RU2020476C1

RU2020476C1 - Способ определения долговечности образцов из композиционных материалов

Info

Publication number: RU2020476C1
Authority: RU
Inventors: П.В. Егоров; В.В. Иванов; Л.А. Колпакова; А.А. Мальшин; В.П. Бервено; А.Г. Пимонов
Original assignee: Егоров Петр Васильевич; Иванов Вадим Васильевич; Колпакова Любовь Александровна; Мальшин Анатолий Александрович; Бервено Виктор Петрович; Пимонов Александр Григорьевич
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1994-09-30

Abstract

Изобретение относится к контролю прочности и долговечности образцов из композиционных материалов по акустической или электромагнитной эмиссии при их разрушении. Целью изобретения является повышение производительности и снижение трудоемкости контроля. Это достигается тем, что для определения кинематических констант прочности и долговечности материала образцы измеряют число импульсов заданной длительности и амплитуды за время с момента разрушения образца до разделения его магистральной трещиной на части при нагружении со скоростью в диапазоне 10³-10⁴ Па/с, что исключает необходимость проведения длительных температурных испытаний. 1 ил.

Description

Изобретение относится к контролю прочности и определению долговечности образцов из композиционных материалов по акустической или электромагнитной эмиссии.

Известен способ прогноза разрушения, включающий регистрацию во времени эмиссионных импульсов, измерение их частот, амплитуды, скорости изменения амплитуды и частоты по времени и определение по одновременному уменьшению обеих скоростей начала разрушения материала [1].

Наиболее близким к изобретению является способ [2] определения долговечности образцов из композиционных материалов, заключающийся в том, что образец нагружают с постоянной скоростью, регистрируют импульсы электромагнитной эмиссии во времени и определяют кинетические константы прочности и долговечности материала образца, по которым определяют долговечность образца по формуле:
τ = τ_oexp

-

, (1) где τ - долговечность материала при заданном уровне действующих напряжений σ.

U_о и γ - кинетические константы прочности и долговечности материала образца.

Недостатком данного способа является необходимость предварительного определения кинетических констант прочности материала U_о, γ путем длительных испытаний образцов при заданных нагрузках и различных температурах.

Цель изобретения - повышение производительности и снижение трудоемкости контроля.

Это достигается тем, что в способе определения долговечности образцов из композиционных материалов, заключающемcя в том, что образец нагружают с постоянной скоростью, регистрируют импульсы электромагнитной эмиссии во времени и определяют кинетические константы прочности и долговечности материала образца, по которым судят о контролируемом параметре, скорость нагружения выбирают в диапазоне 10³-10⁴ Па/с, регистрируют число импульсов электромагнитной эмиссии заданной длительности и амплитуды с момента разрушения образца до разделения его магистральной трещиной на части, а кинетические константы прочности и долговечности материала образца определяют по измеренным параметрам.

На чертеже показана схема установки, реализующей способ.

Испытуемый образец 1 материала нагружается с помощью устройства 2 с постоянной скоростью. С помощью антенны 3, усилителя-дискриминатора 4 регистрируют импульсы электромагнитной эмиссии заданной длительности и амплитуды. С помощью счетчика 5 накапливается число импульсов электромагнитной эмиссии, таймер 6 регистрирует текущее время. Накопленное число импульсов N_i и время t_i процесса накопления импульсов поступают в запоминающее устройство 7, из которого они могут быть выведены на цифропечать или на экран графического дисплея. Температура образца выбирается равной температуре воздуха в момент разрушения.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Композиционные материалы состоят из волокон и связующего материала. Микроразрушение (образование микротрещин) начинается, как правило, на границе волокон и связующего компонента вследствие разрыва адгезионных контактов. В момент разрыва адгезионных связей излучаются импульсы акустической и электромагнитной эмиссии. Длительность импульсов определяется размерами образующих микротрещин. Поэтому, регистрируя импульсы определенной длительности и амплитуды (наиболее крупные дефекты), можно подсчитать полное число микротрещин заданных размеров, накопленных за определенный интервал времени.

В качестве математической модели трещинообразования используются, как правило, уравнение для скорости трещинообразования:

=

exp

-

(2) и условие необратимости накопления микротрещин определенных размеров:

dt = N^* (3) где N^* - максимальная концентрация микротрещин, накопленных за время τ, равное ресурсу долговечности образца материала.

Из данных уравнений при постоянной скорости нагружения, полагая σ =

t, можно получить для связи текущего времени t с числом накопленных импульсов (микротрещин):
t ≈

ln

+ln

+

.

Данное выражение получено из (3) при

exp

≫ 1, которое выполняется для композитов при

> 10³

.

Регистрация числа накапливаемых N_i импульсов за время t_i позволяет определить константы U_o, γ для данного образца путем минимизации следующего выражения:
f =

t_i-

-

ln

__→

, где
α =

-

ln

;
β =

.

₌

_-

₌ ₀;

₌

_-

₌ ₀;
Отсюда, обозначив θ_i= ln

, получают:

Эту систему уравнений можно переписать:
nα+β

=

t

α

θ_i+β

θ

\binom{2}{i}

=

t

Решая эту систему относительно α и β, получим:
β =

=

α =

-

ln

=

Отсюда, находим константы:
γ =

(4)
U_o= kTln

+

(5)
Долговечность образца определяют по формуле (1).

Преимущества описанного способа заключаются в следующем:
регистрируются импульсы заданной длительности. Это дает возможность более надежно и точно определять количество самых крупных микротрещин, поскольку при записи всех поступающих импульсов часть из них (более коротких и более слабых) связана не с микротрещинами, а с формированием линий скольжения дислокаций и с другими причинами;
скорость нагружения выбирают 10³-10⁴ Па/с. Это дает возможность уменьшить трудоемкость измерений, так как позволяет снизить время испытаний и объем обрабатываемой информации;
кинетические константы прочности U_o и γ определяются для нагружаемого образца по числу накопленных импульсов заданной длительности, времени процесса и критическому числу трещин N^* в момент разрушения. Это дает возможность, не снижая точности определения U_o и γ, избежать трудоемких и длительных температурных испытаний прочности композитов в условиях нагружения постоянной нагрузкой.

Claims

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ОБРАЗЦОВ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что образец нагружают с постоянной скоростью, регистрируют импульсы электромагнитной эмиссии во времени и определяют кинетические константы прочности и долговечности материала образца, по которым судят о контролируемом параметре, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения трудоемкости контроля, скорость нагружения выбирают в диапазоне 10³ - 10⁴ Па/с, регистрируют число импульсов электромагнитной эмиссии заданной длительности и амплитуды с момента разрушения образца до разделения его магистральной трещиной на части, а кинетические константы прочности и долговечности материала образца определяют по измеренным параметрам.