Способ определения релаксации напряжений в вершине трещины или концентраторе напряжений

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки работоспособности металлов в конструкции. Сущность: осуществляют нагружение образца с трещиной или с концентратором напряжений, в котором ось приложения нагрузки и ось действия распорного болта разнесены, фиксирование распорным болтом заданной деформации на образце с трещиной или с концентратором напряжений и последующую экспозицию нагруженного образца. После экспозиции образца с распорным болтом на образец осуществляют установку датчика раскрытия трещины, затем прикладывают внешнюю нагрузку и по датчику раскрытия трещины определяют усилие начала раскрытия трещины, а релаксация напряжений в вершине трещины определяется как разница между изначально установленной нагрузкой на образце и усилием начала раскрытия трещины или усилие сжатия на образце с концентратором, действующим в образце после экспозиции. Технический результат: возможность определить релаксацию напряжений в вершине трещины или концентраторе напряжений при комнатной и повышенной температурах. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения прочностных свойств металлических конструкционных материалов, а именно, для оценки работоспособности металлов с трещиной или концентратором напряжений в конструкциях, применяющихся в авиационной промышленности, машиностроении, судостроении и других отраслях техники, а также в строительной индустрии.

Оценка релаксации напряжений в вершине усталостной трещины или концентраторе напряжений необходима при исследовании механических характеристик материалов, особенно для случаев, когда временные или температурные факторы являются доминирующими. В ряде изысканий при определении одного из основных параметров материала - коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины, необходима оценка релаксационных процессов. Так при оценке коэффициента интенсивности напряжений в условиях постоянно заданной деформации необходимым условием является оценка релаксации. Стандарт ASTM Е1681 диктует требование, чтобы релаксация коэффициента интенсивности напряжений не превышала 5% за 24 часа, в противном случае, данные испытания считаются некорректными. Для определения релаксационных процессов в вершине трещины стандарт ASTM Е1681 предлагает оснастить распорный болт датчиком силы и провести предварительные испытания на модельных образцах.

Согласно стандарту ASTM E1681 предложения по оценке релаксации напряжений в материале сводятся к включению в цепочку нагружения датчика силы, который фиксирует изменение действующего усилия и, следовательно, напряжений во времени при заданной постоянной деформации. Аналогичный подход всесторонне представлен также в американском стандарте ASTM Е328.

Однако предлагаемые методики, базирующиеся на встраивании датчика силы в силовую цепочку, оказываются, в большинстве случаев, неприемлемыми из-за отсутствия миниатюрных датчиков силы или невозможности их использования при высоких температурах.

Из уровня техники известен способ измерения параметров медленного роста трещин в хрупких материалах, согласно которому в призматическом образце предварительно инициируют трещину, нагружают образец поперечным прибором, определяют длину трещины через определенное время и рассчитывают параметры медленного роста трещин А и N. При этом в образце предварительно инициируют, по крайней мере, еще одну трещину. Нагружение осуществляют с постоянной скоростью изменения напряжения, предварительно определяют расстояние от первой и второй трещины до одной из опор, определяют длину обеих трещин через определенное время (SU 1833802, опубл. 15.08.1993, G01N 3/08).

Известен способ оценки вязкости разрушения конструкционных материалов, включающий нагружение специального образца с трещиной и фиксирование приложенной нагрузки завинченным в сквозное резьбовое отверстие распорным болтом. После чего образец с завинченным распорным болтом снимают с испытательной машины и помещают в коррозионную среду. По росту трещины и полученной при растяжении образца до разрушения нагрузке с оценкой деформации делается вывод о влиянии коррозионного воздействия на вязкость разрушения материала (RU 148072, опубл. 27.11.2014, G01N 3/00).

К недостаткам данных способов относится невозможность измерения релаксационных процессов в вершине трещины или концентраторе напряжений.

Техническая задача заявленного изобретения заключается в создании способа измерения релаксации напряжений в вершине трещины или концентраторе напряжений при различных временных выдержках и в широком диапазоне температур.

Технический результат заявленного изобретения заключается в создании способа определения релаксации напряжений в вершине трещины или концентраторе напряжений при комнатной или повышенной температурах.

Заявленный технический результат достигается тем, что способ определения релаксации напряжений включает нагружение образца с трещиной, в котором ось приложения нагрузки и ось действия распорного болта разнесены, фиксирование распорным болтом заданной деформации и последующую экспозицию нагруженного образца. После экспозиции образца, нагруженного распорным болтом, осуществляют установку датчика раскрытия трещины, затем прикладывают внешнюю нагрузку и по датчику раскрытия трещины определяют усилие начала раскрытия трещины. Релаксация напряжений в вершине трещины определяется как разница между изначально установленной нагрузкой на образце и усилием начала раскрытия трещины, действующим в образце после экспозиции.

Заявлен также способ определения релаксации напряжений, включающий нагружение образца с концентратором напряжений, в котором ось приложения нагрузки разнесена с осью действия распорного болта, фиксирование распорным болтом заданной деформации на образце с концентратором напряжений и последующую экспозицию нагруженного образца. После экспозиции образца, нагруженного распорным болтом, осуществляют установку датчика раскрытия трещины на образец, затем прикладывают внешнюю нагрузку и определяют по датчику раскрытия трещины усилие сжатия, действующее в образце с концентратором напряжений. Релаксация напряжений в образце с концентратором напряжений определяется как разница между изначально установленной нагрузкой на образце с концентратором напряжений и усилием сжатия, действующим в образце после экспозиции.

Заявленное изобретение поясняется графическими материалами:

Фиг. 1 - общий вид устройства;

Фиг. 2 - график раскрытия трещины для заневоленного образца.

В соответствии с заявленным способом определение релаксации напряжений осуществляется с использованием специального образца 1 из тестируемого материала, содержащего краевой надрез, сквозное отверстие с резьбой для распорного болта, выполненное перпендикулярно краевому надрезу и с выходом одного своего конца в полость краевого надреза. На образце изготовлены сквозные отверстия для крепления образца в захватах испытательной машины, расположенные симметрично относительно краевого надреза и размещенные между открытым концом краевого надреза и его вершиной. Сквозное отверстие с резьбой для распорного болта расположено ближе к открытому концу надреза, чем сквозные отверстия для крепления образца в захватах испытательной машины. В образце предварительно выращивают трещину или изготавливают концентратор напряжения. Затем проводят нагружение образца внешней силой с фиксированием приложенной нагрузки распорным болтом 3, завинченным в сквозное резьбовое отверстие до упора (фиг. 1).

Подготовленный образец 1, в котором ось приложения нагрузки разнесена с осью действия болта, нагружают на испытательной машине с помощью оснастки 4 до заданного уровня нагрузки, что позволяет установить заданный уровень напряжений в вершине трещины или в концентраторе напряжений. Напряжение в вершине трещины или в концентраторе напряжений прямо пропорционально приложенной нагрузке, поэтому изменение нагрузки в полной мере отображает изменение напряжений в образце.

Нагрузка при заданной деформации фиксируется распорным болтом. Распорный болт 3 обеспечивает постоянство деформации на протяжении всей длительности испытаний. При длительной экспозиции в нормальных условиях или при повышенных температурах происходит релаксация напряжений в вершине трещины или в концентраторе напряжений.

Для определения расклинивающего усилия после экспозиции применяется датчик раскрытия трещины 2, который устанавливается на торце образца.

При повторном нагружении образца на испытательной машине регистрируется как усилие растяжения испытательной машины, действующее на образец, так и сигнал с датчика раскрытия трещины. На начальном этапе нагружения усилие закрытия трещины или усилие сжатия, действующее в образце с трещиной или с концентратором напряжений, установленное ранее и зафиксированное распорным болтом, превышает усилие, создаваемое испытательной машиной. На диаграмме (фиг. 2) показана деформация, фиксируемая датчиком раскрытия трещины (ось X), и усилие, приложенное к образцу (ось Y). Начальный этап нагружения представлен прямой линией на оси ординат (Y).

При повышении нагрузки, когда нагрузка, создаваемая испытательной машиной, достигает и начинает превышать уровень усилия сжатия, действующего в образце, появляется сигнал от датчика раскрытия. Сигнал от датчика раскрытия трещины характеризует равенство усилий, действующих на образец, - внешней растягивающей нагрузки и усилия сжатия, действующего в образце. Появление сигнала от датчика раскрытия трещины позволяет определить сжимающее усилие, действующее в образце. Датчик раскрытия трещины позволяет с высокой точностью определить нагрузку, действующую в образце, и, следовательно, определить релаксацию напряжений в вершине трещины или в концентраторе напряжений.

Разница нагрузок, изначально установленной в образце с фиксацией ее распорным болтом, и нагрузки после экспозиции, определенной по моменту равенства приложенной внешней нагрузки и усилия сжатия, действующего в образце, характеризует релаксацию напряжений в вершине трещины или в концентраторе напряжений.

Заявленный способ позволяет определить релаксацию напряжений в вершине усталостной трещины или концентраторе напряжений при исследовании механических характеристик материалов для случаев, когда временные или температурные факторы являются доминирующими.

1. Способ определения релаксации напряжений, включающий нагружение образца с трещиной, в котором ось приложения нагрузки и ось действия распорного болта разнесены, фиксирование распорным болтом заданной деформации на образце с трещиной и его последующую экспозицию, отличающийся тем, что после экспозиции образца с распорным болтом на образец осуществляют установку датчика раскрытия трещины, затем прикладывают внешнюю нагрузку и по датчику раскрытия трещины определяют усилие начала раскрытия трещины, а релаксация напряжений в вершине трещины определяется как разница между изначально установленной нагрузкой на образце и усилием начала раскрытия трещины, действующим в образце после экспозиции.

2. Способ определения релаксации напряжений, включающий нагружение образца с концентратором напряжений, в котором ось приложения нагрузки и ось действия распорного болта разнесены, фиксирование распорным болтом заданной деформации на образце с концентратором напряжений и его дальнейшую экспозицию, отличающийся тем, что после экспозиции образца с распорным болтом осуществляют установку датчика раскрытия трещины на образец, затем прикладывают внешнюю нагрузку и определяют по датчику раскрытия трещины усилие сжатия, действующее в образце с концентратором напряжений, а релаксация напряжений определяется как разница между изначально установленной нагрузкой на образце и усилием сжатия, действующим в образце после экспозиции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу изготовления образцов для испытания на внецентренное сжатие. Сущность: осуществляют высверливание на верхней и нижней опорной поверхности четырехугольной призмы симметричных парных сферических лунок для центрирующих элементов, одну пару из которых размещают по ее продольной оси.

Изобретение относится к устройствам для оценки механических и прочностных характеристик снежного покрова непосредственно в месте непосредственного залегания на лавиноопасных склонах горнолыжных комплексов.

Изобретение относится к испытательным устройствам и предназначено для контроля в радиационно-защитной камере на прочность соединений испытательного образца: корпуса источника ионизирующего излучения с концевой деталью (тросиком).

Изобретение относится к области исследования механических свойств материалов, а точнее к способам (нагружения материала образца) определения энергетических характеристик разрушения льда.

Изобретения относятся к области машиностроения, в частности к стендам для испытания стальных канатов на выносливость. Способ заключается в испытании образца каната путем его перегибов на определенном участке при соответствующем расчетном статическом нагружении до полного или частичного разрушения при заданной температуре и влажности.

Изобретение относится к медицине. Устройство для испытания прочности керамического вкладыша имплантатов тазобедренного сустава с приемным устройством и нажимной деталью.

Группа изобретений относится к медицине. Способ проверки прочности конического входа керамических модульных шаровидных головок для протезов тазобедренного сустава, имеющих приемное пространство с конической боковой поверхностью с углом зажимного конуса γ и коническим входом, заключающийся в том, что на участки приемного объема оказывается давление.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для определения сопротивления деформации металлических материалов путем испытания образцов на сжатие, для построения кривой упрочения, для определения математической зависимости между сопротивлением деформации и степенью деформации при различных температурах.

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.

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.

Изобретение относится к технике испытаний и измерений. Способ включает подготовку и разметку образцов, закрепление зажимов разрывной машины, нагружение, фиксирование и определение характера деформации пробы и ее измерение. Образцом является узел швейного изделия, разделенный на элементарные пробы в соответствии с векторами нагрузок. Для исследования устойчивости конструкции узла изготавливаются образцы конструкций узла. Каждый образец делится на зоны согласно приложенным нагрузкам. Закрепление элементарной пробы узла производят между зажимами разрывной машины типа РТ-250 М методом «стрип», когда поперечные размеры элементарной пробы меньше ширины зажимов динамометра. Показатели деформационных характеристик фиксируют и снимают с соответствующих шкал разрывной машины при первых видимых признаках деформации конструкции узла. Характер деформации конструкции узла классифицируют по следующим признакам: раздвижка нитей основной ткани; расслаивание дублируемых слоев пакета узла; разрушение ниток шва; разрушение материала по линии шва; разрыв основной ткани; разрыв одного или нескольких компонентов пакета материалов узла (основная ткань, прокладочный материал, подкладка, средство соединения деталей). Изобретение позволяет исследовать деформационные характеристики конструкции узла швейного изделия с помощью векторного приложения нагрузки, учитывая технологию изготовления и конфекционирование пакета материалов. 5 ил.

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов оптическими средствами измерения путем приложения к ним сжимающих статических нагрузок. Устройство для определения упругих постоянных малопластичных металлов и сплавов при повышенной температуре содержит основание с неподвижной плитой и подвижную плиту. На основании установлены лазер, светоделитель и зеркало. Луч, отразившийся от зеркала, образует эталонное плечо двуплечего интерферометра продольных деформаций. Луч, отразившийся от светоделителя, направляется поворотным зеркалом в четырехходовой интерферометр поперечных деформаций, включающий поляризованный светоделитель, четвертьволновую и поляризационную пластины, два ретроотражателя и шесть обводных зеркал, направляющих луч рабочего плеча на две противоположные зеркально-полированные боковые поверхности исследуемого образца прямоугольного сечения. Луч рабочего плеча интерферометра продольных деформаций направляется через зеркальную наклонную под углом 45 градусов поверхность неподвижной плиты на зеркальную поверхность подвижной плиты. С наружных сторон плит установлены электроды, подключенные к источнику постоянного тока. Между одной из плит и соответствующим электродом помещен слой полупроводника. Образец устанавливают между плитами, задают предварительную нагрузку, пропускают электрический ток между электродами. После нагрева образца его деформируют, непрерывно регистрируют силу нагружения и температуру образца с помощью термопары. Счет переместившихся интерференционных линий производится с помощью последовательно расположенных после интерферометров по ходу отраженных лучей рабочих плеч соответственно двух коллиматоров, двух диафрагм, двух фотоприемников и электронной схемы обработки. Технический результат - повышение точности измерений упругих постоянных малопластичных металлов и сплавов при высоких температурах. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов оптическими средствами измерения путем приложения к ним сжимающих статических нагрузок. Устройство содержит основание с неподвижной плитой и подвижную плиту. На основании установлены лазер, расположенные по ходу его излучения светоделитель и зеркало, отраженные лучи от которых образуют эталонные плечи двуплечих интерферометров соответственно поперечных и продольных деформаций. В рабочем плече интерферометра поперечных деформаций расположена зеркальная боковая поверхность исследуемого образца прямоугольного сечения, а при использовании двух противоположных боковых поверхностей образца устройство снабжено тремя зеркалами, расположенными по ходу излучения в рабочем плече. Луч рабочего плеча интерферометра продольных деформаций направляется через зеркальную наклонную под углом 45 градусов поверхность неподвижной плиты на зеркальную поверхность подвижной плиты. С наружных сторон плит установлены электроды, подключенные к источнику постоянного тока. Между одной из плит и соответствующим электродом помещен слой полупроводника. Для стабильного прогрева слой полупроводника также помещают между второй плитой и вторым электродом. Образец устанавливают между плитами, задают предварительную нагрузку, пропускают постоянный электрический ток между электродами. После нагрева образца его деформируют, непрерывно регистрируют силу нагружения и температуру образца с помощью термопары. Счет переместившихся интерференционных линий производится с помощью последовательно расположенных после интерферометров по ходу отраженных лучей рабочих плеч соответственно двух коллиматоров, двух диафрагм, двух фотоприемников и электронной схемы обработки. Технический результат - повышение точности измерений упругих постоянных малопластичных металлов и сплавов при высоких температурах. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов оптическими средствами измерения путем приложения к ним сжимающих статических нагрузок. Устройство содержит основание с неподвижной плитой и подвижную плиту. На основании установлены лазер, светоделитель и зеркало, с помощью которых излучение лазера делится на два пучка, направляемых в интерферометры продольных и поперечных деформаций. Четырехходовой интерферометр продольных деформаций включает в себя поляризованный светоделитель, два ретроотражателя, четвертьволновую и поляризационную пластины. В его рабочем плече расположены зеркально-полированная поверхность подвижной плиты, обращенная к неподвижной плите, и две зеркально-полированные наклонные под углом 45 градусов поверхности неподвижной плиты, центры которых находятся в одной плоскости с продольной осью исследуемого образца симметрично относительно нее. Восьмиходовой интерферометр поперечных деформаций включает в себя поляризованный светоделитель, четвертьволновую и поляризационную пластины, большой и малый ретроотражатели и десять обводных зеркал, направляющих луч рабочего плеча на четыре зеркально-полированные боковые поверхности исследуемого образца прямоугольного сечения. С наружных сторон плит установлены электроды, подключенные к источнику постоянного тока. Между одной из плит и соответствующим электродом помещен слой полупроводника. Слой полупроводника может быть также помещен между второй плитой и вторым электродом. Образец устанавливают между плитами, задают предварительную нагрузку, пропускают электрический ток между электродами. После нагрева образца его деформируют, непрерывно регистрируют силу нагружения и температуру образца с помощью термопары. Счет переместившихся интерференционных линий производится с помощью последовательно расположенных после интерферометров по ходу отраженных лучей рабочих плеч соответственно двух коллиматоров, двух диафрагм, двух фотоприемников и электронной схемы обработки. Технический результат - повышение точности измерений упругих постоянных малопластичных металлов и сплавов при высоких температурах 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к оптическим способам измерения деформаций в области исследования механических свойств материалов, в частности инструментальных сталей и твердых сплавов, путем приложения сжимающих статических нагрузок. В способе исследования деформаций материала полируют одну из боковых граней исследуемого образца и поверхность подвижной плиты пресса, обращенную к неподвижной плите. С наружных сторон плит пресса располагают электроды. Между одной из плит и соответствующим электродом вводят слой полупроводника. Устанавливают образец между плитами пресса. Освещают пучками когерентного монохроматического излучения лазера зеркально-полированные поверхности образца и подвижной плиты, располагаемые в рабочих плечах двуплечих интерферометров, с помощью которых формируют интерференционные картины. Причем для регистрации изменения длины образца путем измерения расстояния между плитами пресса луч рабочего плеча продольного интерферометра направляют на зеркально-полированную поверхность подвижной плиты через зеркальную полированную поверхность, предварительно изготовленную на неподвижной плите под углом 45 градусов. Задают предварительную нагрузку на образец. Пропускают постоянный электрический ток между электродами, при прохождении которого через слой полупроводника выделяется тепло, благодаря которому происходит нагрев образца. В процессе испытания деформируют образец, непрерывно измеряют температуру образца, силу нагружения P и ведут счет чисел интерференционных линий с помощью фотоприемников, а результаты измерений записывают и обрабатывают на ПЭВМ. По изменению интерференционных картин определяют деформации материала, а по ним модуль упругости E и коэффициент Пуассона. Технический результат - повышение точности измерений упругих постоянных материала при высоких температурах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки работоспособности металлов в конструкции. Сущность: осуществляют нагружение образца с трещиной или с концентратором напряжений, в котором ось приложения нагрузки и ось действия распорного болта разнесены, фиксирование распорным болтом заданной деформации на образце с трещиной или с концентратором напряжений и последующую экспозицию нагруженного образца. После экспозиции образца с распорным болтом на образец осуществляют установку датчика раскрытия трещины, затем прикладывают внешнюю нагрузку и по датчику раскрытия трещины определяют усилие начала раскрытия трещины, а релаксация напряжений в вершине трещины определяется как разница между изначально установленной нагрузкой на образце и усилием начала раскрытия трещины или усилие сжатия на образце с концентратором, действующим в образце после экспозиции. Технический результат: возможность определить релаксацию напряжений в вершине трещины или концентраторе напряжений при комнатной и повышенной температурах. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх