RU2025250C1 - Method for treating unidirectional composition material - Google Patents

Method for treating unidirectional composition material Download PDF

Info

Publication number
RU2025250C1
RU2025250C1 SU4949154A RU2025250C1 RU 2025250 C1 RU2025250 C1 RU 2025250C1 SU 4949154 A SU4949154 A SU 4949154A RU 2025250 C1 RU2025250 C1 RU 2025250C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
load
unloading
composition material
composite material
loading
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.Н. Логвинов
В.И. Трегуб
В.Д. Юшин
Original Assignee
Самарский государственный аэрокосмический университет им.акад.С.П.Королева
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 Самарский государственный аэрокосмический университет им.акад.С.П.Королева filed Critical Самарский государственный аэрокосмический университет им.акад.С.П.Королева
Priority to SU4949154 priority Critical patent/RU2025250C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2025250C1 publication Critical patent/RU2025250C1/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: metal working. SUBSTANCE: semifinished material is loaded at a constant speed to a point causing a stress of σ < σb- Δσ in the specimen where σb - average value of ultimate strength of composition material in the armoring direction;
Figure 00000002
where S - root mean square deviation when determining the ultimate strength of composition material in armoring direction; tstr -Student's coefficient; n - number of tested specimens during determination of σb with concurrent recording of "load-absolute elongation" diagram followed by unloading the specimen. Loading and unloading are repeated to the point when the loading curve gets aligned with unloading curve. EFFECT: higher mechanical characteristics of unidirectional composition material under tension in the armoring direction with concurrent determination of these characteristics. 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам повышения механических характеристик однонаправленных композиционных материалов и их оценке. The invention relates to methods for improving the mechanical characteristics of unidirectional composite materials and their evaluation.

Известен способ обработки металлов и сплавов, включающий сжатие до предела текучести с последующим растяжением [1]. Однако этот способ обработки не позволяет повысить механические характеристики. A known method of processing metals and alloys, including compression to yield strength with subsequent stretching [1]. However, this processing method does not improve the mechanical characteristics.

По общей совокупности признаков наиболее близким к изобретению является способ обработки металлов и сплавов с целью повышения условного предела текучести, включающий двукратное нагружение с записью диаграммы нагрузка - абсолютное удлинение [2]. Причем в первом цикле к образцу прикладывают нагрузку, вызывающую напряжение σ1 выше предела текучести материала, после чего образец разгружают, а повторное нагружение осуществляют до нагрузок, вызывающих напряжение не менее σ1. Однако этот способ не позволяет повысить модуль упругости, вызывает значительные пластические деформации и, кроме того, его сложно реализовать на композиционном материале.According to the total set of features, the closest to the invention is a method of processing metals and alloys to increase the conditional yield strength, including double loading with recording the load - absolute elongation diagram [2]. Moreover, in the first cycle, a load is applied to the sample, causing a stress σ 1 above the yield strength of the material, after which the sample is unloaded, and reloading is carried out to loads causing a stress of at least σ 1 . However, this method does not allow to increase the elastic modulus, causes significant plastic deformation and, in addition, it is difficult to implement on a composite material.

Цель изобретения - повышение механических характеристик (модуль упругости, напряжение предела пропорциональности, напряжение условного предела упругости) однонаправленного композиционного материала при растяжении в направлении армирования с одновременным определением этих свойств. The purpose of the invention is to increase the mechanical characteristics (elastic modulus, proportional stress, conditional elastic stress) of a unidirectional composite material under tension in the direction of reinforcement with the simultaneous determination of these properties.

Это достигается благодаря тому, что при способе, включающем растяжение образца с записью диаграммы нагрузка - абсолютное удлинение и обработку результатов, полуфабрикат из композиционного материала многократно нагружают с постоянной скоростью до нагрузок, вызывающих напряжения σ < (

Figure 00000003
-Δσ), где
Figure 00000004
- среднее значение предела прочности композиционного материла в направлении армирования; Δσ =
Figure 00000005
, где S - среднеквадратичное отклонение при определении предела прочности композиционного материала в направлении армирования; tn,р. - коэффициент Стьюдента; n - количество испытанных образцов при определении
Figure 00000006
, с последующим разгружением, нагружение прекращают при совпадении кривой нагрузки с кривой разгрузки.This is achieved due to the fact that with the method involving stretching the sample with recording the load diagram — absolute elongation and processing the results, the semi-finished composite material is repeatedly loaded at a constant speed to loads causing stresses σ <(
Figure 00000003
-Δσ), where
Figure 00000004
- the average value of the tensile strength of the composite material in the direction of reinforcement; Δσ =
Figure 00000005
where S is the standard deviation when determining the tensile strength of the composite material in the direction of reinforcement; t n, p. - Student's coefficient; n is the number of tested samples in determining
Figure 00000006
, followed by unloading, loading is stopped when the load curve coincides with the unloading curve.

На фиг. 1 представлена экспериментальная зависимость нагрузка-удлинение (1-4 - циклы нагружения). In FIG. 1 shows the experimental dependence of the load-elongation (1-4 - loading cycles).

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Первоначально методами стереометрической металлографии определяют характеристики композиционного материала (коэффициент заполнения, ориентации структуры и средний диаметр волокна). На основе полученных характеристик с учетом свойств матрицы определяют форму и размеры образцов, с помощью которых экспериментально находят среднее значение предела прочности композиционного материала в направлении армирования

Figure 00000007
. Затем полуфабрикат нагружают с записью диаграммы нагрузка - абсолютное удлинение с постоянной скоростью до нагрузки, вызывающей в образце напряжение σ < (
Figure 00000008
-Δσ), а Δσ определяют из выражения Δσ =
Figure 00000009
, где S - среднеквадратичное отклонение при определении предела прочности композиционного материала в направлении армирования; tn,р. - коэффициент Стьюдента; n - количество испытанных образцов при определении
Figure 00000010
, после чего образец разгружают. Нагрузку полуфабриката с последующей pазгрузкой повторяют до тех пор, пока кривая нагрузки, контролируемая по диаграмме растяжения, совпадет с кривой разгрузки. Механические характеристики полуфабриката определяют, обрабатывая диаграмму нагрузка - абсолютное удлинение, записанную в последнем цикле.Initially, stereometric metallography methods determine the characteristics of a composite material (fill factor, structure orientation, and average fiber diameter). Based on the obtained characteristics, taking into account the properties of the matrix, the shape and dimensions of the samples are determined, with which experimentally find the average value of the tensile strength of the composite material in the direction of reinforcement
Figure 00000007
. Then, the semifinished product is loaded with a diagram of the load - absolute elongation at a constant speed to the load, which causes stress σ <(
Figure 00000008
-Δσ), and Δσ is determined from the expression Δσ =
Figure 00000009
where S is the standard deviation when determining the tensile strength of the composite material in the direction of reinforcement; t n, p. - Student's coefficient; n is the number of tested samples in determining
Figure 00000010
after which the sample is unloaded. The load of the semi-finished product with subsequent unloading is repeated until the load curve, controlled by the tensile diagram, coincides with the unloading curve. The mechanical characteristics of the semi-finished product are determined by processing the diagram load - absolute elongation recorded in the last cycle.

Пример. Реализацию способа осуществляли на композиционном листовом материале Аl-В толщиной 1,5 мм. С помощью металлографических шлифов определяли коэффициент заполнения ζ = 0,5, коэффициент ориентации структуры ω = 0,5, средний диаметр волокна d = 0,15 мм. На основе полученных характеристик композита с учетом механических свойств матрицы и волокон образцы имели следующие основные параметры: отношение ширины лопатки к ширине рабочей части, вычисленной по формуле
θ ≥

Figure 00000011
-
Figure 00000012
- 1
Figure 00000013
, где Т - величина, обратная коэффициенту запаса прочности К (Т = 1/К), К = 1,3;
f = 0,2 - коэффициент трения композита по материалу захватов;
η - отношение толщины ао полуфабриката К = 0,05 к длине h1лопатки; η = 0,05;
μ - 0,08 - отношение предела текучести σо матрицы к трансверсальной прочности σх при растяжении в направлении армирования композита, равно 2, радиус перехода от лопатки к рабочей части, вычисленный по формуле
R =
Figure 00000014
, где bо - ширина рабочей части; C = (σх/τ)2;
τ - прочность на сдвиг матрицы композита, С = 36, R = 60 мм.Example. The implementation of the method was carried out on composite sheet material Al-B with a thickness of 1.5 mm Using metallographic sections, the fill factor ζ = 0.5, the orientation coefficient of the structure ω = 0.5, and the average fiber diameter d = 0.15 mm were determined. Based on the obtained characteristics of the composite, taking into account the mechanical properties of the matrix and fibers, the samples had the following main parameters: the ratio of the width of the blade to the width of the working part, calculated by the formula
θ ≥
Figure 00000011
-
Figure 00000012
- 1
Figure 00000013
where T is the reciprocal of the safety factor K (T = 1 / K), K = 1.3;
f = 0.2 is the coefficient of friction of the composite on the material of the grips;
η is the ratio of the thickness a of the semi-finished product K = 0.05 to the length h 1 of the blade; η = 0.05;
μ - 0.08 - the ratio of the yield strength σ about the matrix to the transverse strength σ x when stretched in the direction of reinforcing the composite, is 2, the radius of the transition from the blade to the working part, calculated by the formula
R =
Figure 00000014
where b about - the width of the working part; C = (σ x / τ) 2 ;
τ is the shear strength of the composite matrix, C = 36, R = 60 mm.

Партию из 11 образцов растягивали на усовершенствованной разрывной машине УМЭ-10т. Среднее значение предела прочности составило

Figure 00000015
= 108 кг/мм2, а его предельная ошибка Δσ по результатам испыта- ния 11 образцов для вероятности Р = 0,95 составила 12 кг/мм2. После этого полуфабрикат растягивали с постоянной скоростью вдоль направления армирования до нагрузки, вызывающей напряжение σ = 91 кг/мм2. Затем осуществляли его разгрузку. Контроль нагрузки и вызываемой ею деформации проводили по диаграмме нагрузка - абсолютное удлинение. Масштаб по нагрузке составлял 3,8 кг/мм, а по деформации 2˙10-3 мм/мм.A batch of 11 samples was stretched on an advanced explosive machine UME-10t. The average tensile strength was
Figure 00000015
= 108 kg / mm 2 , and its marginal error Δσ from the results of testing 11 samples for a probability of P = 0.95 was 12 kg / mm 2 . After this, the semi-finished product was stretched at a constant speed along the direction of reinforcement to the load causing a stress of σ = 91 kg / mm 2 . Then carried out its unloading. The load and the deformation caused by it were monitored using the load - absolute elongation diagram. The load scale was 3.8 kg / mm, and the strain scale was 2˙10 -3 mm / mm.

После трех циклов нагрузка-разгрузка кривая нагружения совпадала с кривой разгрузки. After three load-unloading cycles, the loading curve coincided with the unloading curve.

Модуль упругости однонаправленного материала по известному способу 19200 кг/мм2, по предложенному 22500 кг/мм2.The elastic modulus of the unidirectional material according to the known method is 19200 kg / mm 2 , according to the proposed 22500 kg / mm 2 .

Используя зависимость нагрузка - абсолютное удлинение, записанную в последнем четвертом цикле, вычислили значение модуля упругости композита, подвергнутого обработке по предложенному способу. Его величина составила 22500 кг/мм2.Using the dependence load - absolute elongation recorded in the last fourth cycle, we calculated the value of the elastic modulus of the composite subjected to processing by the proposed method. Its value was 22500 kg / mm 2 .

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить механические характеристики полуфабриката из однонаправленного композиционного материала и оценить их значение. Thus, the proposed method allows to increase the mechanical characteristics of the semi-finished product from unidirectional composite material and to evaluate their value.

Claims (1)

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОДНОНАПРАВЛЕННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, по которому полуфабрикаты упрочняемого материала подвергают циклическому растяжению с постоянной скоростью и записывают диаграмму нагружение - абсолютное удлинение на стадиях нагрузки и разгрузки для каждого цикла, отличающийся тем, что, с целью повышения механических характеристик, предварительно определяют на нескольких образцах среднее значение предела прочности
Figure 00000016
композиционного материала в направлении армирования, к обрабатываемому полуфабрикату при растяжении прикладывают нагрузку до обеспечения напряжения σ , выбираемого из соотношения
σ < (
Figure 00000017
-
Figure 00000018
) Δσ =
Figure 00000019
,
где S - среднеквадратичное отклонение при определении предела прочности композиционного материала в направлении армирования;
tпр - коэффициент Стьюдента;
n - количество испытанных образцов при определении
Figure 00000020
,
и циклическое приложение нагрузки прекращают при совпадении в цикле на диаграмме нагружения кривой нагрузки с кривой разгрузки.METHOD FOR PROCESSING A ONE-DIRECTIONAL COMPOSITE MATERIAL, according to which the semi-finished products of the hardened material are subjected to cyclic tension at a constant speed and the loading diagram is recorded — absolute elongation at the stages of loading and unloading for each cycle, characterized in that, in order to increase the mechanical characteristics, the average is preliminarily determined on several samples strength value
Figure 00000016
of the composite material in the direction of reinforcement, a load is applied to the processed semi-finished product under tension until a stress σ is selected, selected from the relation
σ <(
Figure 00000017
-
Figure 00000018
) Δσ =
Figure 00000019
,
where S is the standard deviation when determining the tensile strength of the composite material in the direction of reinforcement;
t CR - Student's coefficient;
n is the number of tested samples in determining
Figure 00000020
,
and the cyclic application of the load is stopped when the cycle on the load curve of the load curve coincides with the unload curve in the cycle.
SU4949154 1991-05-05 1991-05-05 Method for treating unidirectional composition material RU2025250C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4949154 RU2025250C1 (en) 1991-05-05 1991-05-05 Method for treating unidirectional composition material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4949154 RU2025250C1 (en) 1991-05-05 1991-05-05 Method for treating unidirectional composition material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2025250C1 true RU2025250C1 (en) 1994-12-30

Family

ID=21581198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4949154 RU2025250C1 (en) 1991-05-05 1991-05-05 Method for treating unidirectional composition material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2025250C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Фридман М.Б. Механические свойства металлов, т.1, М.: Машиностроение, 1974, с. 320-321. *
2. Золоторевский В.С. Механические испытания и свойства металлов. М.: Металлургия, 1974, с.144-145. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8515688B2 (en) Systems and methods to predict fatigue lives of aluminum alloys under multiaxial loading
Abood et al. Effect of heat treatment on strain life of aluminum alloy AA 6061
RU2025250C1 (en) Method for treating unidirectional composition material
Chung et al. Effects of work-hardening and rate sensitivity on the sheet tensile test
Maj et al. Modified low-cycle fatigue (LCF) test
Lin et al. The standard ridged uniaxial testpiece: computed accuracy of creep strain
Doucet et al. Plane-strain work hardening and transient behavior of interstitial-free steel
Piechnik et al. Law of continuous damage parameter for non-ageing materials
Bhatt et al. Fatigue behavior of SiC reinforced Ti (6AI-4V) at 650° C
Rutecka et al. Fatigue damage of Al/SiC composites-macroscopic and microscopic analysis
Kitagawa et al. Nonlinear constitutive equation of polypropylene under combined tension and torsion
Lease et al. Fatigue of a particulate reinforced aluminium metal matrix composite subjected to axial, torsional and combined axial/torsional loading conditions
Ishikawa et al. Dynamic behavior of prestressed concrete beams under rapid speed loading
Boroński The effect of the method of determination of Young's modulus on the estimation of fatigue life of structural elements
SU1033919A1 (en) Method of determination material limited fatigue range
SU1017956A1 (en) Method of determination of cold-work hardened metal resistance to crack propagation
Kut et al. The Influence of Natural Aging of the AlCu4Mg1 Aluminum Sheet Alloy on the Constitutive Parameters of Selected Models of Flow Stress
Kowalewski The influence of deformation history on creep of pure copper
Chien et al. Strength and fatigue life of wire rope
RU2207537C2 (en) Method for determining the tensile strength of metals
Gamino et al. Size effect of concrete under uniaxial and flexural compression
Peters The effect of matrix shear deformation and cracking on the toughness of boron/aluminum
SU1661621A1 (en) Method for determining fatigue damage in materials
Ohashi et al. Large Elasto‐Plastic Deflection of a Circular Plate of Mild Steel under Cyclic Loading
Swearengen et al. An improved test for interfacial shear strength