Спосіб визначення розміру втомної зони передруйнування

Реферат: Спосіб визначення розміру втомної зони передруйнування полягає у встановленні розподілу величини пластичної деформації, визначеної за зміною рельєфу (збуренням) бокової поверхні зразка. UA 69067 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ РОЗМІРУ ВТОМНОЇ ЗОНИ ПЕРЕДРУЙНУВАННЯ UA 69067 U UA 69067 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до методів визначення структурно-механічних параметрів * конструкційних матеріалів, зокрема розміру d зони передруйнування при циклічних навантаженнях, яка формується в приповерхневих шарах гладких і надрізаних об'єктів [1]. Вона є місцем локалізації інтенсивної пластичної деформації матеріалу, що визначає особливості зародження та розвитку втомних тріщин [1, 2]. * Відомий спосіб визначення розміру d зони передруйнування полягає в проведенні випробувань на втому зразків з різним радіусом надрізу (не менше 5 значень радіуса конструктивного концентратора напружень) та побудові залежності числа циклів до зародження макротріщин від радіуса надрізу при заданих розмаху номінальних напружень і довжині 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 запропонованої корисної моделі 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 термозонда, 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 . Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є неруйнівний метод визначення * розміру d зони передруйнування за допомогою лазерної інтерферометри з використанням фазозсувної технології обробки інтерферограм оптично гладкої поверхні зразка до прикладання навантажень і після певної кількості циклів навантажень [4]. З цим способом визначають зміну профілю поверхні зразка в околі вершини конструктивного концентратора напружень (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. Недоліком цього способу є надзвичайно високі вимоги до чистоти полірування поверхні зразка та необхідність використання складного і прецензійного лазерного оптичного обладнання. Крім того, цей метод вимагає потужної обчислювальної техніки та спеціального програмного забезпечення. Задача запропонованого способу - забезпечення можливості визначення розміру зони передруйнування неруйнівним безконтактним методом, підвищення точності та зменшення трудомісткості контролю. Поставлена задача вирішується 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 зміну пластичних деформацій встановлюють через стоншення перерізу зразка, у запропонованому способі використовують спосіб визначення пластичних деформацій матеріалу за зміною рельєфу бічної поверхні зразка в околі концентратора,а їх розподіл визначають цифровою обробкою звичайного оптичного зображення. За характерну точку розподілу, яка корелює із * розміром d зони передруйнування приймають ту, де друга похідна кривої, яка описує розподіл, рівна нулю. Розглянемо реалізацію запропонованого способу на прикладі випробувань при циклічному навантаженні стандартного компактного зразка з конструктивним концентратором напружень (фіг. 1) базового розміру W = 40 мм, товщиною b = 4,0 мм, з вирізом ρ = 0,75 мм із алюмінієвого сплаву Д16АТ (σ0,2= 275 МПа, σΒ = 425 МПа, δ = 11 %). 1 UA 69067 U 5 10 15 20 25 30 35 Бокову поверхню зразка полірували і його навантажували за постійного розмаху номінальних напружень Δσn = 145 МПа з частотою 10 Гц при коефіцієнті асиметрії циклу R = 0,05 в лабораторному повітрі. На фіг. 2-4 наведено основні етапи реалізації обробки зображення поверхні і побудови розподілу пластичної деформації після прикладання циклічних навантажень. На фіг. 2а наведено зображення околу концентратора до навантаження. На фіг. 2б представлено зображення після прикладання 10000 циклів навантаження, а на фіг. 2в результат його обробки шляхом бінаризації. На цьому зображенні знаходили центр концентратора, будували сегмент шириною /6... /4 радіан і концентричними дугами розбивали цей сегмент на смужки шириною 0,01...0,05 мм (фіг. 2в). Далі рахували співвідношення білих та чорних пікселів зображення у кожній смужці, починаючи від краю концентратора, та будували графічну залежність в координатах "віддаль від краю концентратора в мм - співвідношення білих та чорних пікселів у відсотках", отримавши таким чином розподіл збурення поверхні вздовж осі концентратора ОХ, який описували поліномною залежністю 5-го порядку (фіг. 3). Для оцінки віддалі від краю об'єкта контролю (вершини концентратора напружень) до характерної точки, яка регламентує розмір d зони передруйнування, визначали розподіл другої похідної побудованої залежності і, за точкою 2 2 * перетину цього розподілу з віссю X (d U/dx = 0) встановлювали розмір d (фіг. 4). Порівняння розміру зони передруйнування, визначеного запропонованим методом (150 мкм) добре узгоджується із встановленими раніше відомими експериментально-розрахунковими методами: 150...180 мкм - експериментально [2]; 147 мкм - за формулою Нойбера [2]. Таким чином, запропонований спосіб є неруйнівним безконтактним методом контролю, який * дозволяє визначити розмір d втомної зони передруйнування на дослідних зразках. Джерела інформації: 1. Осташ О. П., Панасюк В. В., Костик Є. Μ. Уніфікована модель зародження та росту втомних макротріщин. Частина 1: Застосування силових параметрів механіки руйнування матеріалів на стадії зародження тріщини // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 1998. - № 3. – С. 7-21. 2. Осташ О. П. Роль зони передруйнування у визначенні концентрації напружень для циклічно деформованих матеріалів // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2001. - № 3. - С. 4758. 3. Патент України № 64240 А. Спосіб визначення розміру зони передруйнування / О. П. Осташ, В. М. Учанін, І. М. Андрейко, Ю. В. Головатюк - Опубл. 16.02.2004; Бюл. № 2. 4. Патент на корисну модель Україна (19) UA (11) 42549 (13) U (51) МПК (2009) G01N17/00. Спосіб визначення розмірів втомної зони передруйнування Осташ О. П., Муравський Л. І., Андрейко І. Μ., Вороняк Т. І., Кметь А. Б., Віра В. В. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 1. Спосіб визначення розміру втомної зони передруйнування, що полягає у встановленні розподілу величини пластичної деформації вздовж осі X, що збігається з віссю концентратора напружень, і віддалі від краю об'єкта контролю (вершини концентратора напружень) до * характерної точки цього розподілу, що визначає розмір d зони передруйнування, який відрізняється тим, що розподіл пластичних деформацій визначають за зміною рельєфу (збуренням) бокової поверхні зразка. 2. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що зміну рельєфу поверхні зразка в околі вершини конструктивного концентратора напружень після заданої кількості циклів навантажень встановлюють методом обробки оптичного цифрового бінаризованого зображення цієї поверхні. * 3. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що розмір d зони передруйнування визначають за абсцисою точки, де друга похідна розподілу пластичних деформацій дорівнює нулю. 2 UA 69067 U 3 UA 69067 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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 4