Зразок для визначення характеристик циклічної тріщиностійкості конструкційних матеріалів за поперечного зсуву

Реферат: Зразок для визначення характеристик циклічної тріщиностійкості конструкційних матеріалів за поперечного зсуву містить консольну балку з пазом, робоча частина зразка виготовлена у формі двотавра з шевронним концентратором, а на його продовженні на бокових поверхнях стінки з двох сторін симетрично поличкам двотавра виготовлено дві V-подібні канавки. UA 74163 U (12) UA 74163 U UA 74163 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до експериментальної механіки руйнування і може бути використана для визначення характеристик циклічної тріщиностійкості матеріалів за циклічного навантаження поперечним зсувом. Відомо ряд способів [1-4], у яких наведено зразки та силові схеми випробувань, які використовують для визначення характеристик опору матеріалу руйнуванню за механізмом поперечного зсуву за циклічного навантаження. Дослідження циклічної тріщиностійкості матеріалу за механізмом поперечного зсуву реалізують при крученні порожнинного циліндричного зразка з двома осесиметричними надрізами у кільцевих концентраторах чи з отвором і надрізом у площині кільцевих концентраторів [1,2]. Недоліком цього технічного рішення є складність вимірювання довжини тріщини у вершинах надрізів поверхні концентратора циліндричної форми. При підростанні тріщини збільшується сила тертя берегів тріщини, що впливає на галуження та відхилення траєкторії поширення від початкової стадії. Руйнування за механізмом поперечного зсуву для визначення характеристик тріщиностійкості реалізовують на компактному зразку [3] однак, виходячи з недостатньої жорсткості схеми навантаження, втомна тріщина після зародження змінює свій напрямок поширення, який відхиляється від осі прикладання навантаження. Найближчим за технічним рішенням є балковий зразок для визначення характеристик циклічної тріщиностійкості матеріалу за поперечного зсуву з надрізом із шевронним концентратором і навантажується консольним згином перпендикулярно до осі зразка [4]. Недоліком цього технічного рішення є те, що тріщина поширюється у шевронному надрізі, що ускладнює вимірювання її довжини класичними методами, а використання методу зміни електродних потенціалів для визначення довжини тріщини вносить значні похибки. Іншим недоліком є те, що тріщина поширюється за механізмом поперечного зсуву лиже на довжину 2 мм у шевроні. В основу винаходу поставлено задачу створення методики і технічних засобів для визначення характеристик циклічної тріщиностійкості матеріалу за поперечного зсуву при дослідженні балкового зразка з концентратором і боковими канавками симетрично осі зразка за силовою схемою консольного згину з метою досягнення стабільного росту тріщини по довжині зразка і побудови КДВР. Зразок для визначення характеристик циклічної тріщиностійкості за поперечного зсуву виконано у формі балки з двотавровим перерізом у робочій частині та прямокутним перерізом у захватній. На стінці вздовж осі зразка виконано надріз довжиною 40 мм, який закінчується шевронним концентратором, а на його продовженні в напрямку захватної частини з обох сторін симетрично поличкам двотавра виконано дві V-подібні канавки під кутом 60° з радіусом у вершині =0,3 мм. Товщина утвореної таким чином перемички становить 1/3 від товщини стінки зразка. На відміну від найближчого аналогу, двотавровий переріз робочої частини зразка збільшує жорсткість конструкції, а бокові V-подібні канавки змогу поширювати втомну тріщину до 40 мм і є зручними для візуального огляду та вимірювання довжини тріщини оптичними пристроями. На кресленні зображено зразок для визначення характеристик ЦТ матеріалу за поперечного зсуву. Зразок виготовлено у вигляді двотаврової балки із захоплюючою та робочою частинами з двома поличками 1, що з'єднані між собою стінкою 2. Посередині стінки паралельно до поличок прорізано паз 3 з шевронним концентратором 4, в якому зароджується втомна тріщина, а на його продовженні виконано бокові V-подібні канавки 5, які є напрямними для підростаючої тріщини. Прямокутна частина зразка 6 служить для кріплення його в захоплювачі установки, де: В - висота робочої частини зразка, В1 - загальна висота зразка, L - довжина робочої (двотаврової) частини зразка, L1 - загальна довжина зразка, Ρ - сила згину, прикладена до зразка, t - товщина стінки робочої частини зразка, W- товщина зразка. Робота пристрою полягає в наступному. Двотавровий зразок встановлюють захватною частиною у захоплювач установки. До консольної частини зразка двотаврового перерізу на відстані 15 мм від краю навантажувальною вилкою з динамометром прикладають циклічне симетричне навантаження Ρ з асиметрією R = -1 протягом 50 тис. циклів для створення у вершині шевронного концентратора втомної тріщини довжиною 2 мм. Після цього зразок з тріщиною навантажують статичним зусиллям Ρ до руйнування, записують діаграму "зусилля Ρ - зсув берегів тріщини U", визначають критичні параметри руйнування та розраховують КІН КНС при поперечному зсуві за формулою KII     f 1,  2 , 3  1 UA 74163 U де  - зусилля руйнування,  - довжина тріщини, f 1,  2, 3  - поправочна функція, яка враховує геометричні параметри зразка та довжину тріщини: 1   / L, 2  W / , 3  t / W, При циклічному випробуванні наступного зразка з втомною тріщиною вимірюють приріст 5 10 15 20 25 30 35 тріщини  i , за певну кількість циклів навантаження Nі визначають швидкість росту тріщини, зміну КІН КІІ та будують КДВР - залежність швидкості росту тріщини від приросту КІН КІІ із якої визначають характеристики циклічної тріщиностійкості КІІth, КІІfc при поперечному зсуві. Приклад. Випробовували зразок зі сталі 65Г термооброблений гартуванням з 820 °C в масло та відпуском при 600 °C у вигляді двотаврової балки, загальною довжиною 180 мм, висотою 32 мм і довжиною робочої частини 95 мм. Робоча частина складається з двох поличок товщиною 7 мм кожна, що з'єднані між собою стінкою товщиною 3 мм, у якій посередині паралельно до поличок прорізано паз довжиною 40 мм, який закінчується шевронним концентратором, у якому утворюється втомна тріщина. На його продовженні виконано дві бокові V-подібні канавки під кутом 60° глибиною 1 мм та радіусом при вершині ρ = 0,3 мм, а товщина перемички між канавками становить 1 мм. Циклічним навантаженням зразка за симетричним циклом з асиметрією R = -1 за схемою консольного згину у шевронному надрізі створюють втомну тріщину. Статичним навантаженням зразка з тріщиною за схемою консольного згину визначали тріщиностійкість матеріалу КІІC. За результатами циклічних випробувань наступного зразка за побудованою КДВР визначали характеристики циклічної тріщиностійкості матеріалу КІІth, КІІfc. В результаті розрахунків отримано для сталі 65Г (Тг = 820 °C, Тв = 600 °C): КІІС = 65 МПам КІІth=11 МПам КІІfc=65 MПaм Використання запропонованого пристрою для визначення характеристик статичної та циклічної тріщиностійкості конструкційних матеріалів за поперечного зсуву дає можливість підвищити точність оцінки характеристик тріщиностійкості за вказаних способів випробувань. Джерела інформації: 1. Авт. св. СССР № 135996. МКИ 4001 N3/00. Образец для определения характеристик трещиностойкости материалов при поперечном сдвиге /Α.Ε. Андрейкив, Я.Л. Іваницький, В.А. Зазуляк и др. Опубл. 08.07.88. Бюл. № 41. 2. Патент на корисну модель UA 63180 А. Зразок для визначення циклічної тріщиностійкості розтягу і зсуву. /Я.Л. Іваницький, С. Т. Штаюра/ Опубл. 15.01.2004, Бюл. № 1, 2004р. 3. Murakami Y., Hamada S. A new method for the mesasurment of mode II fatique threshold stress intensity factor range  th // Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. - vol.20 No. 6-1997. p. 863870. 4. Doguet V. Influence of the test frequence and environment on mode II fatique crack growth in maraging steel. In: Proceedings sixth international conference on biaxial/multiaxial fatique and fracture, 25-28 Juin 2001, Lisabone, vol. II, p. 691-698. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Зразок для визначення характеристик циклічної тріщиностійкості конструкційних матеріалів за поперечного зсуву, що виконано у формі консольної балки з пазом, який відрізняється тим, що робоча частина зразка виготовлена у формі двотавра з шевронним концентратором, а на його продовженні на бокових поверхнях стінки з двох сторін симетрично поличкам двотавра виготовлено дві V-подібні канавки під кутом 60° та радіусом при вершині ρ = 0,3 мм. 2 UA 74163 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3