RU2009463C1

RU2009463C1 - Method for determining failure toughness of material

Info

Publication number: RU2009463C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Водопьянов; А.А. Белов; С.М. Лобанов
Original assignee: Волгоградский Политехнический Институт
Priority date: 1991-05-12
Filing date: 1991-05-12
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method involves steps of loading a notched specimen, plotting the diagram of load F against displacement f of the load point when a crack appears at the top of the notch, increasing further the load until the crack begins to grow, recording the moment of the onset of the crack and the relative displacement parameter, calculating the failure toughness from the results obtained, plotting the diagram of toughness factor η against displacement f where h=(tgα_f/(tgα₀), α₀ is the slope of resilient loading line, α_f is the slope of the tangent to the failure diagram at the corresponding displacement, on the assumption that the moment of the onset of the crack corresponds to the value of displacement f related to the inflection point in the crack blunting and growing stages on the diagram. EFFECT: simplified test procedure, increased measurement results. 2 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения вязкости разрушения материала. The invention relates to a testing technique and can be used to determine the fracture toughness of a material.

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. A known method for determining the fracture toughness of a material during testing of one specimen, which allows directly determining the moment of crack initiation directly from the load diagram — moving the load application point under single loading — consists in the fact that, in order to determine the moment of crack cracking during static loading of the specimen with a notch and induced from the tops of the notch by a fatigue crack record the load diagram F - moving f points of application of force and loading are carried out before stragging and spread injured cracks. The F (f) diagram is rebuilt in the coordinate system logF-logf, the sections of elastic and elastoplastic loading are linearized at the points of reconstruction, the point of intersection of the two lines is taken as the crack start.

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. The disadvantage of this method is to reduce the accuracy of the experimental results if the crack start time is close to the maximum load, which makes it difficult in the logarithmic coordinates to construct a second linearized section of the fracture curve. In addition, there really should be three different dependencies, reflecting respectively the three stages of resistance to deformation and fracture: elastic loading, elasto-plastic deformation and, finally, crack growth, which this method does not reflect.

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.The closest in technical essence to the proposed one is a method for determining the fracture toughness of materials, which consists in the fact that a notched sample and a fatigue crack induced from the top of the notch are statically loaded and the load diagram F is recorded - the displacement parameter f of the load application point or the offset V of the notch edges. At the same time, both the displacement f and the displacement V are measured and the dependence V (f) between them is established. On the graphical dependence V (f), the inflection point A is found and one of the coordinates is taken as the displacement parameter, which determines the value of F _cr corresponding to the moment of crack cracking, and taking into account it determines the crack resistance of the material.

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. The disadvantage of this method is the complexity of the experiment, associated with the need to simultaneously register two movement parameters, which requires additional improvement of modern serial testing machines. In addition, as in the first case, the diagram shows the blurred moment of the change in elastoplastic deformation associated with the blunting of the crack, which reduces the accuracy of the experiment.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение метода. The aim of the invention is to improve the accuracy and simplification of the method.

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. Determination of fracture toughness by the proposed method allows to identify the stages corresponding to elastic loading, elastoplastic opening of the crack and stable crack growth, to determine with high accuracy the boundary between the stage of elastoplastic deformation at the crack tip and the crack growth stage. In the experiment, it is enough to register one displacement parameter, which allows the experiment to be carried out on serial test machines.

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). In FIG. 1 shows a loading diagram; in FIG. 2 - corresponding load diagrams F — displacement f of the load application point (Fig. 2a) and displacement coefficient η — displacement f (Fig. 2b).

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.The method is as follows. Sample 1 with a notch 2 and from a fatigue crack 3 induced from the top of the notch 2, load and record the load diagram F — displacement f of the load application point (see Fig. 2a). Loading is carried out before breaking the crack. The moment of crack cracking and the value of the displacement parameter corresponding to this moment are determined as follows. A graph η (f) is constructed, for which a corresponding value of η is determined for each deflection f, the sections of elastic-plastic resistance to deformation and opening of the crack tip and crack growth are identified, the inflection point is found on the graphical dependence, and the displacement value is taken as the fracture parameter. The magnitude of the displacement parameter determines the value of F _A corresponding to the moment the crack starts, and taking into account it determines the fracture toughness of the material.

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.PRI me R. A prismatic sample with a cross section of 15x15x75 mm was made of titanium alloy PT-3V in the delivery state from a sheet with a thickness of 15 mm. The sample was prepared V-shaped hub depth of 3 mm and a vertex angle ^of hub 60, nose radius of 0.1 mm. Then conducted a test of the sample under static loading. The loading was carried out on the UME-10TM test setup for three-point bending with a moving gripper moving speed of 5 mm / min. During loading, fracture diagrams Ff were recorded. The accuracy of measuring the displacements was 0.002 mm, and the load was 100 N.

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.Processed the results of the experiment. We plotted η (f) (see Fig. 2b). To do this, on the tensile diagram, the line of elastic loading was continued to point C (segment of the OS), the line of SD was drawn. Then, at equal intervals f in the deformation diagram, about 10 sections were noted to F = F _max, and in each a tangent to the fracture curve was drawn. In FIG. 2b shows the tangent of BE at point B at an angle α _f . A direct OK line parallel to BE was drawn from the origin, and the ratio of the lengths of the segments KD and CD was determined (η = KD / CD). Using the values of η and f, we found point B on the curve η (f). As a result of the construction, the OAB line was obtained, which makes it possible to clearly distinguish three sections corresponding to elastic loading (OL), crack opening (LA), and crack propagation (AM). The coordinate f _{A was} taken as the crack start parameter, and F _A is the force corresponding to the crack start moment.

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. The proposed method provides improved accuracy, significantly reduces the complexity of determining the moment of crack cracking, allows you to identify the boundary between the opening of the crack and crack growth. (56) Fadeev Yu.I., Zhuravlev F.M. et al. Simplified method for determining the I-integral. Factory Laboratory, 1983, 6, p. 75-78.

Авторское свидетельство СССР N 1359706, кл. G 01 N 3/00, 1987. USSR author's certificate N 1359706, cl. G 01 N 3/00, 1987.

Claims

METHOD FOR DETERMINING MATERIAL DESTRUCTION VISCOSITY by which a load diagram F is recorded — displacement f of the point of application of force when loading a specimen with a notch and a fatigue crack induced from the top of the notch and a second diagram of displacement f of the load point is recorded — an additional displacement parameter, loading is carried out before the crack propagates , the inflection point f ₀ at the moment of crack cracking is determined by the inflection point in the second diagram, and then the force F _crit when stragging tr and, taking into account it, the fracture toughness of the material, characterized in that, in order to simplify the method and increase its accuracy, the coefficient η of the resistance to displacement, determined from
η = α _{f} over} α _o} ,
where α _o is the angle of inclination in the first diagram of the line of elastic stress;
α _f is the angle of inclination in the first tangent diagram in the area where the crack propagation takes place.