Способ усталостных испытаний материала конструкции при случайном эксплуатационном нагружении

 

Изобретение относится к способам механических испытаний, а именно усталостных ресурсных испытаний при случайном нагружении. Цель изобретения - повышение точности испытания конструкций из полимерных композиционных материалов за счет обеспечения одинакового изменения физико-механических характеристик материала конструкции в условиях эксплуатации и испытания. Определяют уровень эквивалентного гармонического нагружения на каждом этапе эксплуатации конструкции. Определяют разностную температуру разогрева конструкции и подбирают на каждом этапе такую частоту, чтобы в образце реализовалась такая же температура разогрева. Об уровне поврежденности конструкции судят по зависимости остаточной прочности образцов, отнесенной к начальной прочности . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (в>я G 01 N 3/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4902207/28 (22) 14.01.91 (46) 07.07.93, Бюл. М 25 (72) Г.В.Сулаквелидзе (56) Гусев А.С. Сопротивление усталости и, живучесть конструкций при случайных нагрузках. — M. Машиностроение, 1989, с.183 — 195. (54) СПОСОБ УСТАЛОСТН ЫХ ИСПЫТАНИЙ

МАТЕРИАЛА КОНСТРУКЦИИ ПРИ СЛУЧАЙ Н ОМ Э КСПЛУАТАЦИ ОН НОМ НАГРУЖЕНИИ (57) Изобретение относится к способам механических испытаний, а именно усталостных ресурсных испытаний при случайном нагружении. Цель изобретения — повышеИзобретение относится к способам механических испытаний. а именно к способам усталостных ресурсных циклических испытаний при случайном нагружении.

Цель изобретения — повышение точности испытаний конструкций иэ полимерных композиционных материалов за счет обеспечения одинакового изменения физикомеханических характеристик материала конструкции в условиях эксплуатации и испытаний.

Для этого обеспечивается одинаковый температурный режим в месте максимальной скорости накопления поврежденности конструкции в условиях эксплуатации и испытания. для чего определяют эквивалентную частоту иэ условия одинаковой скорости разогрева на каждом уровне нагружения.. Ж» 1826027 А1 ние точности испытания конструкций из полимерных композиционных материалов за счет обеспечения одинакового измене- „

0 . ния физико-механических характеристИк материала конструкции в условиях эксплуатации и испытания. Определяют уровень эквивалентного гармонического нагружения на каждом этапе эксплуатации конструкции.

Определяют разностную температуру разогрева конструкции и подбирают на каждом этапе такую частоту, чтобы в образце реализовалась такая же температура разогрева, Об уровне поврежденности конструкции судят по зависимости остаточной прочности образцов, отнесенной к начальной прочноCTM. 3 MR.

В заявленном техническом решении положительный эффект. достигается за счет того, что на каждой ступени нагружения . определяют частоту, при которой равновесная температура равна равновесной температуре на соответствующем этапе случайного эксплуатационного нагружения.

На фиг. 1 показан закон нагружения в условиях эксплуатации; на фиг. 2 — закон изменения температуры; на фиг, 3 — эквивалентный режим нагружения.

Устройство для реализации способа представляет собой стандартную установку для нагружения образцов или элементов конструкций циклической нагрузкой при различных значениях частоты и уровня нагрузки. Поскольку такие установки широко известны, схема устройства для реализации способа на чертежах не показана.

1826027

Способ реализуется следующим способом.

Конструкцию нагружают циклически s условиях эксплуатации, определяют параметры зависимости напряжения от времени 5 и равновесную температуру, соответствующую каждому этапу циклического нагружения. Затем объекты испытания (например, образцы или модели конструкции) нагружа.ют на эквивалентном уровне нагрузки, кото- 10 рый определяют известным методом (А.C.Ãóñåâ. Сопротивление, усталости и живучесть конструкции при случайных нагрузках, М., Машиностроение, 1989, с. 183-195) на,. каждом этапе эксплуатационного случайно- 15

ro нагружения, При этом изменяя частоту нагружения, при каждом уровне нагружения определяют зависимость равновесной температуры объекта испытания, например образца, от час- 20 тоты нагружения. Данную зависимость определяют следующим образом. Первую партию образцов нагружают на первом эквиалентном уровне -О1 напряжения при различных частотах и определяют частоту в1 нагружения первого блока, при котором равновесная температура разогрева образца совпадает с температурой Т1 на первом этапе эксплуатации,,в месте наибольшей скорости накопления поврежденности, После этого вторую партию образов нагружают при уровне напряжений о1 и частоте ин в течение числа циклов, соответствующего первому этапу эксплуатациононого нагружения, при этом образцы второй партии приобрели поврежденность такую же, как конструкция после первого этапа нагруже- ния. Поскольку разогрев конструкции зависит от ее поврежденности, изменяющей условия диссипации энергии в материале, 40 определять зависимость равновесной температуры от частоты на втором этапе необходимо с помощью образцов, имеющих такую же поврежденность, как конструкция после первого этапа эксплуатационного на- 45 гружения. После того, -как образцы второй партии нагружают при уровне напряжений о2 при различных частотах, определяют частоту и>р,при которой равновесная температура образца соответствует равновесной 50 температуре второго этапа эксплуатации конструкции, Образцы третьей партии нагружают последовательно на уровне о1 с частотой в1 и на уровне о с частотой са в течение чисел циклов N> и М2,соответствую- 55 щих длительностям нагружейий на первом и втором этапах эксплуатационного нагружения. Данная процедура повторяется столько раз, сколько этапов содержит эксплуатационное нагружение, В результате такого нагружения определяют характеристику поврежденности, например остаточную прочность, в зависимости от наработки.

Для этого часть образцов каждой партии перед началом нагружений соответствующего этапа нарушают и дополнительную партию разрушают после нагружения. В результате получают значения остаточной прочности от нагружения в момент, соответствующие переходу нагружения от этапа к этапу, а также — началу и концу эксплуатационного нагружения, что позволяет определить зависимость остаточного ресурса эксплуатационной конструкции. Для получения более частой сетки значений наработки, можно дополнительно испытывать образцы по полученной программе нагружения и разрушать их с определением остаточной прочности в требуемые моменты времени.

Пример раелизации способа, Определялся ресурс стеклопластиковых труб диаметром 240 мм при действии осевой пульсирующей нагрузки. Случайная нагрузка состояла из трех этапов, эквивалентные уровни которых соответствовали 1,1;

1,2 и 1,4 от предела выносливости на базе 2 млн. циклов. Прирост температуры при испытании труб в условиях окружающей комнатной температуры составил соответственно 8

К, 18 К и 46 К, Испытание трех партий образцов из материала оболочек (ППН, связующие ЭДТ-10) позволило определить эквивалентные частоты 6 Гц, 7 Гц и 4 Гц соответственно. Длительности нагружения составляли соответственно 20 тыс., 20 тыс. и 10 тыс, циклов. В результате получили зависимость остаточной прочности, отнесенной к начальной прочности: после первого этапа 0.95: после второго этапа 0,92, после третьего этапа 0,82. В результате нагружения партии труб эксплуатационной нагрузкой (часть иэ этой партии разрушили осевой силой до начала циклического нагружения, в часть — после) получили остаточную прочность 0,805 +- 0,025. Если нагружать партию образцов при одной средней частоте 6 Гц, то остаточная прочность, отнесенная к начальной, составила 0.76 вследствие сильного ,разогрева на последнем этапе (93 К).

Таким образом, погрешность в определении повреждейности. согласно заявленному способу, составляет величину порядка

8 j((0,015/0,195), а при испытании согласно прототипу погрешность составляет 187О (0,035/0,-195), т.е, заявленный способ позволяет повышать точность определения остаточного ресурса конструкции.

182 б027

Тр

7i т, т, Формула изобретения

Способ усталостных испытаний материала конструкции при случайном эксплуатационном нагружении, заключающийся в том, что определяют уровни гармонического нагружения и эквивалентные нагружения на различных этапах эксплуатационного нагружения конструкции, циклически нагружают образцы из материала конструкции в месте наибольшей скорости накопления повреждений последовательно при указанных уровнях и определяют ресурс конструкции по накоплению поврежденности в образцах, о т л и ч в ю шийся тем, что, с целью повышения точности испытаний конструкции из полимерных композиционных материалов за счет обеспечения одинакового изменения физико-механических характеристик материала в условиях эксплуатации и испытания. определяют равновесную тем5 пературу каждого этапа в месте наибольшей скорости накопления поврежденности конструкции, нагружение образцов при каждом уровне напряжения осуществляют с частотой, при которой равновесная температура

10 образца совпадает с равновесной температурой соответствующего этапа эксплуатационного нагружения конструкции, а о накоплении поврежденности в образцах судят по изменению по времени их остаточной

15 прочности, отнесенной к начальной прочности, 1826027

Составитель Г. Сулаквелидзе

Редактор С. Рожкова . Техред М.Моргентал Корректор И. Шмакова

Заказ 2317 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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