Способ прогнозирования циклической долговечности металлов

Авторы патента:

Пачурин Виктор Германович (RU)

Галкин Владимир Викторович (RU)

Пачурин Герман Васильевич (RU)

Филиппов Алексей Александрович (RU)

G01N3/32 - путем приложения повторяющихся или пульсирующих усилий (создание таких усилий вообще, - см. такие классы, как B06,G10 )

Владельцы патента RU 2619480:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)

Изобретение относится к области усталостных испытаний металлических материалов для определения их циклической долговечности. Сущность: осуществляют определение размера зерна стали в зависимости от режима технологической обработки и на основании выявленной корреляции (уравнения) между циклической долговечностью в диапазоне 10⁵-10⁶ циклов и размером величины зерна стали, определяют ожидаемую ее циклическую долговечность. Испытания проводят без записи параметров сигналов акустической миссии, по которым регистрируется момент возникновения трещины, и осуществления последующего монотонного растяжения испытываемого материала до разрушения, чтобы вскрыть поверхность трещины с целью анализа очага разрушения на поверхности излома с использованием электронного микроскопа. Технический результат: снижение трудоемкости и длительности экспериментального определения циклической долговечности. 1 ил.

Изобретение относится к области усталостных испытаний металлических материалов для определения их циклической долговечности.

Сущность метода: проводятся микроструктурные исследования в исследуемой рессорной стали типа 50ХГФА с целью определения размера зерна для образцов, обеспеченных разными степенями технологической деформации (степенями обжатия).

Известен способ (патент RU 2461808 С2, G01N 3/32 (2006/01), бюл.№26, опубл. 20.09.2012 г.) определения параметров кривой усталостного разрушения металлических изделий, заключающийся в их циклической нагруженности до разрушения, определении числа циклов нагружения до разрушения при фиксированном уровне нагружения и установлении корреляции между уровнем цикличного нагружения и числом циклов до разрушения. Однако для реализации данного метода необходимо осуществить длительные и трудоемкие циклические (усталостные) испытания. Если для ускорения процесса испытания проводят высокочастотные циклические нагружения, то в металле будут протекать процессы, отличные от условий эксплуатации конкретных деталей (например, разогрев металла), что может оказывать существенное влияние на процессы его упрочнения–разупрочнения, а следовательно, и на величину циклической долговечности. Кроме того, предложенная авторами схема нагружения не всегда соответствует реальному условию эксплуатации металлоизделий (например, рессор и других деталей).

Технической задачей предлагаемого способа является снижение трудоемкости и длительности экспериментального определения циклической долговечности, заключающейся в определении размера зерна стали 50ХГФА, например, в зависимости от степени технологической осадки, и установлении корреляции между количеством циклов и величиной зерна.

Для выполнения поставленной технической задачи по предлагаемому способу определения циклической долговечности в рессорной стали типа 50ХГФА, определения числа циклов нагружения до разрушения при фиксируемом уровне напряжения в области долговечности 10⁵ -10⁶ циклов и установления корреляции долговечности с размером зерна, испытания проводят без записи информативных параметров сигналов акустической эмиссии, по которым регистрируется момент возникновения трещины, и осуществления последующего монотонного растяжения испытываемого материала до разрушения, чтобы вскрыть поверхность трещины с целью анализа очага разрушения на поверхности излома с использованием электронного микроскопа.

Предлагаемое изобретение поясняется следующим примером.

С целью получения образцов для усталостных испытаний с различной величиной зерна, они вырезались методом проволочной электроэрозионной обработки из раскатанных на клин и термически обработанных металлов. По длине прокатанного листа изучалась микроструктура, и определялся размер зерна. Полученные образцы испытывались на усталость (консольно-симметричный изгиб) при одинаковом напряжении, обеспечивающем уровень циклической долговечности в области 10⁵ -10⁶ циклов. Результаты испытаний на усталость сравнивали с размерами зерен образцов.

Установлено, что в качестве основного параметра, характеризующего сопротивление усталости, можно рассматривать размер величины зерна.

В результате получили уравнение зависимости количества циклов до разрушения (циклическая долговечность) образцов стали 50ХГФА (фиг.1).

Полученное уравнение зависимости количества циклов до разрушения стали 50ХГФА от величины зерна представляет собой формулу:

Y= -237125,08 Ln(x) +1336448,22,

R²= 0,93, (1)

где Y – число циклов до разрушения;

Х – размер зерна, мкм;

R – коэффициент корреляции.

Для реализации способа достаточно определить величину размера зерна стали и по уравнению 1 вычислить ожидаемую циклическую долговечность.

Способ позволяет прогнозировать циклическую долговечность и существенно сократить время ее оценки для сталей типа 50ХГФА за счет исключения длительных, дорогостоящих и энерго- и трудоемких усталостных испытаний.

Кроме того, данный способ также позволяет выбрать оптимальный режим из конкурирующих технологических обработок по параметру цикличной долговечности, просто сравнив их величину зерна сталей после этих режимов: где меньше размер зерна, там и выше будет циклическая долговечность.

Экспериментальное подтверждение способа проводилось также на сталях марки 51ХГФА и 60С2А. Результаты подтвердили достоверность данного способа. Отклонения циклической долговечности в экспериментах от данных, полученных по уравнению 1, не превышали 6%.

Способ прогнозирования циклической долговечности рессорной стали типа марки 50ХГФА, заключающийся в определении размера зерна стали в зависимости от режима технологической обработки и на основании выявленной корреляции (уравнения) между циклической долговечностью в диапазоне 10⁵-10⁶ циклов и размером величины зерна стали, определении ожидаемой ее циклической долговечности, отличающийся тем, что испытания проводят без записи параметров сигналов акустической миссии, по которым регистрируется момент возникновения трещины, и осуществления последующего монотонного растяжения испытываемого материала до разрушения, чтобы вскрыть поверхность трещины с целью анализа очага разрушения на поверхности излома с использованием электронного микроскопа.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при исследовании процессов разрушения материалов с образованием трещин. Сущность: измеряют начальную длину трещины.

Способ определения предела выносливости металлических материалов // 2603243

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов и может быть использовано для определения усталостной прочности конструкционных материалов, работающих в условиях циклического нагружения.

Способ определения предела выносливости материала при растяжении-сжатии // 2599069

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам определения предела выносливости материала. Сущность: измеряют радиусы кривизны поверхности испытуемого материала в сечениях двумя плоскостями главных кривизн и радиус сферического индентора, по которым определяют приведенный радиус кривизны.

Имитатор повреждаемости клубней // 2598883

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для изучения физико-механических свойств корнеклубнеплодов и определения уровня повреждаемости клубней картофеля при оптимизации работы картофелеуборочных машин, а также для оценки механических повреждений при селекции сортов картофеля, предназначенных для механизированного возделывания.

Способ испытаний труб на долговечность // 2591873

Изобретение относится к области гидравлических испытаний, в частности к способам проведения циклических испытаний натурных образцов труб внутренним давлением и изгибом с целью получения фактических данных по их прочности и долговечности.

Установка на переменное раздельное нагружение образца на кручение, консольный изгиб, сжатие и консольный изгиб за один одновременный оборот трёх зубчатых колёс // 2586256

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания образцов материалов на прочность, и может быть применено в заводской и исследовательской лабораториях.

Стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород // 2581389

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений.

Стенд для исследования энергообмена на образцах горных пород // 2581387

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания образцов горных пород при моделировании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений.

Способ неразрушающего контроля несущей способности однопролетных железобетонных балок // 2579545

Изобретение относится к неразрушающему контролю несущей способности однопролетных железобетонных балок по критериям прочности арматуры и бетона. Сущность: на контролируемой железобетонной балке определяют места с наибольшими деформациями от эксплуатационной нагрузки и в этих местах устанавливают измерители деформаций.

Способ испытания на прочность лопаточного диска турбомашины с вильчатым соединением // 2579171

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам определения прочности лопаточных дисков турбомашин с вильчатым соединением. Способ заключается в создании эксплуатационных условий нагружения одновременно в трех верхних крепежных отверстиях элементах обода диска.

Способ неразрушающего контроля скрытых дефектов в технически сложном элементе конструкции, к которому нет доступа, и устройство для его осуществления // 2619812

Изобретение относится к неразрушающим методам и средствам дефектоскопии технически сложных элементов конструкции. Сущность: элемент конструкции, к которому есть доступ, нагружают переменной механической нагрузкой и вызывают его перемещения. Измеряют параметры процесса перемещения элемента конструкции, к которому есть доступ. Затем сравнивают с такими же параметрами элемента конструкции, уровень дефектов которой принимают за допустимый. Причем перед нагружением элемента конструкции, к которому есть доступ, устанавливают жесткую связь, обеспечивающую общий резонанс, с элементом конструкции, к которому нет доступа. Устройство содержит возбудитель и приемник свободных колебаний, каждый из которых имеет пьезоэлемент, подключенный к генератору колебаний или индикатору измерений. Возбудитель и приемник свободных колебаний состоят из расчлененных по длине стальных стержней и имеют комплект съемных элементов, которые имеют широкий диапазон рабочих частот. Технический результат: проведение неразрушающей дефектоскопии технически сложных элементов конструкции и осуществление неразрушающей дефектоскопии технически сложных элементов конструкции, находящихся в сборке, к которым нет доступа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Стенд для исследования энергообмена при разрушении // 2624407

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд содержит корпус, установленные на нем захваты образца, механизм нагружения, включающий две гибкие тяги, кинематически связанные с захватами, натяжной механизм тяг, платформу, привод вращения, установленный на платформе, возбудитель колебаний нагрузки в форме треугольника, установленного на валу привода вращения и расположенного между тягами, и привод перемещения платформы вдоль оси вала. Стенд снабжен платформой вращения с фиксатором поворота, ось вращения которой перпендикулярна оси вала, и разъемным соединением вала привода вращения с возбудителем колебаний нагрузки. Вторые концы тяг закреплены на поверхности платформы вращения с возможностью изменения точек закрепления. Технический результат: расширение функциональных возможностей стенда при пропорциональном изменении амплитуд чередующихся циклов и интервалов между циклами. 1 ил.

Установка для испытания образцов на усталость // 2624595

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания на усталость. Установка содержит основание, пассивный захват образца, установленный на основании, активный захват образца, одним концом связанный с активным захватом и установленный соосно с ним рычаг, электромагнитный возбудитель колебаний и измерительное устройство, фиксатор, выполненный с возможностью периодического соединения рычага с основанием, захваты установлены с возможностью фиксированного поворота вокруг своей оси, связь рычага с активным захватом выполнена в виде разъемного соединения, а возбудитель колебаний и измерительное устройство выполнены в виде двух П-образных магнитных систем, закрепленных на другом конце рычага одна симметрично другой относительно его оси и двух катушек, закрепленных на основании, каждая из которых выполнена с возможностью взаимодействия с соответствующей П-образной магнитной системой. Установка снабжена устройством индукционного нагрева, катушка которого расположена по периметру испытуемого образца и закреплена на основании. Технический результат: повышение достоверности результатов испытаний путем устранения влияния наклепа при испытании образцов на усталость. 1 ил.

Установка для определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов // 2628737

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности области исследования динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов. Установка для определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов содержит основание, на котором жестко закреплены составные образцы, каждый из которых выполнен в виде пластины из высокодобротного материала с закрепленным на ней исследуемым материалом, возбудитель колебаний в составном образце и система измерений колебаний. При этом каждый составной образец закреплен на основании таким образом, что исследуемый материал расположен на поверхности пластины, контактирующей с основанием, и закреплен на пластине методом заливки. Система измерения колебаний выполнена в виде бесконтактной лазерной системы измерения, включающей измерительную головку, обеспечивающую измерение параметров образцов на основе эффекта Доплера. Технический результат: повышение точности определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов и увеличение количества резонансных частот, для которых определяются динамические характеристики низкомодульных полимерных материалов. 1 ил.

Стенд для испытаний элементов беспилотного вертолета с соосными винтами // 2628873

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам, и может быть использовано в авиационной испытательной технике для испытаний элементов беспилотного вертолета с соосными винтами. Устройство содержит фундамент стенда, силовой каркас, зажимные приспособления, раму монтажную, каркас фюзеляжа, амортизаторы, мотораму, двигатель внутреннего сгорания, подредукторную раму, редуктор, выходные соосные валы, автомат перекоса, соосные винты, муфту, рычаги, коромысла, нагрузочное устройство, устройство пилотирования с приводами управления автоматом перекоса, систему топливную, смазки, системы охлаждения, систему управления двигателем, устройство пожаротушения, систему приточно-вытяжной вентиляции, также устройство содержит пульт управления. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении безопасности. 18 ил.

Геометрические формы композитных образцов, способствующие их разрушению в исследуемой области при проведении усталостных испытаний // 2640776

Изобретение относится к геометрическим формам образцов для испытания материалов. Сборная конструкция образца (10) для испытаний содержит множество слоев, выполненных из армированного волокном полимерного материала, совместно образующих слоистый материал постоянной толщины. Слоистый материал имеет геометрию, включающую первую и вторую трапецеидальные части (16, 18), соединенные исследуемой областью, в которой указанный образец имеет минимальную ширину. Первая трапецеидальная часть, вторая трапецеидальная часть и исследуемая область образуют соответствующие части передней поверхности и соответствующие части задней поверхности образца для испытаний. Каждая из передней и задней поверхностей имеет профиль с формой наподобие "галстука-бабочки" и выполнена параллельной указанным слоям. Первый и второй выступы, приклеенные к первой трапецеидальной части на соответствующих первых частях передней и задней поверхностей. Третий и четвертый выступы, приклеенные ко второй трапецеидальной части на соответствующих вторых частях передней и задней поверхностей. Каждый из первого, второго, третьего и четвертого выступов выполнен из армированного волокном полимерного материала и имеет трапецеидальный профиль. Образец для испытаний имеет минимальную ширину в указанной исследуемой области (20) и постоянную толщину. Первая трапецеидальная часть (16) имеет первую и вторую прямолинейные скошенные стороны (12а и 12b). Вторая трапецеидальная часть (18) имеет третью и четвертую прямолинейные скошенные стороны (12с и 12d). Исследуемая область (20) содержит первую и вторую радиусные стороны (14а и 14b). При этом первая радиусная сторона (14а) соединена с первой и третьей прямолинейными скошенными сторонами (12а и 12с), а вторая радиусная сторона (14b) соединена со второй и четвертой прямолинейными скошенными сторонами (12b и 12d). Высота указанной первой радиусной части не превышает 3% указанной высоты образца (10) для испытаний. Обеспечивается гарантированное разрушение в исследуемой области (20) во время усталостных испытаний. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Центробежная установка для циклических испытаний // 2643189

Изобретение относится к испытательной технике, к исследованию образцов и изделий на прочность при циклическом нагружении. Центробежная установка содержит корпус, установленную на нем платформу с приводом вращения, расположенные на ней дополнительные платформы по количеству циклов нагружения по одной из осей образца, размещенные последовательно одна на другой и снабженные приводами вращения, захват для образца, закрепленный на дополнительной платформе для размещения захвата, согласно изобретению установка снабжена дополнительным приводом вращения, соединенным с захватом для образца и закрепленным радиально оси вращения на платформе для размещения захвата. Технический результат: расширение технологических возможностей центробежных установок путем обеспечения испытаний как при осевом, так и при плоском напряженном состоянии с многоцикловым или плавным нагружением по одной из осей. 1 ил.

Экспериментальная установка (стенд) для изучения многофакторной зависимости коэффициента демпфирования сваи при взаимодействии с грунтом // 2646540

Изобретение относится к области вибрационной техники, а именно к конструкциям свайных фундаментов зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения. Экспериментальная установка состоит из лотка, грунтового массива и моделируемой сваи. Вибрируемый на вибростенде металлический лоток с грунтом и забитой в него сваей, верхняя часть которой соединена с металлическим наголовником, в котором жестко, симметрично и радиально под углом 180° закреплены две горизонтальные шпильки и одна вертикальная шпилька, ориентированная вдоль продольной оси сваи, с перемещающимися по резьбе шпилек грузами - гирями. Технический результат: возможность изучения особенностей демпфирования сваи при ее взаимодействии с грунтом. 2 ил.

Установка для испытания образца материала на усталость при изгибе и ударном сжатии // 2647500

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания образцов материалов на усталость при изгибе и ударном сжатии, и может быть применено в учебной, заводской и исследовательской лабораториях. Установка содержит корпус, закрепленный на нем пассивный захват образца, ротор с приводом, рычаг, активный захват образца, платформу, связанную через кривошипно-ползунный механизм со вторым приводом, толкатели и пружины, активный захват образца закреплен на одном из концов рычага так, чтобы их продольные оси совпадали, в роторе выполнены радиально расположенные отверстия, шатун кривошипно-ползунного механизма выполнен с возможностью изменения его длины, а каждая пружина - опирающейся с одной стороны на дно отверстия ротора, а с другой - на толкатель, выполненный с возможностью перемещения в отверстии и взаимодействия с рычагом, ротор с приводом установлены на платформе, а второй привод - на дне корпуса и ротор снабжен упорами, прикрепленными к его поверхности около отверстий. Рычаг изготовлен в форме трубы, введены гибкий канат, одним концом соединенный с грузом, а другим - с пазом зубчатого колеса, которое соединено с другим зубчатым колесом, имеющим зубья на половине колеса, привод этого колеса, колеса соединены шпонками и осями с каркасом, а гибкий тросик соединен одним концом с зубчатым колесом, а другим - с каркасом. Технический результат: расширение функциональных возможностей путем испытания образца на усталость не только при изгибе, но и при сжатии одновременно. 3 ил.