Способ определения момента образования усталостной трещины в металлах

 

Изобретение относится к способам диагностики состояния металлоконструкции,в частности к определению момента образования трещин. Цель изобретения - обеспе чение возможности использования в недоступных для постоянного обитания местах и безопасного измерения раскрытия трещин при циклическом нагружении натурных конструкций. Достигается это путем из .2 мерения деформаций и перемещений в локальных участках сварных конструкций и анализа диаграмм нагрузка-перемещение. Способ включает установку на поверхности конструкций датчиков микроперемещений и построение диаграмм нагрузка-перемещение . Новым в способе является установка датчиков в гибких захватах, закрепляемых на конструкции контактной точечной сваркой на задаваемой базе измерений,.и определение момента (цикла) образования трещины по моменту появления излома линейной зависимости нагрузка-перемещение , а скорости роста трещины - по скорости изменения угла наклона линейного участка диаграммы после точки излома. Способ может использоваться для диагностики состояния металлоконструкций и машиностроительных деталей, подвергаемых , циклическому растяжению, сжатию или изгибу , в различных средах и в условиях высокого гидростатического давления. 3 ил. (А С

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4848945/28 (22) 09,07.90 (46) 23.04.93. Бюл. М 15 (71) Центральный научно-исследовательский институт им.акад. А.Н.Крылова (72) В.А.Гуменюк, 1О.Г.Иванов, С.B.Красиков и А.M.Ñìèðíoâ (56) Браун У. и Сроули Дж. Испытания высокопрочных металлических материалов на вязкость разрушения. — M. Мир, 1972, с.154. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА

ОБРАЗОВАНИЯ УСТАЛОСТНОЙ ТРЕЩИНЫ В МЕТАЛЛАХ (57) Изобретение относится к способам диагностики состояния металлбконструкции, в частности к определению момента образования трещин. Цель изобретения — обеспечение возможности использования в недоступных для постоянного обитания местах и безопасного измерения раскрытия трещин при циклическом нагружении натурных конструкций. Достигается это путем изИзобретение относится к контролю металлоконструкций, а более конкретно — к способам диагностики их состояния и оценки ресурса работоспособности при циклическом нагружении.

Цель изобретения — обеспечение возможности измерений в натурных, циклически нагружаемых конструкциях, локальных (на малой базе) деформаций материала, определения величин раскрытия поверхностных усталостных трещин, измерений в районах со сложной геометрией поверхности, а также измерений в случаях неблагоприятного воздействия внешней среды, в том

„„!Ж„„1810788 Al (я)з G 01 N 3/32 мерения деформаций и перемещений в локальных участках сварных конструкций и анализа диаграмм нагрузка-перемещение.

Способ включает установку на поверхности конструкций датчиков микроперемещений и построение диаграмм нагрузка-перемещение. Новым в способе является установка датчиков в гибких захватах, закрепляемых на конструкции контактной точечной сваркой на задаваемой базе измерений, и определение момента (цикла) образования . трещины по моменту появления излома линейной зависимости нагрузка-перемещение, а скорости роста трещины — по скорости изменения угла наклона линейного участка диаграммы после точки излома.

Способ может использоваться для диагностики состояния металлоконструкций и машиностроительных деталей, подвергаемых, циклическому растяжению, сжатию или изгибу, в различных средах и в условиях высокого гидростатического давления. 3 ил.

СО

4 ° ай числе и в условиях высокого гидростатиче- С ского давления. 4

Поставленная цель достигается тем, что ОЮ ,. с помощью датчиков микроперемещений, Q) устанавливаемых на конструкции с помощью гибких металлических захватов, приваренных контактной точечной сваркой, измеряют перемещения на заданной базе, строят диаграммы их зависимости от нагрузки цикла, устанавливают цикл, на диаграмме которого появился излом линейной ааВИСИМОСТИ, И ПРИНИМаЮт ЭтОт ЦИКЛ Эа МОмент образования усталостной трещины, а по скорости увеличения от цикла к циклу наклона линейного участка диа раммы по1810788 высокопрочного легкого сплава. Цикличем 5 ское отнулевое растяжение производилось на испытательной машине большой мощности МП-800 с частотой 2 цикла в минуту при максимальной нагрузке цикла — 350 тс, я На сварном соединении в месте перехо"0 да металла шва к основному металлу точечм ной контактной сваркой приваривались два металлических захвата (две полоски стальной фольги толщиной 0,05 — 0,1 мм, шириной е — 5 и длиной по 20 мм), в которые встав"5 лялся предварительно сжатый арочный датчик и закреплялся в рабочем положении о подгибом концов захватов.

Схема установки датчика аналогична приведенной на фиг. 1 (а), а вид полученных

20 диаграмм — на фиг. 2 (а, в).

Анализ результатов измерений показал, что трещина образовалась после 3000 циклов нагружений, Факт образования трещим ны отмечен как образованием излома линейной зависимости нагрузка-деформация на.этом цикле, так и арбитражным оптия ческим методом с помощью микроскопа с м 50-кратным увеличением при максимальной м нагрузке цикла.

- 30 Обработка диаграмм деформирования позволяет представить результаты измерее ний в виде зависимости раскрытие трещины (д ) — число циклов (N) (cM. фиг. 3), отражаа ющей величину стабилизированных деформаций в инкубационный период при N>, а появление излома, характеризующего образование трещин при Nb, а также скорость трещины при последующих циклах нагружею ния N<, Кд, вплоть до разрушения при т 40 и разр. Эти данные использованы как для о4енки состояния опытной конструкции, так и для определения ресурса ее остаточной н работоспособности.

Таким образом, в отличие от прототипа, предлагаемый способ позволяет опредео лить кинетические характеристики усталостного разрушения конструкций, что дает возможность объективно оценивать ее сом стояние и устанавливать для нее режим безй 50 опасного эксплуатационного нагружения при заданном ресурсе работоспособности.

Формула изобретения

Способ определения момента образоя вания усталостной трещины в металлах, заключающийся в том, что устанавливают датчик микроперемещений на исследуемый участок металла, нагружают его и определяют зависимость деформации указанного а участка от нагрузки, по которой судят об образовании трещины, отличающийся сле излома определяют скорость роста трещины, Схемы возможной установки датчика перемещений с указанием базы измерений (t) на тавровом (а) и на стыковом (b) сварно соединении приведены на фиг. 1.

На фиг. 2 приведены диаграммы нагруз ка-перемещение (P- д ), линейные в началь ный (инкубационный). период нагружени (а), которые получают характерный, обус ловленный проявлением эффекта ЗТ, изло линейной зависимости в момент (цикл) об разования усталостной трещины (Ь). Даль нейшее циклическое нагружени конструкции с развивающейся в ней трещи ной (с, d) характеризуется постепенным уве личением угла наклона (a ) линейног участка диаграммы P- д после точки иэло ма, пропорциональным скорости увеличе ния раскрытия - трещины, т.е пропорциональным скорости ее роста.

Совокупность приведенных техниче ских решений обеспечивает достижение це лей, поставленных перед предлагаемы способом. Так, определение основных ха рактеристик усталостного разрушения ме таллоконструкций обеспечиваетс достаточно простым и доступным анализо диаграмм деформирования, открывающи возможность определения момента образо вания и скорости роста трещин, т.е. тех ки нетических характеристик, которы являются основными при диагностике со стояния конструкции и при оценке ресурс ее работоспособности.

Установка датчиков перемещения н гибких приварных захватах позволяет про водить измерения на заранее заданной ба зе, не вносит в кон струкци дополнительных дефектов и обеспечивае возможность непрерывного дистанционно го слежения за деформированным состоя нием материала и за раскрытием трещи как в лабораторных, так и в натурных усло виях, в том числе в условиях высокого гид ростатического давления. Все эт существенно расширяет область примене ния заявляемого способа и позволяет сде лать вывод о том. что его внедрение достигается определенный положительны эффект.

Приведенные признаки новизны, суще ственных отличий и положительного эффек та являются достаточными дл представления настоящего способа в каче стве изобретения.

Сущность предлагаемого способа пояс няется на примере его конкретного приме нения для определения момент образования и скорости роста трещин в натурном сварном соединении опытной металлоконструкции, выполненной из

1810788

Фиг. I

Фиг. 2

Фиг.3

Составитель С.Красиков

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор Н.Король

Редактор

Заказ 1441 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 тем, что, с целью повышения точности при испытании сварных конструкций на циклическое нагружение за счет снижения погрешностей, связанных с изменением базы измерения на неоднородном участке исследуеМой поверхности шва, в качестве датчика перемещений используют упругий датчик в форме арки, установку er0 осуществляют с помощью пары гибких захватов, которые закрепляют контактной точечной сваркой; один — на участке сварного шва, 5 другой — на одном иэ элементов соединения, а об образовании трещины судят по изменению тангенса угла наклона указанной зависимости.