RU1796986C - Method for determining fatigue failure of material - Google Patents

Method for determining fatigue failure of material

Info

Publication number
RU1796986C
RU1796986C SU904875637A SU4875637A RU1796986C RU 1796986 C RU1796986 C RU 1796986C SU 904875637 A SU904875637 A SU 904875637A SU 4875637 A SU4875637 A SU 4875637A RU 1796986 C RU1796986 C RU 1796986C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cycle
damage
deformation
change
stress
Prior art date
Application number
SU904875637A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Гурам Викторович Сулаквелидзе
Original Assignee
Военная академия им.Ф.Э.Дзержинского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военная академия им.Ф.Э.Дзержинского filed Critical Военная академия им.Ф.Э.Дзержинского
Priority to SU904875637A priority Critical patent/RU1796986C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1796986C publication Critical patent/RU1796986C/en

Links

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к механическим испытани м, к способам усталостных испытаний. Цель изобретени - повышение достоверности определени  поврёжденноети путем исключени  погрешностей, св занных с вли нием обратимых изменений структуры материала и изменений, обусловленных фактором тренировки при циклическом нагружении. Образец материала циклически нагружают и определ ют сдвиг по фазе между отнулевым циклом напр жени  и циклом деформации, среднюю и минимальную деформации, по которым определ ют в качестве характеристики поврежденности изменение жесткостной ха- :рактеристики материала.3 ил.The invention relates to mechanical tests, fatigue testing methods. The purpose of the invention is to increase the reliability of determining damage by eliminating errors associated with the influence of reversible changes in the structure of the material and changes due to the training factor under cyclic loading. The material sample is cyclically loaded and the phase shift between the zero stress cycle and the deformation cycle, the average and minimum deformations, by which the change in the stiffness characteristics of the material are determined as characteristics of damage: 3 ill.

Description

Изобретение относитс  к механическим испытани м, к способам усталостных испытаний . Y . .. :. . ;„.- ;-;- :,The invention relates to mechanical tests, fatigue testing methods. Y ..:. . ; „.-; -; -:,

Известны способы усталостных испытаний , при которых партию образцов материала циклически нагружают и определ ют степень поврежденности материалагке к: функцию наработки по остаточной статйчег ской прочности образцов.ШFatigue testing methods are known in which a batch of material samples is cyclically loaded and the degree of damage to the material k is determined: the time function according to the residual static strength of the samples.

Недостатком таких способов  вл етс  то, что они требуют разрушени  объектов испытани . В результате такие способы не позвол ют получить индивидуальные зависимости накоплени  поврежденности, по,-: скольку при каждой величине наработки необходимо разрушить соответствующий образец, что не допускает его повторного использовани ,/ ;The disadvantage of such methods is that they require the destruction of test objects. As a result, such methods do not allow one to obtain individual dependences of damage accumulation, by, -: since at each operating time it is necessary to destroy the corresponding sample, which prevents its reuse, /;

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ усталостных испытаний, при котором о накоплении усталостной поврежденности суд т по снижению формы циклаClosest to the proposed is the fatigue test method, in which the accumulation of fatigue damage is judged by reducing the shape of the cycle

одной из характеристик напр женнодефор- мированного состо ни . Дл  этого образец нагружают в м гком режиме, поддержива  посто нной амплитуду напр жени , определ ют спектральные характеристики цикла деформации и суд т о накоплении усталостной поврежденности по сдвигам фаз гармонии центра цикла деформации относительно гармонии цикла напр жени .one of the characteristics of a stress-strain state. For this, the sample is loaded in a soft mode, maintaining a constant amplitude of the stress, the spectral characteristics of the deformation cycle are determined, and fatigue damage is accumulated from phase shifts of the harmony of the center of the deformation cycle relative to the harmony of the stress cycle.

Недостатком прототипа  вл етс  то, что с его помощью крайне трудно провести селекцию изменений физико-механических характеристик материала, поскольку все изменени  трактуютс  как повреждени . В то ; же врем  при нагружении образцов из композиционных материалов имеет место как изменение свойств,  вл ющеес  следствием развити  повреждений - растрескиваний , расслоений, проскальзываний слоев и т.д., так и  вл ющеес  следствием тренировки материала.The disadvantage of the prototype is that it is extremely difficult to select changes in the physical and mechanical characteristics of the material with it, since all changes are interpreted as damage. At that; At the same time, when loading samples from composite materials, there is both a change in properties, which is a consequence of the development of damage - cracking, delamination, slippage of layers, etc., and is a consequence of the training of the material.

елate

сwith

XI О CN Ю 00XI O CN YU 00

Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности путем исключени  погрешностей , св занных с вли нием обратимых изменений структуры материала, и изменений, обусловленных фактором тренировки .The aim of the invention is to increase reliability by eliminating errors due to the influence of reversible changes in the structure of the material and changes due to the training factor.

На фиг. 1-3 представлены характерные зависимости от времени: на фиг. 1 - напр жени , на фиг, 2 - деформации, на фиг. 3 - модули упругости материала.In FIG. 1-3 show typical time dependences: in FIG. 1 - stresses; FIG. 2 - strains; FIG. 3 - moduli of elasticity of the material.

Устройство дл  реализации способа представл ет собой испытательную машину , позвол ющую циклически нагружать образцы в м гком режиме, снабженную средствами регистрации параметров цикла деформации и напр жени  и сдвиг фаз между ними.The device for implementing the method is a testing machine that allows cyclic loading of samples in soft mode, equipped with means for recording the parameters of the deformation cycle and stress and phase shift between them.

Способ реализуетс  следующим образом .The method is implemented as follows.

Образец устанавливают в испытательную машину и нагружают в м гком режиме пульсирующей циклической нагрузкой. Максимальное напр жение в цикле оь, тогда напр жение отмен етс  по закону.The sample is installed in a testing machine and loaded in a soft mode with a pulsating cyclic load. The maximum voltage in the cycle o, then the voltage is canceled according to the law.

. a(t) Ob(1 -cos cot),. a (t) Ob (1 -cos cot),

0)0)

n(t) П0еn (t) П0е

-t/te-t / te

(4)(4)

где По - константа, t0 - врем  релаксации. В 5 этом случае пр мой подстановкой (1) и (4) в (3) легко получить закон изменени  деформацииwhere Po is a constant, t0 is the relaxation time. In this case, 5, by direct substitution of (1) and (4) in (3), it is easy to obtain the law of strain

1010

е (t) Сер - а соф; t - $.e (t) Ser - a soph; t - $.

(5)(5)

где Еср - средн   деформаци : а - амплитуда деформации: V - сдвиг фаз.where Esr is the average strain: a is the strain amplitude: V is the phase shift.

При выполнении условий a) to 1 и легко получить соотношени Under conditions a) to 1 and it is easy to obtain the relations

ЈсрЈav

.5а+ Ob По t0, .5a + Ob over t0,

2 ПоОЬ 2 SHOW

О toAbout to

tg ip (a to.tg ip (a to.

(6)(6)

с учетом которых получаем соотношение (2), в котором деформационный параметр материалаtaking into account which we obtain relation (2), in which the deformation parameter of the material

..

где ш- крива  частоты нагружени ;where w is the load frequency curve;

t- врем .t-time

Определ ют зависимость от времени амплитуды деформации а, средней деформации ЈСр и сдвига фаз t/ запаздывани  цикла деформации относительно цикла напр жени . В качестве характеристики поврежден ности определ ют изменение величины А, определ емой из соотношени The time dependence of the strain amplitude a, the average strain ЈCp and the phase shift t / of the delay of the deformation cycle relative to the stress cycle is determined. As a characteristic of damage, determine the change in the value of A, determined from the ratio

Сер-4- tg2V (2) Ser-4- tg2V (2)

Изменение А, как показали пр мые эксперименты , характеризует изменение обратной жесткости. Дл  теоретического обосновани  соотношени  (2) приведем следующие выкладки. Пусть напр жение в материале , про вл ющем в зкоупругие свойства, измен етс  по закону (1). Примем закон св зи напр жений с деформацией в формеChange A, as shown by direct experiments, characterizes a change in inverse stiffness. To theoretically substantiate relation (2), we give the following calculations. Let the stress in a material exhibiting viscoelastic properties change according to the law (1). We accept the law of the relation of stresses to strain in the form

E(t)(t-r)cr(T)dr, (3)E (t) (t-r) cr (T) dr, (3)

с оwith about

где П(т) -  дро ползучести.where ((t) is the creep core.

В качестве  дра релаксации дл  композиционного полимерного материала широкое распространение получили экспоненциальные функции, поэтому примем  дро в видеAs a relaxation core for a composite polymer material, exponential functions are widespread, therefore, we take the core in the form

Поскольку изменение Я св зано с измене- нием Е, А может служить мерой поврежден ности. На фиг. 3 участок I соответствует тренировке материала - на нем поврежден- ность не возрастает, хот  характеристики формы цикла деформации мен ютс . На участке II происходит устойчивое накопление поврежденное™ - плавно уменьшаетс . На участке 111 жесткость резко снижаетс , что свидетельствует о возникновении макродефектов. Таким образом, за вленный способ позвол ет повысить достоверность результата за счет того, что в отличие от прототипа позвол ет определить границу между участками I и II и судить о поврежден ности материала по характеристике , учитывающей различие причин, привод щих к искажению формы цикла деформации.Since the change in I is connected with the change in E, A can serve as a measure of damage. In FIG. 3, section I corresponds to the training of the material - on it the damage does not increase, although the characteristics of the shape of the deformation cycle vary. In section II, a stable accumulation of damaged ™ occurs - gradually decreases. In section 111, the stiffness decreases sharply, indicating the occurrence of macrodefects. Thus, the inventive method allows to increase the reliability of the result due to the fact that, unlike the prototype, it allows to determine the boundary between sections I and II and to judge the damage of the material according to a characteristic that takes into account the difference in causes that distort the shape of the deformation cycle.

Циклическому нагружению подвергались образцы стеклопластика (ППН + ЭДТ - 10), врем  to e 7с, с частотой 10 Гц на базе пор дка 100 тыс. циклов при 300°С. На участке I жесткость образцов повысилась пример- но на 8-10%. Часть образцов была разрушена предварительно, часть - после наработки пор дка 1000 циклов, что соответствовало участку I. Остаточна  прочность образцов, подвергнутых такому циклическому нагружению - тренировке , повысилась на 5-7%, т.е. говорить оFiberglass samples (PPN + EDT - 10) were subjected to cyclic loading, the time was up to 7 s, with a frequency of 10 Hz based on the order of 100 thousand cycles at 300 ° С. In section I, the stiffness of the samples increased by approximately 8–10%. Some of the samples were preliminarily destroyed, some after the operating time of the order of 1000 cycles, which corresponded to section I. The residual strength of the samples subjected to such cyclic loading - training, increased by 5-7%, i.e. talk about

повышении его поврежденное™ нет оснований , смещение циклов деформации относительно напр жени  имело место. При прерывании циклического нагружени  на участке II, где параметр А увеличилс  примерно на 4% (т.е. модуль Е уменьшаетс  примерно на 4%), остаточна  прочность образцов оказалась меньше на 4-5%. При прерывании нагружени  на участке IV на шлифах отчетливо были видны макродефекты в виде расслоений, раковин или макротрещин .there is no reason to increase its damaged ™, displacement of deformation cycles relative to stress has occurred. When cyclic loading was interrupted in section II, where parameter A increased by about 4% (i.e., module E decreases by about 4%), the residual strength of the samples turned out to be less by 4-5%. When loading was interrupted in section IV, macrodefects in the form of delaminations, shells, or macrocracks were clearly visible on thin sections.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  FORMULA AND SECTION

Способ определени  усталостной по- врежденности материала, заключающийс  в том, что образец материала циклически нагружают при посто нном цикле напр жени , определ ют смещение фаз цикла деформации относительно цикла напр жени , по которому определ ют деформационный параметр материала, а о поврежденное™ суд т по указанному параметру, отличающийс  тем, что, с целью повышени  достоверности путем исключени  погрешностей , св занных с вли нием обратимых изменений структуры материала и изменений , обусловленных фактором трениров4Й/л /A method for determining material fatigue failure, in which a material sample is cyclically loaded with a constant voltage cycle, determine the phase displacement of the deformation cycle relative to the stress cycle, which determines the deformation parameter of the material, and the damaged ™ is judged by the specified parameter, characterized in that, in order to increase reliability by eliminating errors associated with the influence of reversible changes in the structure of the material and changes due to the training factor 4Y / l /

00

Таким образом, но основе иллюстрирующего способ примера, можно видеть то, что способ позвол ет повысить достоверность результата, так как более обоснованно позвол ет делать вывод о развитии поврежденности или изменении характеристик материала без изменени  поврежден- ности.Thus, but on the basis of an example illustrating the method, it can be seen that the method improves the reliability of the result, since it more reasonably allows us to conclude that damage develops or changes in the characteristics of the material without changing the damage.

Способ можно примен ть при неразрушающем контроле циклически деформируемых конструкций в процессе их эксплуатации без прерывани  эксплуатации.The method can be used for non-destructive testing of cyclically deformable structures during their operation without interruption of operation.

ки при циклическом нагружении, нагруже- ние осуществл ют при отнулевом цикле напр жени  и определ ют минимальную и среднюю деформации в цикле, а деформационный параметр определ ют по следующему соотношению: .During cyclic loading, loading is carried out at a zero stress cycle and the minimum and average deformations in the cycle are determined, and the deformation parameter is determined by the following ratio:.

А Сер -f- tg2 Vгде А-деформационный параметр;A Ser -f- tg2 V where A-deformation parameter;

ЕСР - средн   деформаци  в цикле;ECP - average strain in the cycle;

а - амплитуда деформации;a is the strain amplitude;

ip - смешение фазы цикла деформации относительно цикла напр жени .ip is the mixing of the phase of the deformation cycle relative to the stress cycle.

Фиг. 2.FIG. 2.

Фиг. 3.FIG. 3.

SU904875637A 1990-08-06 1990-08-06 Method for determining fatigue failure of material RU1796986C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904875637A RU1796986C (en) 1990-08-06 1990-08-06 Method for determining fatigue failure of material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904875637A RU1796986C (en) 1990-08-06 1990-08-06 Method for determining fatigue failure of material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1796986C true RU1796986C (en) 1993-02-23

Family

ID=21541358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904875637A RU1796986C (en) 1990-08-06 1990-08-06 Method for determining fatigue failure of material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1796986C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 1499168, кл. G 01 N3/32, 1986. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU1796986C (en) Method for determining fatigue failure of material
Böhme et al. On the influence of fluid inertia in oscillatory rheometry
US4033181A (en) Method for destructionless proofing of viscoelastic products
Sullivan et al. The nonlinear viscoelastic behavior of a carbon‐black‐filled elastomer
Salekeen et al. Fatigue response of thick section fiberglass/epoxy composites
SU1698693A1 (en) Method of determining damages of polymeric materials under cyclically loading
RU1796984C (en) Method for fatigue testing of structure materials
SU1578572A1 (en) Method of determining dynamic mechanical characteristics of materials
RU1816996C (en) Method of fatigue tests of composite materials
SU1033920A1 (en) Material fatigue damage degree determination method
SU1651150A1 (en) Method of estimating metal failure potential in structures
SU1381383A1 (en) Method of acoustoemission testing of material strength
SU1111064A1 (en) Method of determination of material limited endurance range
RU2758100C1 (en) Method for cyclic testing of polymer materials
RU1798680C (en) Method of determination of strength of article
SU991249A1 (en) Material fatigue damage determination method
SU1746210A1 (en) Structure deformation measuring method
SU1422104A1 (en) Method of determining limit of durable strength of rocks
RU1796982C (en) Method for resource fatigue construction testing under random loading
SU497502A1 (en) The method of measuring the strength characteristics of the material
SU1293539A1 (en) Method of testing for stress relaxation
SU1742661A1 (en) Method for determining mechanical parameters of shell
SU659933A1 (en) Method of compression testing of reinforced plastics
RU2002131037A (en) METHOD FOR DETERMINING DAMAGE OF LOADED MATERIAL AND ITS OPERATING RESOURCE
Tortello et al. Nonlinear acoustics measurements of intact and damaged samples: fast and slow dynamics