Способ определения вязкости разрушения материала

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения вязкости материала. Цель изобретения - упрощение метода и повышение точности. Способ определения вязкости разрушения материала заключается в том, что при нагружении образца с надрезом и с наведенной из вершины надреза усталостной трещиной регистрируют диаграмму нагрузка F - перемещение f точки приложения силы, нагружение осуществляют до страгивания трещины и распространения ее, определяют момент страгивания трещины и величину соответствующего этому моменту параметра перемещения и с его учетом определяют вязкость разрушения, строят диаграмму коэффициент сопротивления перемещению η - перемещение f, где h=(tgα_f/(tgα₀), α₀ - угол наклона линии упругого нагружения, α_f - угол наклона касательной к диаграмме разрушения при соответствующем перемещении, по которой за величину параметра перемещения f, соответствующего моменту страгивания трещины принимают координату точки перегиба кривой на стадиях затупления и распространения трещины. 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения вязкости разрушения материала.

Известен способ определения вязкости разрушения материала при испытании одного образца, позволяющий непосредственно по диаграмме нагрузка - перемещение точки приложения нагрузки при однократном нагружении определить момент старта трещины и заключающийся в том, что с целью определения момента страгивания трещины при статическом нагружении образца с надрезом и с наведенной из вершины надреза усталостной трещиной регистрируют диаграмму нагрузка F - перемещение f точки приложения силы и нагружение осуществляют до страгивания и распространения трещины. Перестраивают диаграмму F(f) в системе координат lgF-lgf, по точкам перестроения линеаризуют участки упругого и упругопластического нагружения, точка пересечения двух прямых принимается за момент старта трещины.

Недостатком способа является снижение точности результатов эксперимента, если момент старта трещины близок к максимальной нагрузке, что затрудняет в логарифмических координатах построение второго линеаризированного участка кривой разрушения. Кроме того, реально здесь должно быть три различных зависимости, отражающие соответственно три стадии сопротивления деформированию и разрушению: упругого нагружения, упруго-пластического деформирования и, наконец, роста трещины, что данный способ не отражает.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения вязкости разрушения материалов, заключающийся в том, что образец с надрезом и с наведенной из вершины надреза усталостной трещиной статически нагружают и регистрируют диаграмму нагрузка F - параметр перемещения f точки приложения нагрузки или смещение V берегов надреза. Одновременно измеряют и перемещение f, и перемещение V и устанавливают зависимость V(f) между ними. На графической зависимости V(f) находят точку А перегиба и одну из координат принимают за параметр перемещения, по которой определяют значение F_кр, соответствующей моменту страгивания трещины, и с учетом его определяют трещиностойкость материала.

Недостатком способа является усложнение эксперимента, связанное с необходимостью одновременной регистрации двух параметров перемещения, что требует дополнительного усовершенствования современных серийных испытательных машин. Кроме того, как и в первом случае, на диаграмме оказывается размытым момент смены упругопластического деформирования, связанный с затуплением трещины, что снижает точность эксперимента.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение метода.

Определение вязкости разрушения по предлагаемому способу позволяет выявить стадии, соответствующие упругому нагружению, упругопластическому раскрытию трещины и стабильного роста трещины, с высокой точностью определить границу между стадией упругопластического деформирования в вершине трещины и стадией роста трещин. В эксперименте достаточно регистрировать один параметр перемещения, что позволяет проводить эксперимент на серийных испытательных машинах.

На фиг. 1 изображена схема нагружения; на фиг. 2 - соответствующие диаграммы нагрузка F - перемещение f точки приложения нагрузки (фиг. 2а) и коэффициент сопротивления перемещению η- перемещение f (фиг. 2б).

Способ осуществляют следующим образом. Образец 1 с надрезом 2 и с наведенной из вершины надреза 2 усталостной трещины 3 нагружают и регистрируют диаграмму нагрузка F - перемещение f точки приложения нагрузки (см. фиг. 2а). Нагружение осуществляют до страгивания трещины. Момент страгивания трещины и величину соответствующего этому моменту параметра перемещения определяют следующим образом. Строят график η(f), для чего каждой величине прогиба f определяется соответствующая величина η, выявляют участки упруго пластического сопротивления деформированию и раскрытию вершины трещины и роста трещины, на графической зависимости находят точку перегиба и величину перемещения принимают за параметр разрушения. По величине параметра перемещения определяют значение F_А, соответствующее моменту старта трещины, и с его учетом определяют вязкость разрушения материала.

П р и м е р. Призматический образец с сечением 15х15х75 мм изготавливали из титанового сплава ПТ-3В в состоянии поставки из листа толщиной 15 мм. В образце изготавливали V-образный концентратор глубиной 3 мм и углом при вершине концентратора 60^о, радиусом при вершине 0,1 мм. Затем проводили испытание образца при статическом нагружении. Нагружение осуществляли на испытательной установке УМЭ-10ТМ на трехточечный изгиб со скоростью перемещения подвижного захвата 5 мм/мин. В процессе нагружения осуществляли запись диаграмм разрушения F-f. Точность измерения перемещений составляла 0,002 мм, нагрузки - 100 Н.

Обрабатывали результаты эксперимента. Строили график η(f) (см. фиг. 2б). Для этого на диаграмме растяжения продолжали линию упругого нагружения до точки С (отрезок ОС), проводили линию СД. Затем через равные промежутки f на диаграмме деформирования отмечали до F= F_max около 10 участков и в каждом проводили касательную к кривой разрушения. На фиг. 2б показана касательная ВЕ в точке В под углом α_f. Из начала координат проводили прямую ОК, параллельную ВЕ и определяли отношение длин отрезков КD и СD ( η= КD/CD). По значению ηи f находили точку В на кривой η(f). В результате построения получена линия ОАВ, позволяющая четко выделить три участка, соответствующие упругому нагружению (ОL), раскрытию трещины (LA) и распространению трещины (АМ). Координата f_А принималась за параметр старта трещины, а F_А - сила, соответствующая моменту старта трещины.

Предлагаемый способ обеспечивает повышение точности, значительно снижает трудоемкость определения момента страгивания трещины, позволяет выявить границу между раскрытием трещины и ростом трещины. (56) Фадеев Ю. И. , Журавлев Ф. М. и др. Упрощенный метод определения I-интеграла. Заводская лаборатория, 1983, 6, с. 75-78.

Авторское свидетельство СССР N 1359706, кл. G 01 N 3/00, 1987.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛА, по которому регистрируют диаграмму нагрузка F - перемещение f точки приложения силы при нагружении образца с надрезом и с наведенной из вершины надреза усталостной трещиной и регистрируют вторую диаграмму перемещения f точки приложения нагрузки - дополнительный параметр перемещения, нагружение осуществляют до распространения трещины, по точке перегиба на второй диаграмме определяют перемещение f₀ в момент страгивания трещины, а затем на первой диаграмме - усилие F_крит при страгивании трещины и с его учетом вязкость разрушения материала, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения его точности, в качестве дополнительного параметра перемещения используют коэффициент η сопротивлению перемещения, определяемый из соотношения η= α_f}overα_o} , где α_o - угол наклона на первой диаграмме линии упругого напряжения; α_f - угол наклона на первой диаграмме касательной на участке, где имеет место распространение трещины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2