Способ определения предельных значений нормализованного критерия разрушения cockcroft-latham

Изобретение относится к области определения прочностных свойств металлов и их сплавов путем приложения растягивающих нагрузок к образцам и может быть использовано в металлургии и машиностроении. Сущность: проводят температурно-деформационную обработку металла и осуществляют испытания на растяжение до разрушения. Производят определение сужения в шейке образца, вычисление предельных деформаций, воспроизведение испытаний на растяжение методом численного моделирования в программной среде, сопоставление результатов численного моделирования с результатами «реальных» испытаний на растяжение и определение предельного значения критерия разрушения производится при достижении предельной деформации. Технический результат: повышение достоверности определения предельных значений нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham для любых процессов обработки металлов давлением. 2 ил.

 

Изобретение относится к области определения прочностных свойств металлов и их сплавов путем приложения растягивающих нагрузок к образцам и может быть использовано в металлургии и машиностроении.

Известен способ определения предельных значений нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham [Kenji Takada, Kentaro Sato, Ninshu Ma Fracture prediction of high strength steels with ductile fracture criterion and strain dependent model of anisotropy // 12th International LS-DYNA Users Conference: 3-5 June 2012. - Detroit. - USA. - 2012]. Способ включает проведение «реальных» испытаний на растяжение до разрушения при заданной температуре и скорости деформации, воспроизведение испытаний на растяжение методом численного моделирования в программной среде и определение предельных значений по кривым «напряжение-деформация», добиваясь полного совпадения реальной и виртуальной кривой. Способ не позволяет определить предельные значения нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham с учетом температурно-деформационной истории обработки металла. Определение предельных значений по кривой «напряжение-деформация» при проведении «реального» теста на растяжение является не достаточно корректным и обоснованным.

Наиболее близким, выбранным за прототип, является способ определения предельных значений нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham [Харитонов В.А., Столяров А.Ю. Экспериментальное определение критерия разрушения при волочении высокоуглеродистой катанки // Сб. науч. трудов: «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении»: 26-30 ноября 2013 г. - Екатеринбург. - 2013. - С. 113-118]. Способ включает следующие операции:

- испытания на растяжение до разрушения образца при температуре 25°С по стандартным методикам в соответствии с ГОСТ 1497-84,

- воспроизведение испытаний на растяжение методом численного моделирования в программной среде,

- сопоставление результатов численного моделирования с результатами «реальных» испытаний на растяжение,

- определение предельного значения нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham по изменению угла наклона кривой «напряжение-деформация».

Недостатками способа являются: не учитывается температурно-деформационная история обработки металла; несоответствие скоростей деформации при «реальных» экспериментах на растяжение процессу волочения; определение предельных значений по кривой «напряжение-деформация» является не достаточно корректным и обоснованным, что в совокупности не дает достоверной картины разрушения металла.

Задачей является повышение достоверности определения предельных значений нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham, что позволит повысить выход годного металла.

Для решения поставленной задачи предложен способ определения предельных значений нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham, включающий следующие операции:

- воспроизведение на специальных образцах всего цикла предшествующей температурно-деформационной обработки металла, в соответствии с рассматриваемой технологией обработки металлов давлением, например прокатка, ковка, штамповка, волочение и др.;

- испытание на растяжение до разрушения образца, например, при температурах от 20 до 1400°С и скорости деформации от 0 до 200 с-1;

- определение сужения в шейке образца в относительных единицах по формуле , где Fo и Fк - начальная и конечная площадь поперечного сечения образца;

- вычисление предельных деформаций по формуле ;

- воспроизведение испытаний на растяжение методом численного моделирования в программной среде;

- сопоставление результатов численного моделирования с результатами «реальных» испытаний на растяжение;

- определение предельного значения критерия разрушения производится при достижении предельной деформации .

Предварительная температурно-деформационная обработка металла позволяет сформировать в образце структуру металла, которая соответствует моменту предполагаемого разрушения при анализе конкретной технологии. А предельные значения критерия разрушения характеризуются именно структурным состоянием металла. Таким образом, совокупность отличительных признаков является необходимой и достаточной для решения поставленной задачи.

Согласно нормализованному критерию разрушения Cockcroft-Latham, разрушение металла наступает в тот момент, когда расчетные значения СК-Л больше или равны предельным значениям .

Значения являются структурно чувствительными величинами и, как и структура, зависят от температуры, степени и скорости деформации, накопленной деформации.

Нормализованный критерий разрушения Cockcroft-Latham основан на оценке полной работы деформации на единицу объема в точке разрушения:

где εi - накопленная интенсивность деформации в момент разрушения; σ1 - главное растягивающее напряжение; σi - интенсивность напряжений по Мизесу.

При выполнении условия:

должно происходить разрушение металла.

На заключительной стадии численного моделирования рассматривается растяжение образца до разрушения. Значения критерия перед имитацией деформации в каждой последующей клети стана определяются для момента достижения предельных истинных деформаций в месте разрыва, рассчитанных по экспериментальным данным, как , где Ψ - сужение в шейке. Таким образом, определение предельных значений критерия, зависящих от температуры, скорости, степени деформации и накопленной деформации, производится в момент, соответствующий появлению трещин на виртуальном образце при заданной предельной деформации:

Предлагаемым способом были определены предельные значения нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham в процессе горячей прокатки листового проката на непрерывном стане 2000 и реверсивном стане 5000. Для этого были выполнены следующие операции.

Выбрали образец для моделирования многопроходной деформации с последующим определением пластичности и предельных деформаций (фиг. 1). Воспроизводили многопроходную прокатку на станах 2000 и 5000 с заданными температурно-деформационными режимами. Для воспроизведения многопроходной прокатки на станах использовали метод «растяжение-сжатие». Проводили «реальные» испытания на растяжение до разрушения образца с определением пластичности стали и предельных деформаций в каждой из клетей стана 2000 или проходе стана 5000, непосредственно после воспроизведения всех стадий прокатки. При этом задавали температуру и скорость деформации во время растяжения, равную скорости деформации в данной клети, например, температуры испытания для различных технологий обработки металлов давлением могут варьироваться от 20 до 1400°С, а скорости деформации от 0 до 200 с-1. Например, при определении пластичности металла в 8-й клети стана 2000 образцы проходили следующую обработку:

- нагрев до 1200°С и выдержка в течение 60 с для полной аустенизации;

- имитация прокатки в 5 клетях черновой группы стана с заданными термомеханическими параметрами прокатки и временами пауз между проходами;

- выдержка и охлаждение на промежуточном рольганге;

- имитация прокатки в 6 и 7 клетях чистовой группы стана с заданными термомеханическими параметрами прокатки и временем паузы между проходами;

- деформация растяжением до разрушения в 8-й клети стана 2000 с определением максимальной истинной деформации до разрушения и сужения образца в шейке после охлаждения.

Пластичность оценивали при помощи измерения относительного сужения образца в шейке в относительных единицах по формуле , где Fo и Fк - начальная и конечная площадь поперечного сечения образца. Начальная площадь поперечного сечения образца Fo=6 мм, после испытания на растяжение до разрушения в 8-й клети стана 2000 конечная площадь поперечного сечения образца Fк=0,56 мм, отсюда относительное сужение образца в шейке в относительных единицах .

Предельную деформацию вычисляли по формуле . После испытания образца на растяжение до разрушения перед 8-й клетью стана 2000 предельная деформация .

Для определения на термомеханическом комплексе имитировали горячую прокатку на станах, а в программной среде численно моделировали обработку образцов как на термомеханическом комплексе. Виртуальные образцы по размерам соответствовали фиг. 1.

На фиг. 2 представлены: конечно-элементная модель образца для математического моделирования обработки образцов на термомеханическом комплексе (а); финальная стадия разрушения образца при моделировании в программной среде (б) и на термомеханическом комплексе (в) в 8-й клети стана 2000 при температуре Т=870°С; финальная стадия хрупкого разрушения образца при физическом и математическом моделировании (г, д). Полученные предельные значения нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham используются для оценки возможности разрушения сталей в процессе горячей прокатки. Для этого проводится численное моделирование процесса горячей прокатки на виртуальных станах 2000 и 5000 в программной среде и с расчетом нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham. Затем расчетные значения СК-Л сравниваются с предельными значениями и делается заключение о возможности разрушения исследуемого металла в соответствии с соотношением (2).

Расчетное значение СК-Л в 8-й клети стана 2000 при моделировании прокатки в программной среде составило 0,86, а предельное значение , отсюда следует, что , значит при горячей прокатке в 8-й клети стана 2000 разрушение металла происходить не должно.

Таким образом, предлагаемый способ значительно облегчает и повышает достоверность определения предельных значений нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham для любых процессов обработки металлов давлением, например прокатке, ковке, штамповке, волочении и др., что позволяет разрабатывать неразрушающие режимы пластической обработки металлов и сплавов и приводит к повышению выхода годного металла.

Способ определения предельных значений нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham, включающий испытания на растяжение до разрушения, воспроизведение испытаний на растяжение методом численного моделирования в программной среде, сопоставление результатов численного моделирования с результатами «реальных» испытаний на растяжение, отличающийся тем, что перед испытанием на растяжение проводят температурно-деформационную обработку металла, определяют относительное сужение в шейке образца, вычисляют предельную деформацию, после чего определяют предельное значение критерия разрушения при достижении предельной деформации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к техническим устройствам для испытания грунтового основания фундамента штампом. Тензометрический секционный штамп содержит чувствительный элемент и измерительные приспособления для измерения контактного давления.

Изобретение относится к области механических испытаний материалов на прочность и устойчивость, в частности к испытаниям образцов из органического стекла в условиях чистого сдвига.

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов и может быть использовано для определения вязкости разрушения металлов. Сущность: осуществляют статическое нагружение плоского образца с выращенной трещиной усталости и регистрацию длины трещины в момент перехода от стабильного медленного ее развития в нестабильное быстрое.

Изобретение относится к методам испытаний металлов на трещиностойкость, в частности к способу изготовления сварного составного образца типа СТ для испытаний на трещиностойкость облученного металла по стандартным методикам.

Изобретение относится к области неразрушающих измерений давления на заданном горизонтальном уровне бетонных и кирпичных стен и фундаментов зданий и сооружений на стадии их эксплуатации.

Изобретение относится к измерительной технике для определения контактной жесткости. Сущность: поверхности контактирующих деталей с определенными упругими константами материалов прижимают к друг другу с заданной силой F, нормальной к плоскости стыка, определяют остаточную h и упругую αy части полного сближения в контакте, по их сумме определяют величину полного сближения α в контакте, с последующим определением коэффициента j нормальной жесткости упругопластического контакта деталей двоякой кривизны.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано в машиностроительной отрасли при сборке узлов и деталей корпусных изделий и оперативном контроле остаточной прочности крепежных элементов.

Способ относится к горной промышленности, в частности к шахтным подъемным установкам, и предназначен для контроля технического состояния подъемного каната. Способ позволяет определить жесткость подъемного каната на растяжение путем измерения длины подъемного каната от точки схода подъемного каната с барабана подъемной машины до подвесного устройства подъемного сосуда при остановке порожнего подъемного сосуда под загрузку, веса груза, удлинения подъемного каната после загрузки подъемного сосуда и последующего расчета, по величине которой судят о техническом состоянии подъемного каната.

Изобретение относится к области механических испытаний металлов и сплавов, а именно к испытаниям на изгиб с растяжением, и может быть использовано при испытании различных конструкций, работающих в сложных условиях нагружения, при расчетах на прочность конструкций, работающих в условиях изгиба с растяжением.

Изобретение относится к средствам измерения относительной продольной деформации на поверхности материальных тел. Экстензометр содержит два референтных тела в виде заостренных инденторов, при этом один индентор жестко связан с корпусом прибора, другой установлен с возможностью перемещения, а также систему передачи этих перемещений.

Изобретение относится к производству строительных материалов. Способ включает подготовку пресс-порошка, прессование образца, фиксацию изменений деформаций при сжатии, построение компрессионных кривых и проведение испытания, причем прессование осуществляют одностадийно и непрерывно, с переменными значениями давления прессования и формовочной влажности пресс-порошка, при этом требуемое оптимальное соотношение влажности и давления прессования определяют положением оптимальной точки на компрессионной кривой, лежащей на ее пересечении с отрезком, перпендикулярным хорде, соединяющей начальное и конечное значения интервала давления прессования на кривой, и проходящим через точку пересечения касательных к кривой в области заданного интервала давления прессования. Достигается возможность нахождения оптимальных значений давления прессования и влажности пресс-порошков при минимальном количестве экспериментов. 1 пр., 2 табл., 4 ил.

Изобретение относится к области испытаний строительных изделий. Стенд содержит опорную трубу с центральным сквозным отверстием для соосного вертикального размещения в нем арматуры и с днищем для опирания нижнего конца арматуры. Верхний конец арматуры закреплен в бетонной призме или в уголковом элементе, которые установлены сверху на опорной трубе. Нижний конец арматуры закреплен в траверсе, выполненной в виде двух швеллеров. Траверса установлена горизонтально в симметричных боковых вырезах, выполненных в нижней части опорной трубы. Вертикальное усилие на арматуру осуществляется нагружающим устройством через грузовую металлическую трубу, которая установлена коаксиально опорной трубе. Заглушенным верхним концом грузовая металлическая труба опирается на крепление с верхним концом арматуры. Нижний конец грузовой трубы опирается на выступающие за опорную трубу концы траверсы. Толщина стенок грузовой металлической трубы составляет не менее 5 мм. Для динамического воздействия на арматуру в качестве нагружающего устройства использована копровая установка. При статическом воздействии на арматуру использован гидравлический пресс. Достигается получение точных параметров прочности анкеровки арматуры в бетоне, а также определение физико-механических параметров арматуры при растяжении как при статическом, так и при динамическом воздействиях. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям, предназначенным для определения свойств металла, проявляющихся при пластическом деформировании в технологических операциях холодной обработки металла давлением (ХОМД). Сущность: осуществляют этапную холодную деформацию испытуемого образца, при которой окружность, ограничивающая нагружаемую поверхность образца, трансформируется в эллипс, измерение длины осей эллипса после каждого нагружения, определение главных деформаций и интенсивности деформации εi, измерение твердости по Виккерсу (HV) и определение зависимости между интенсивностью деформации εi и твердостью HV в результате аппроксимации графической зависимости между указанными параметрами в соответствии с формулой HV=Nεin, где n - коэффициент, численные значения которого отражают восприимчивость испытуемого металла к наклепу, а коэффициент N определяет собой твердость HV, приобретаемую металлом после деформирования с интенсивностью εi=1. Испытания проводят на образце, изготовленном в виде цилиндра, деформацию осуществляют сжатием, при этом измерение длины осей формирующегося эллипса производят после каждой очередной осадки образца. Техническим результатом является расширение технологических возможностей способа за счет определения восприимчивости к наклепу металла, производимого в прутках диаметром менее 15 мм, применяемого в технологиях холодного объемного деформирования. 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области определения остаточного напряжения путем инструментального индентирования. Сущность: осуществляют приложение к образцу одноосного напряжения, двуосного напряжения и одинакового по всем направлениям напряжения, а затем выполнение инструментального индентирования с использованием индентора, вычисление наибольшей глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии образца путем подстановки в формулу для вычисления максимальной глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии фактической глубины контакта в ненапряженном состоянии, полученной из фактической глубины контакта индентора, и максимальной глубины вдавливания индентора и результирующей глубины отпечатка индентора при приложении максимального вдавливающего усилия L0, найденных из зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия, полученной путем инструментального индентирования, получение кривой зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия в ненапряженном состоянии путем подстановки вычисленной указанным образом максимальной глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии образца в формулу, связывающую глубину вдавливания индентора и вдавливающее усилие, и вычисления разности ΔL усилий между усилием L1, соответствующим максимальной глубине вдавливания индентора на кривой зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия в ненапряженном состоянии, и максимальным вдавливающим усилием L0, и вычисление остаточного напряжения в образце путем подстановки вычисленной разности ΔL усилий в формулу для вычисления остаточного напряжения. Технический результат: возможность определять остаточное напряжение в образце даже при отсутствии состояния без остаточного напряжения. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 27 ил.

Изобретение относится к «Физике материального контактного взаимодействия», конкретно к способу определения удельного и эквивалентного сцепления в структурированном и нарушенном состоянии. Удельное сцепление среды в структурированном состоянии определяют по зависимости в нарушенном состоянии - а эквивалентное сцепление где - удельный вес среды с нарушенной структурой. Технический результат – точное определение прочностных характеристик среды в структурированном и нарушенном состоянии. 2 ил.

Изобретение относится к технике испытаний и измерений, а именно к устройствам для исследования механических свойств материалов с малым поперечным сечением, предпочтительно высокоэластичных нитей. Портативная разрывная машина содержит установленные на жесткой раме одноточечный концевой тензометрический датчик, шаговый двигатель, блок питания и драйвер к шаговому двигателю, плату микроконтроллера. Технический результат: реализация переносного устройства, обеспечивающего достаточную разрывную способность при минимальных габаритах и весе, пригодном для испытания высокоэластичных нитей, отвечающего современным требованиям по безопасности, энергосбережению, долговечности, удобству транспортировки, монтажа и эксплуатации, а также снижение затрат на его приобретение и эксплуатацию. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к установкам для высокоскоростного испытания материалов. Устройство содержит два электромагнитных силовозбудителя, подключенных к накопителю энергии, две соосно установленные тяги для передачи усилий образцу и аппаратуру для наблюдения режима деформирования образца. Тяги для передачи усилий образцу выполнены в виде волноводов-концентраторов и прилегают к внешней стороне силовозбудителей, размещенных между волноводами-концентраторами. Волноводы-концентраторы имеют резьбовые отверстия для фиксации образца. Технический результат: повышение эффективности преобразования электрической энергии в механическую и повышение информативности и достоверности результатов испытаний конструкционных материалов на динамическое растяжение, а также упрощение конструкции. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам и методам механических испытаний образцов конструкционных материалов и может быть использовано для определения характеристик сопротивления смятию. Устройство содержит две нагружающие рамы, установленные в верхнем захвате испытательной машины, в каждой нагружающей раме выполнено отверстие, в которое вставлен сминающий цилиндрический штифт, нагружающие рамы зафиксированы между собой болтами с обеспечением минимального зазора для свободного перемещения образца относительно рам, образец соответствует ASTM Е238. На нижнем краю отверстия в образце с обеих сторон образца устанавливают ножи с зубцами, закрепленные в прижимах, стянутых между собой болтами. Конструктивно обеспечивается независимое перемещение прижимов с ножами относительно нагружающих рам. Датчик раскрытия устанавливается на кромках сминающего цилиндрического штифта и прижима. Сущность: овализация отверстия в процессе испытаний регистрируется по перемещению прижимов, закрепленных с помощью ножей на нижнем краю отверстия относительно неподвижного сминающего штифта. При этом замер деформации отверстия обеспечивается в процессе испытаний непосредственно на контуре отверстия. Технический результат: увеличение точности измерения и упрощение конструкции устройства 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение касается способа оценки деформационных свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями в процессе эксплуатации. Сущность способа заключается в том, что проводят поминутное растяжение с постоянной скоростью образцов синтетических нитей с одновременным воздействием электрическим током. Далее проводят поминутное измерение значений растягивающих напряжений и значения электрического сопротивления с одновременным вычислением значений удельного электрического сопротивления по формуле , где R - электрическое сопротивление нити, L≤2 мм - расстояние между контактами, b - толщина нити, d - ширина образца; причем полипропиленовую нить с углеродными наполнителями растягивают до достижения значения удельного электрического сопротивления ρ=109 Ом⋅м. По полученному значению максимального растягивающего напряжения с учетом усреднения по формуле: где σi - значение максимально допустимого растягивающего напряжения в каждом случае, судят о сохранении антистатических свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями. Использование способа позволяет спрогнозировать сохранение антистатических свойств материалов в процессе многократного растяжения полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями 6 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области испытаний материалов, в частности к устройствам для фиксации образца к испытательной машине для разрыва образца, в том числе определения адгезии и прочности на разрыв образцов отвердевших минеральных или полимерных тампонажных растворов. Устройство содержит взаимодействующие с нагружателем пассивные и активные корпуса с полыми тягами с установленными в них узлами крепления образцов. Образец изготовлен в виде фигуры вращения с цилиндрическими выступами на концах. Корпуса изготовлены одинаковой конструкции в виде стакана с открытыми с одной стороны окнами длиной, превышающей длину образца, образующими тяги, равномерно размещенные по периметру корпуса. Тяги одного корпуса вставлены в окна другого корпуса с возможностью продольного перемещения, при этом тяги на концах снабжены внутренней, кольцевой радиальной относительно оси корпуса проточкой под упоры, перемещаемые внутрь полыми толкателями с наружной резьбой, которые вставлены в соответствующие радиальные резьбовые отверстия тяг. Внутри толкателей установлены подвижные шпильки, соединенные с упорами, которые выполнены с возможностью взаимодействия с соответствующими внутренними торцами выступа образца. Нагружатель выполнен в виде пресса, взаимодействующего с соответствующими торцами корпусов. Технический результат: позволяет исключить осевой перекос и пластический пережим благодаря ровному и отцентрированному захвату образца при разрыве, упростить конструкцию за счет отсутствия захватов со специальной разрывной машиной и использовать пресс для разрыва образцов. 4 ил.

Изобретение относится к области определения прочностных свойств металлов и их сплавов путем приложения растягивающих нагрузок к образцам и может быть использовано в металлургии и машиностроении. Сущность: проводят температурно-деформационную обработку металла и осуществляют испытания на растяжение до разрушения. Производят определение сужения в шейке образца, вычисление предельных деформаций, воспроизведение испытаний на растяжение методом численного моделирования в программной среде, сопоставление результатов численного моделирования с результатами «реальных» испытаний на растяжение и определение предельного значения критерия разрушения производится при достижении предельной деформации. Технический результат: повышение достоверности определения предельных значений нормализованного критерия разрушения Cockcroft-Latham для любых процессов обработки металлов давлением. 2 ил.

Наверх