визначенні віддалі від краю об'єкта контролю (вершини концентратора напружень) до характерної точки цього розподілу, що визначає розмір d* втомної зони передруйнування, який відрізняється тим, що використовують прямий спосіб визначен 3 дом, точність якого недостатня, так як вона залежить від товщини видалених шарів матеріалу. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є неруйнівний метод визначення розміру d* зони передруйнування за допомогою вимірювання термоелектрорушійної сили термозондом з поверхні циклічно навантажуваного зразка [3]. За цими даними встановлюють розподіл значення локальної контактної термоелектрорушійної сили (яка корелює з величиною пластичної деформації) в околі конструктивного концентратора напружень, і визначають віддаль від вершини конструктивного концентратора напружень до характерної точки встановленого розподілу. Цю віддаль приймають відповідною розміру d* зони передруйнування. Недоліком цього способу є надзвичайно високі вимоги до чистоти поверхонь зразка та термозонду, що має вплив на повторюваність результатів. Крім того, цей метод є контактним, а електричний опір в зоні контакту є нестабільним, що приводить до розкиду даних і зменшення точності визначення параметра d*. Мета запропонованого способу - забезпечення можливості визначення розміру зони передруйнування неруйнівним безконтактним методом, підвищення точності та зменшення трудомісткості контролю. Запропонована мета досягається тим, що як і у випадку реалізації відомого способу, встановлюють розподіл величини пластичної деформації вздовж осі X, що збігається з віссю конструктивного концентратора напружень, і визначають віддаль від краю об'єкта контролю (вершини концентратора напружень) до характерної точки цього розподілу, яку вважають відповідною розміру зони передруйнування. На відміну від відомого способу, де опосередковано встановлюють зміну пластичних деформацій через певну фізичну характеристику матеріалу (термоелектрорушійну силу), у запропонованому способі використовують прямий спосіб визначення пластичних деформацій матеріалу, а їх розподіл вимірюють на поверхні об'єкту контролю безконтактно. За характерну точку розподілу приймають ту, де переріз зразка в околі вершини концентратора напружень найбільш стоншений за рахунок пластичної деформації по осі Z, а розмір d* зони передруйнування визначають як віддаль від краю об'єкта контролю (вершини конструктивного концентратора напружень) до абсциси точки, в якій локальна деформація має максимум, тобто переріз зразка сягає свого мінімального значення (Фіг.1). Величина локальної деформації в поперечному перерізі зразка, який відповідає точці х, рівна εzх=2zx/z0, де z0 - товщина зразка. Зміну профілю поверхні зразка за рахунок стоншення його перерізу в околі вершини конструктивного концентратора напружень за циклічних навантажень експериментально встановлюють методом лазерної інтерферометрії з використанням фазозсувної технології обробки інтерферограм оптично гладкої поверхні зразка до прикладання навантажень і після певної кількості циклів навантаження. 42549 4 Розглянемо реалізацію запропонованого способу на прикладі випробувань при циклічному навантаженні стандартного компактного зразка з конструктивним концентратором напружень (Фіг.2) базового розміру W=40мм, товщиною z0=4,0мм, з вирізом ρ=1,5мм із феритної сталі 08кп (σ0,2=456МПа, σв=510МПа, δ=12%). Бокову поверхню зразка полірували і його навантажували за постійного розмаху номінальних напружень ∆σп=230МПа з частотою 10Гц при коефіцієнті асиметрії циклу R=0,05 в лабораторному повітрі. На Фіг.3, 4, 5 наведено основні етапи реалізації фазозсувної технології обробки інтерферограм поверхні і побудови профілю переміщення поверхні після прикладання циклічних навантажень. На Фіг.3 наведено зображення різницевого поля переміщень поверхні, отриманого внаслідок обробки двох інтерферограм поверхні зразка до прикладання навантаження (вихідної першої і другої зі зсунутим на довільний кут α (0