Способ испытания на термостойкость образца композиционного материала в условиях одностороннего нагрева

 

Область использования: в испытательной технике, в испытаниях на термостойкость в условиях одностороннего нагрева. Сущность: образец материала с концентратором циклически нагружают, воздействуют излучением со стороны, противоположной концентратору в зоне воздействия излучением, устанавливают зависимость глубины разрушения от наработки циклов. О термостойкости основного образца судят с учетом этой зависимости. 2 ил.

Изобретение относится к области испытаний, к способам испытания образцов материала в условиях одностороннего нагрева.

Известны способы испытания материалов в условиях одностороннего нагрева, заключающиеся в том, что образцы материала подвергают одностороннему нагреву с разрушением поверхностных слоев материала и определяют в качестве характеристики термостойкости материала глубину разрушенного материала при заданных параметрах излучения [1].

Недостатком таких способов является их недостаточная информативность в случае, когда материал может иметь некоторую поврежденность, вызванную условиями эксплуатации конструкции из данного материала или иными причинами.

Наиболее близким к изобретению является способ испытания материала с различной поврежденностью подвергают одностороннему воздействию излучения в одинаковых условиях и в качестве характеристики термостойкости определяют зависимость глубины поврежденного разрушения от характеристик поврежденности [2].

Недостатком прототипа является его низкая точность, связанная с тем, что чувствительность скорости поверхностного разрушения к поврежденности низка и результаты испытаний часто попадают в интервал естественного разброса характеристик.

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения погрешностей, связанных с естественным разбросом характеристик материала.

Это достигается за счет того, что в одном образце создают неоднородное поле повреждений путем циклического нагружения образца с концентратором на грани, противоположной грани, на которой осуществляют действие излучения, а о зависимости термостойкости от поврежденности судят по отклонению глубины в центре зоны воздействия от средней глубины разрушения.

В заявленном способе поврежденность создают путем циклического нагружения образца с концентратором, что позволяет на одном образце определить зависимость термоемкости от поврежденности материала.

На фиг. 1 и 2 показаны образцы с зонами поверхностного разрушения, соответственно без и с полем поврежденности.

Способ реализуется следующим образом.

Предварительно на неповрежденном материале получают при заданных параметрах излучения (плотность мощности, размер зоны воздействия, длина волны, время воздействия) профиль по глубине зоны поверхностного разрушения материала. Для этого воздействие оказывается на образец 1 на участке 2. Определяется максимальная глубина Δ_max и средняя интегральная глубина Δ_ср разрушения материала. В случае воздействия на неподвижный материал различие этих величин обуславливается лишь тем, что материал вследствие теплопроводности остывает на границе участка 2, но в центральной части участка достигается прогрев почти одномерный (по глубине). Образец, аналогичный образцу 1, но имеющий на одной из плоских граней концентратор в виде канавки 5, циклически нагружают вдоль его оси, в результате чего создается неоднородное напряженное состояние, и материал на участке 6, на который будет оказано воздействие излучения, приобретает неоднородное поврежденное состояние. Поврежденность на поверхности участка 6 со стороны, противоположной от канавки 5, можно оценить путем измерения микротвердости вдоль оси на участке 6. После этого на участок 6 осуществляют воздействие излучения, такого же, как и на образец 1, и определяется профиль глубины разрушения материала, в том числе средняя интегральная глубина Δ_ср и максимальная глубина Δ_max.

Поскольку материал разупрочнен по-разному в разных точках участка 6, отношение Δ_max/ Δ_ср увеличивается по сравнению с отношением образца 1, что характеризует поврежденность образца при циклическом нагружении. Проведение подобных испытаний при разных циклических повреждениях образца позволяет построить соответствующую зависимость и использовать в качестве характеристики термостойкости материала в условиях эксплуатации значение, соответствующее реальной наработки конструкции.

П р и м е р. Нагружению подверглись образцы органопластика СВМ + ЭДТ-10. При воздействии излучения на неповрежденный материал средняя скорость разрушения достигла значения 0,1 м/с. Толщина образцов составила 3 мм. Отношение Δ_max/Δ_ср = 1,05. Образец с концентратором в виде канавки глубиной 0,5 мм подвергли циклическому нагружению на уровне 1,1 σ_R на базе 1 млн. циклов в течение 0,1 млн. циклов. Методом микротвердости определили снижение предела прочности в центре участка 6 на 7%, что соответствует исчерпанию 85% ресурса.

Действие излучения на материал поврежденного образца позволило определить отношение Δ_max/Δ_ср = 1,12, что свидетельствует о снижении термостойкости материала примерно на 6%. В то же время, разброс индивидуальных характеристик материала образцов составляет величину более 10%, т.е. измеряемая величина вполне укладывается в разброс характеристик, если бы глубину разрушения неподвижного и поврежденного материала определяли на разных образцах.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность определения термостойкости материала.

Формула изобретения

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ НА ТЕРМОСТОЙКОСТЬ ОБРАЗЦА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА В УСЛОВИЯХ ОДНОСТОРОННЕГО НАГРЕВА, заключающийся в том, что образцы материала с поврежденностью разного уровня подвергают одностороннему воздействию излучения, определяют глубину разрушенного слоя в зоне воздействия и определяют термостойкость, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет исключения погрешностей, связанных с естественным разбросом характеристик материала, испытанию подвергаются дополнительные образцы с концентратором, создают в них поле поврежденности путем циклического нагружения с разным количеством циклов наработки, определяют поврежденность каждого образца от этого нагружения, подвергают дополнительные образцы воздействию излучения со стороны, противоположной концентратору, определяют профиль глубины разрушения от воздействия излучения, устанавливают зависимость глубины разрушения от количества наработки циклов, с учетом которой судят о термостойкости основного образца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2