Способ определения эквивалентного коэффициента интенсивности напряжений металлических конструкций
Изобретение касается испытаний и относится к способам усталостных испытаний при сложном напряженном состоянии. Цель изобретения - повышение достоверности за счет исключения погрешностей, связанных с остаточными деформациями в вершине трещины. Металлическую конструкцию циклически нагружают и определяют деформацию в направлении развития трещины. Измеряют сигнал акустической эмиссии, по которому определяют момент раскрытия трещины. Эквивалентный коэффициент интенсивности напряжений определяют по величине максимальной главной деформации в момент раскрытия трещины. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
СЭОЭ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ÄÄSUÄÄ 1612238 (g))g С 01 М 3!32
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУ4АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГННТ СССР (2 1 ) 4298859 7 25-28 (22) 24.08.87 (46) 07.12.90. Бюл. М - 45 (71) Гасударственный научно-исследовательский институт гражданской ави-, ации (72) Д. А. Троенкин и А. А. 1 1анявекий (53) 620. 178(088.8) (56) James M. N., Nott J. F. Near
threshold fatigue crack clousure arid
grouth in air and vacuum. — Scripta
Metallurgica, 1985, Ф 2, р. 189-194. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ИНТЕНСИВНОСТИ НАПРЯЖЕНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ (57) Изобретение касается испытаний
Изобретение касается и относится к способам усталостных испытаний при сложном напряженном состоянии.
Цель изобретения — повышение достоверности за счет исключения погрешностей, связанных с остаточными деформациями в вершине трещины.
На фиг. 1 изображена деталь s ви» де проушины, в которой распространяется внутренняя повЕрхностная усталостная трещина; на фиг. 2 — график изменения суммарного счета акустической эмиссии в зависимости от дефор- мации во времени; на фиг. 3 — график. изменения К по длине трещины вдоль малой оси полуэллипса.
Устройство для реализации способа представляет собой нагружатель цикли=р ческой нагРУзкой» снабженный датчика2 и относится к способам усталостных
:испытаний при сложном напряженном со° .стоянии. Цель изобретения — повышение достоверности за счет исключения погрешностей, связанных с остаточными, деформациями в вершине трещины. Ие» . таллическую конструкцию циклически нагружают и определяют деформацию в направлении развития трещины. Измеряют сигнал акустической эмиссии, по которому определяют момент раскрытия трещины. Эквивалентный коэффициент интенсивности напряжений определяют по величине максимальной главной деформации в момент раскрытия трещины.
1 з.п. ф-лы, 3 ил. ми деформации и регистратором сигнала акустической эмиссии {АЭ).
Способ осуществляют следующим образом.
Конструкцию нагружают циклически, измеряют в процессе нагружения длину трещины и деформацию в направлении развития трещины, регистрируют сигнал АЭ.
В способе определения эквивалентного коэффициента интенсивности на пряжений (КИН, заключающемся в измерении раскрытия усталостной трещины под нагрузкой детали, перед нагружением устанавливают на деталь тензодат= чики, с помощью которых определяют максимальный уровень относительной деформации в процессе увеличения напряжений, в том числе за счет создания внутреннего давления, о моменте
1612238 начала раскрытия трещины судят по величине регистрируемых сигналов АЭ, при регистрации которых измеряют величину относительной деформации, фиксируют длину трещины, а о величине
5 эквивалентного КИН судят по соотношениюе
К = (2Е- .) («а) й(а), 10 где Е а — модуль упругости, — длина трещины;
P - измеренная относительная деформация при раскрытии трещины в начале перемещения ее берегов; (а) — функция, учитывающая геометрию объекта исследования и длину трещины.
Размещение тензодатчиков на поверхности детали позволяет измерить наибольшую по величине деформацию в.
Направлении, в котором действует эквивалентное напряжение, при котором распространяется трещина. Использование в качестве характеристики начала .раскрытия берегов усталостной трещины регистрируемых сигналов АЭ позволяет определять начало перемещения берегов 30 усталостной трещины для деталей про-. .::звольной формы, размера, причем с высокой точностью, поскольку, как по-
)<азали эксперименты, момент достижения критического состояния и переход 35 раскрытию трещины отвечает моменту ачала регистрации сигналов акустичес осой. эмиссии. Фиксирование длины трены необходимо для последующего опеделения уровня эквивалентного коэф- 40 фициента интенсивности напряжений.
Для сквозных трещин могут быть проведены прямые измерения длины трещины по
Поверхности детали, если она представ= хает собой пластину - плоская поверх- 45
Ность. Однако для криволинейной
Поверхности, а особенно для внутренНих трещин в сосудах под давлением, такие измерения либо не корректны, либо вовсе невозможны. Поэтому одним из вариантов фиксирования длины трещины может быть режим маркерного нагружения путем изменения уровня эквивалентного напряжения с последующим переходом на рабочий режим нагружения к онструкции в целом.
Пример. Проушину 1 из алюминиевого сплава АК6 нагружают цикличес1 ки через болт с помощью тяги. Диаметр о болта 20 мм. В срединной части по поверхности отверстия 2 проушины 1 наносят концентратор 3 полуэллиптической формы длиной 5 мм и глубиной 1 мм.
От него в процессе испытаний распространяется усталостная трещина 4, которая не выходит на наружную поверхность детали I.
На наружной поверхности в зоне проушины 1 наклеивают 45-градусные розетки из тензодатчиков (не показаны), .с пбмощью которых определяют максимальную относительную деформацию растяжения K . .После проведения циклического нагружения через рычаг с помощью тяги и выращивания в проушине 1 усталостной трещины 4 прекращают циклическое нагружение, устанавливают датчики резонансного типа (не показаны) с помощью которых регистрируют акустическую эмиссию. Подвергают проушину
1 растяжению, проводят запись регист= рируемых сигналов акустической эмиссии, деформации проушины 1 и в момент начала регистрации сигналов акустической эмиссии измеряют величину относительной деформации .., что соответствует достижению напряжения раскрытия берегов усталостной трещины.
После этого проводят циклическое нагружение проушины 1 при уровне растягивающей нагрузки, составляющей 0,7 от основной, определяющей рост трещины 4, в течение 250 циклов для фиксирования длины трещины 4.
Далее переходят к основному уровню нагрузки, при которой нагружают про-. ушину 1 в течение 1000 циклов. После этого повторяют все указанные операции и измеряют величину относительной деформации. Фиксирование дпины трещины осуществляют на уменьшенном уровне нагрузки 0,7 от основной в течение
200 циклов.
В результате проведения испытаний получают пять значений относительной деформации в различные зафиксированные в опыте моменты раскрытия трещины 4 при регистрации резкого увеличения сигналов акустической эмиссии.
После долома проушины 1 на поверхности излома по зафиксированным положениям фронта трещины 4 измеряют длину последней, после чего определяют величину эквивалентного коэффициента интенсивности напряжений по соотноше4 нию: Кэ= 1,2 (Е с 2)(В а) . Ре5 16 I 2238
6 зультаты определения К по длине тре- повышения достоверности за счет исэ щины представлены на фиг. 3. ключения погрешностей, связанных с осФ о р м у л а и з î б р е т е н и я таточными деформациями в вершине тре-
1, Способ определения эквивалент- щины, о коэффициенте интенсивности ного коэффициента интенсивности на- напряжений в направлении развития пряжений металлических конструкций, трещины судят по величине максимальзаключающийся в том, что конструкцию ной главной деформации в момент расс дефектом в виде трещины циклически крытия трещины, нагружают и определяют коэффициент. IO 2. Способ по п. 1, о т л и ч аинтенсивности напряжений в направлю ю шийся тем, что в области разини развития трещины, по ко орому су вития трещины в конструкции регистри- . дят об эквивалентном коэффициенте ин- руют акустическую эмиссию, по парамет» тенсивности напряжений, о т л и - . рам которой определяют момент раскрыч а ю шийся тем, что, с целью l> тия трещины.
Фиг. 1
07/28/87 13:24: И о
Е- so
ЯО
140
8800 8, с бб00
Pua.l
2200
1б12238
Юу Ore&
12
Составитель Д. Поспелов
PeltlaKTOP H. ЯЦОЛа ТЕХРЕЛ Я.еерлюкова КОРРЕКТОР T. КОЛб
Заказ 3828 Тираж 498 Подписное.
ВНЙИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, .Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
