Способ испытания материалов на ползучесть

 

Использование1 прогнозирование долговечности коллекторов тяговых двигате лей. Сущность изобретения, два одинаковых образца испытывают при одинаковых нагрузках и разных температурах Измеряют деформации ползучести во времени. Определяют параметр, характеризующий скорость протекания ползучести от температуры при каждом замере деформаций. Огсчет времени замеров начинают с момента достижения стационарного температурного режима образца при испытании при повышенной температуре Испытания заканчивают при достижении равенства значений параметра В между замерами деформаций

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

n<)s 6 01 N 3/08

? 1б 1о94; з чюкеиюоч т;оч к "б лзеттцф

„ „; Уды, ф 1 ;,чбтр. .МФ тт"яя е; „. з

ГОСУДАРСТВЕННЫГ1 КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4789948/28 (22) 07.02.90 (45) 15.07,92, Бюл, N 26 (71) Новочеркасский политехнический институт им.С.Орджоникидзе (72) О.А.Торопов, А,И.Пуресев, В,А.Лепихова, В,П.Лебедев и Ю,M.Óêðàèíñêèé (53) 620. 170.24(088. 8) (56) ГОСТ 18197-82, ГОСТ 25045-81, Авторское свидетельство СССР

N 1128141, кл, G 01, N 3/00, 1986, Ильюшин А,А. и др. Основы математической теории термовязкоупругости, М.: Наука, 1970, с.53.

Изобретение относится к способам исследования. прочностных свойств материалов, а именно к способам исследования ползучести твердых материалов, и может быть использовано при изготовлении коллекторов тяговых двигателей электровозов для прогнозирования их долговечности, а также для оценки степени завершенности технологических формовок коллекторов в процессе их изготовления.

Известен способ исследования ползучести материалов, заключающийся в приложении к испытуемому образцу постоянной растягивающей нагрузки в течение длительного времени в условиях постоянной температуры и влажности с регистраций деформации образца в заданные моменты времени, „„SU„„1747996 А1 (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛС В

НА ПОЛЗУЧЕСТЬ (57) Использование: прогнозирование долговечности коллекторов тяговых двигателей. Сущность изобретения, два одинаковых образца испытывают при одинаковых нагрузках и разных температурах, Измеряют деформации ползучести во времени, Определяют параметр, характеризующий скорость протекания ползучести от темпе ратуры при каждом замере деформации. Огсчет времени замеров начинают с момента достижения стационарного температурного режима образца при испытании при повышенной температуре. Испытания заканчивают при достижении равенства значений параметра B между замерами деформаций.

Недостатком данного способа является д то, что определение ползучести регламентировано только для растяжения и не позволяет оценивать ускорения процесса ползучести от приращения температуры Т0.

Известен способ исследования усадки материалов при различных температурах, О заключаюцтииоя атом,чтообразецкомолек- ОЧ туют из листов испытуемого материала и шлифованных металлических прокладок, weik прикладйвают к образцу постоянную нагрузку и температуру, регистрируя деформацию образца.

Недостатком данного способа явл",åòñÿ то, что в нем регламентируется только способ определения усадки текучести У1 при нормальных температурах и Yz при повышенных температурах. Этим способом не предусмотрено определение составляющей т, =т, ехр усадки полэучести материала и ее ускорения от приращения температуры.

Известен способ исследования полэучести материалов, заключающийся в том, что образцы материала выдерживают при постоянной нагрузке и температуре в течение заданного времени, затем меняют нагрузку и температуру материала, регистриру)от деформацию и и скорость деформации ползучести и по результатам испытания двух .образцов в разных режимах судят о ползучести материала.

Недостатком этого способа являются большие. неучтенные затраты времени для предварительной постановки и обработки серий опытов по определению физических постоянных и и Q испытуемого материала, а также снижение точности за счет того, что моменты стабилизации ползучести дл» ряда материалов(например, коллекторных) находятся экспериментально с большими погрешностями из-за случайной дисперсии

ОПЫТОВ И дСИМПТОТИЧОСКОЙ ПОЛОГОСТИ КРИвых ползучести и релаксации, Наиболее близким к изобретению по те; -,ической сущности и достигаемому результату является способ исследования ползучести материалов, включа)ощий выбор вида аппроксимирующей зависимости ползучести материала во времени, выполнение серий изотермических опытов при различных температурах, определение искомого параметра ускорения протекающих процессов ползучести во времени по сдвигу экспериментальных крлвых ползучести.

Недостатки этого способа — большие затраты времени, так как условие его справедливости и точности должно тщательно проверяться на прямых опытах с достаточно большим диапазоном изменения, истинного времени, При применении способа могут возникать не однозначные результаты ввиду того, что не регламентируются процессы разогрева испытуемого материала и установки, а также режимы нагружения и связь начал отсчета времени в опытах, 5

25 варительно разогретую до заданной температуры Tr установку, нагружают полной. сжимающей нагрузкой F и регистрируют время начала процесса разогрева образца.

Поддерживая нагрузку на постоянном уровне, регистрируют продолжительность разогрева Ar(>r до достижения образцом и установкой стационарного температурного режима, при котором образец имеет ту же постоянную температуру Тг . От этой точки отсчета времени, являющейся началом глобальной расчетной оси времени, и далее через заданные промежутки времени реги стрируются деформации усадки по)теучести образца Yr (r,). На найденную продолжи тельность разогрева Л г)>, второго образца сдвигают начало отсчета времени процесса ползучести первого образца, совместлв тем самым начало отсчетов времени в обоих опытах с общей глобальной расчетной осью времени.

По зарегистрированным деформациям в глобальной расчетной оси времени определяют для каждого образца в отдельности угловые коэффициенты Кх и К и свободные члены ах и аг экспериментальных регрессий

Yx (7 ) = ах + Kx in 7, Yr (г)=: а, + К, in г.

По мере накопления в опытах новых эксл периментальных значений усадок Yx g) и

Yr (т) для намеченных моментов времени т при обработке их на ПЭВМ получают все .новые значения ax, Kx и аг, Kr Опыты заканчивают, когда искомый показатель В термовременного масштаба,"входящий в соотношение связи времен г и 7г и вычисляемый в каждом i-м шаге эксперимента по формуле

Цель изобретения — сокращение времени эксперимента для определения параметра ползучести при одновременном повышении воспроизводимости и точности результатов.

Указанная цель достигается тем, что испытывают два образца, Первый образец, имеющий вместе с испытательной установкой температуру Тх, нагружают до полной нагрузки Fи,,поддерживая ее на постоянном уровне, регистрируют деформацию Ух (т) образца через заданные промежутки времени. Второй образец помещают в предбудет отличатьгя от соседних шагов не более заданной допустимой относительной величины е, являющейся оценкой степени завершенности сходящегося эмпирического и математического процессов определения искомого показателя В

1747996 I л где Y (и), Y (т ) -- усадки ползучести, вычисленные для моментов времени (i и тр;

1 1 —, — — обратные абсолютные темпеТо Т2 ратуры опытов по шкале Кельвина;

ax, ar — свободные члены регрессий; т1, т2 — любые фиксированные точки времени на одной из линий регрессий.

Существенными отличительными признаками предлагаемого способа являются приведение начала отсчета времени t в Обоих случаях к общей глобальной оси отсчета времени, начало которой совпадает с точкой наступления стационарного температурного режима в опыте с повышенной температурой; определение времени окончания эксперимента по максимально допустимому относительном; отклонению вдруг от друга последовательно найденных эмпирически показателей термовременного масштаба Вь

Выполнение первого признака обеспечивает устранение влияния усадки текучести материала на величину деформации, так как за время, необходимо для установления стационарного температурнпго режима, усадка текучести заканчивается.

Выполнение первого признака обеспечивает также и устранение температурной погрешности, так как образец и установка уже находятся в стационарном температурном режиме, Выполнение второго признака устраняет значительную часть погрешности от дисперсии эксперимента и обеспечивает минимальные затраты времени эксперимента, так как Отвечает теоретически точному условию об асимптотическом поведении случайной величины (В).; обеспечивает г1овышвйие точности результатов, так как искомый параметр ползучести В находится из теоретически точного дифференциального уравнения кинетики накопления дислокационных дефектов в материале при его формовке и отвечает естественному физическому смыслу показателя В.

Способ осуществляется следующим образом.

Испытывают два одинаковых образца иэ исследуемого материала, Если материал листовой, например, коллекторный изоляционный материал для межламельной изоляции, то комплектуют образец-пакет из десяти листов изоляции со стальными шлифованными прокладками между ними. Первый скомплектованный образец помещают в рабочее г1ространство винтовой испытательной машины и прикладь1вакзт к нему расчетную сжимающую нагрузку I=, включают стабилизатор нагрузки и регис1ратор де5 формации образца в функции 01 времени

Второй образец, скомплектованный точно так же как и первый, помещают в рабочее пространство испытательной маши ы снабженной термостатом-нагревателем, и

10 разогревают до требуемой температуоь. Tr0.

Прикладывают к образцу такую же сжимаю-. щую нагрузку, как и для первогообразца,. включают стабилизатор нагрузки, стабили. затор температуры и регистратор деформа15 ции образца в функции от времени. Когда образец и установка прогреются до стационарного температурного режима с заданной температурой Tr0, на диаграмме регистратора делается пометка времени ра20 зогрева Лтрг. На эту величину при обработке результатов опытов сдвигаются отметки времени регистратора деформации первого образца.

Накопляемые деформации ползучести

25 Yr ф и Ух (т) обрабатывают на ПЭВМ или программированном калькуляторе методом наименьших квадратов по стандартной программе для полулогарифмической регрессии и получают два уравнения регрессии

30 для первого и второго образцов;

Ух (г)= а, + К, In т, Yr (r)= а, + К, (и т

По мере накопления в опытах новой ин35 формации о процессах ползучести повторяют ее обработку для расширенной выборки, получая все новые ar, Kr, ax, Kx и В. Опыты заканчивают, когда сходящаяся последовательность найденных В завершится с при40 емлемой для экспериментатора относительной точностью Е %.

Пример. Испытываются два образца из коллекторного электроизоляционного материала КИФЭ-А. Каждый образец составлен из 10 листов КИФЭ-А толщиной приблизительно 1,5 мм и 11 стальных шлифованных прокладок с параметром шероховатости R = 1,25 и твердости Н РС 50-55.

50 Первый образец испытывается при Т =

25 С (298 К), Второй образец испытывается при 165 С (438 К). Рабочая сжимающая нагрузка для обоих образцов равна 10000 кГс (гтсж 60 M tea)

Эксперимент закончен при г = 108 ч; К

= 4,33 10; Kx = 2,46 10 ; ar =-4,249 10 мм; ах = — 1,18 10 мм.

Находим

1747996 или усадка ползучести при T = 165 С, достигнутая за 108 ч, в опыте при Т =- 25 С осуществится за время

5 т = - - х -3; = 111лет.

108 ИЛ2

Формула изобретения

Способ испытания материалов íà ползучесть, по которомудва образца испытывают при одинаковсчх нагрузках и разных

10 температурах и измеряют деформации ползучести во времени, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности и точности испытания, отсчет времени замера деформаций для обоих

15 образцов начинают с момента достижения стационарного температурного режима в объеме образца при испытании при повышении температуре, определяют параметр

В, характеризуощий скорость протекания

20 ползучести от температуры при каждом замере деформации, а испытания заканчивают при достижении равенства значений параметра В между последовательными замерами деформации. л 1 1 (Yã (Т2 ) Yг (Ti ) (r — У» г t nt2 (и и — 1 1 (1,9944 10 ) (298 — 438 ) (3,945 10 ) (In 100 — !и 1 ) 8492 К! =31.

Отклонения (В)з от 29 шага эксперимента Л j =2,45, Отклонения В отточного значения Л 7 = 1,18; (в опыте с т= 1000 ч).

Следовательно, усадочные процессы ползучести при T = 165 С (438 К) развиваются быстрее, чем при T = 25 С (298 К), в — = 9032 раза, <х

tr т д,(- - - g(egg(e,0726 1g )

T f

=- 9032 раза, Составитель О,Торопов

Редактор И,Касарда Техред M.Моргентал,Корректор С,лисина

Заказ 2498 Тираж ПодпиСное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101