Способ определения верхней границы упругого гистерезиса материала

 

Изобретение относится к испытанию материалов и может быть использовано для измерения упругих и нёупругих свойств материалов при статическом и динамическом знакопеременном нагружении. Цель изобретения - повышение точности путем учета эффекта Баушингера. Образец материала нагружают циклически с возрастающей амплитудой так, что противоположные по знаку амплитуды деформаций для каждого цикла равны по абсолютной величине. Определяют семейство полных петель механического гистерезиса циклов и по моменту раскрытия полной петли гистерезиса судят о верхней границе упругого гистерезиса. 2 ил., 1 табл.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s 6 01 Ч 3/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4813627/28 (22) 11,04,90 (46) 23.08,92. Бюл. N 31 (71) Тульский политехнический институт (72) С.А, Головин, Д.M. Левин, А.Н. Чуканов и И.В. Чуканов (56) Авторское свидетельство СССР

М 715974, кл. G 01 N 11/16, 1980. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРХНЕЙ

ГРАНИЦЫ УПРУГОГО ГИСТЕРЕЗИСА МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к испытанию материалов и может быть использовано для

Изобретение относится к механическим испытаниям металлических материалов и может быть использовано для измерения упругих и неупругих свойств материалов при статическом и динамическом знакопеременном нагружении.

Известен способ определения упругого гистерезиса, согласно которому свободный конец консольно закрепленного образца из танколистового материала устанавливают в захвате с зазором, достаточным для нарушения контакта между захватом и образцом. Прикладывают к свободному концу образца знакопеременный изгибающий MO мент с помощью привода. В момент прохождения захватом нейтрального положения привод выключают. После этого измеряют остаточный прогиб образца, по величине которого рассчитывают значение упругого гистерезиса.

5U «1756803 А1 измерения упругих и неупругих свойств материалов при статическом и динамическом знакопеременном нагружении. Цель изобретения — повышение точности путем учета эффекта Баушингера. Образец материала нагружают циклически с возрастающей амплитудой так, что противоположные по знаку амплитуды деформаций для каждого цикла равны по абсолютной величине. Определяют семейство полных петель механического гистерезиса циклов и по моменту раскрытия полной петли гистерезиса судят о верхней границе упругого гистерезиса. 2 ил„1 табл.

Однако этот способ позволяет определить только момент конца упругого гистерезиса. Точность определения низкая, что связано с грубой дискретизацией процесса нагружения. СП

Известно, что в цикле нагрузка-раз- С, грузка за напряжение йачала упругого ги- Ог стерезиса принимают максимальное напряжение, по достижении которого фиксируют замкнутую петлю механического гистерезиса (ПМГ) — предел упругости а,.За напряжение конца упругого гистерезиса принимают максимальное напряжение, по — а достижении которого замкнутая ПМГ переходит в раскрытую ПМГ (предел упругости о).

Согласно известному способ) образец подвергают статическому знакопеременно-. му нагружению со ступенчатым повышением в каждом последующем цикле конечной

1756803 нагрузки, Измеряя напряжение и деформацию, строят петлю механического гистерезиса, Поэтапно нагружая образец, получают семейство ПМГ, По изменению вида петель в нем судят о границах упругого гистерезиса для данного вида образца, Недостатком известного способа явля е1 ся низкая точность определения верхней границы упругого гистерезиса. Это обусловлено тем, что не учитывают влияние эффекта

БауШингера, имеющего место при знакопеременном нагружении, Указанный эффект заключается в том, что при изменении знака нагрузки образец деформируется значительно легче, чем в случае повторного нагружения с тем же (первоначальным) знаком, т.е. имеет место завислмость пластического поведения металла от направления повторного нагружения. Во всех описанных способах эффект Баушингера не учитывается.

Так, в известном способе при получении каждой ПМГ амплитуда нагрузки (как прямой, так и обратной) в знакопеременном цикле поддерживается постоянной, т.е. и еет место симметричная по нагрузке 25

ПМГ. Поскольку о верхней границе упругого гистерезиса судят по моменту раскрытия полной ПМГ, то не учитывая эффекта Баушингера, по известному способу фиксируют более раннее раскрытие полной ПМГ. Таким 30 образом, величины параметров верхней границы упругого гистерезиса (напряжение, деформация) оказываются заниженнымл по отношению к истинным значениям. Область упругого гистерезиса сильно сужается, 35

Расширение области существования упругого гистереэиса имеет двоякое значение, В плане прикладном, более точное определение верхней границы упругого гистерезйса при знакопеременном нагру- 40 жении означает снижение требований к уровйю предела упругости, т.е, появляется возможность снизить материало- и энергоемкость технологических процессов обработки деталей типа упругих чувствительных 45 элементов, Более того, учитывая вышескаэанйое, можно изменить технологический процесс так, что предел упругости будет сжййнажтенг до величины, уточненной по предnагаеУ мкаонму способу, а прочностные и пла- 50 ст итческ йе хнар аккнт ергисти к й. материала зйачительно повысятся.

С точки зрения вклада в теоретические разгрвботкй, уваелйченйке границ упругого гистерезисз потребует более точно очертить 55 щмделыр действйя и строже интерпретировать раббту кя:,хзнизмов междислокациоьгного и диСлокзционно-примесного взаимодейст- . аиг"я, к 6 нтр6лирующих эксплуатационные. характеристики упругих чувствительных элементов, г

Цель изобретения — повышение точно- сти определения верхней границы упругого гистерезиса за счет обеспечения равенства абсолютных величин амплитуд деформаций для каждого цикла, Поставленная цель достигается тем, что при определении верхней границы упругого гистерезиса материала образец нагружают циклически с возрастающей амплитудой энакопеременными усилиями, нагружение для учета эффекта Баушингера проводят с обеспечением равенства противоположных по знаку амплитудных значений деформаций в каждом цикле, определяют семейство полных ПМГ циклов и по моменту раскрытия полной петли гистерезиса судят о верхней границе упругого гистерезиса.

На фиг,1 представлено семейство полных петель механического гистерезиса, полученных в упругой, упругопластической и пластическол областях нагружения (изображены петли, полученные без учета эффекта

Баушингера (эаштрихованный контур) и с учетом данного эффекта (светлый контур),: о - предел неупругости, полученный при из- вестном способе, о * — с учетом предлагаемого способа; на фиг,2 — схема получения полной ПМГ на верхней границе упругого гистерезиса и определение ее характеристик с учетом предлагаемого способа.

П.р и м е р. Определение границ упругоro гистерезиса на образцах из промышленного медно-алюминиевого сплава.

Проводят определение границ упругого гистерезиса образцов сплава БрА5. Химический состав сплава соответствует ГОСТ

18175-78. Образцы проволочные с рабочими размерами длиной 65 мм, диаметром 1 мм предварительно деформированы воло-. чением до деформации e = 97 и отожжены при различных температурах (температуры отжигав указаны в таблице).

Образцы деформировали кручением в установке типа "обратный крутильный маятник" РКаа-ТуяПИ-31 Скероста натруженна

5х10 с . Проводили параллельные измерения в выборках из 3 образцов, Точность определения сдвигового йапряжения (т) при доверительной вероятности Р = 0,95 составила Ar = 0,19 МПа, а относительной сдвиговой деформации — 1х 10 отн.ед, -6

Нагружение проводили по двум режимам. Первый режим — нагружение до определенного уровня нагрузки, разгрузка, нагружение с противоположным первоначальному направлению знаком до Toro же уровня нагрузки, Затем процедура повторя3756803 лась, Уровень, до которого проводили нагружение, s каждом последующем цикле возрастал. Получают ПМГ, симметричные . по амплитуде нагрузки, Второй режим — нагружение до опре- 5 деленного уровня нагрузки, фиксация достигнутой величины деформации, соответствующей этому уровню нагрузки, далее разгружение и нагрузка с противоположным знаком до достижения величины де- 10 формации, равной по модулю деформации, зафиксированной при прямом (первоначальном) нагружении. В последующих петлях максимальная нагрузка петли (деформация) ступенчато возрастала. Фик- 15 сируют петли, симметрйчные по деформации.

Из полученных по указанным режимам серии ПМГ определяют границы упругого гистерезиса и величины их характеристйк, 20

Характеристики нижней (н) и верхней (в) границ упругого гистерезиса образцов сплава БрА5 после деформации и отжига при различных температурах представлены в таблице. (ги у- соответственно напряже- 25 ние и деформация, полученные по известному способу(первый режим, беэ учета зффек* та Баушингера), r и — напряжение и деформация, измеренные по предлагаемому способу).

Таким образом получают существенно отличные значения характеристик верхней границы упругого гистерезиса (r>* > r>.

) 8 >,) после различных режимов термической обработки образцов.

Формула изобретения

Способ определения верхней границы упругого гистерезиса материала, заключающийся в том, что образец нагружают циклически с возрастающей амплитудой энакопеременными усилиями, onределяют семейство полных петель механического гистереэиса циклов и по моменту раскрытия полной петли гистерезиса судят а верхней границе ynpyrot o гистерезиса, о т л и ч а юшийся тем. чтб, с целью повышения точности путем учета эффекта Баушингера, нагружение осуществляют таким образом, что противоположные по знаку амплитуды деформаций для каждого цикла равны по абсол ютной величине.

175 б803

Составитель A. Чуканоа

Редактор Н, Тупица Техред М.Моргентал Корректор . О. Кравцова

Заказ 30S4 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открцтилм при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101