RU2063015C1 - Method of determination of ultimate strength of material - Google Patents
Method of determination of ultimate strength of material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2063015C1 RU2063015C1 SU5028107A RU2063015C1 RU 2063015 C1 RU2063015 C1 RU 2063015C1 SU 5028107 A SU5028107 A SU 5028107A RU 2063015 C1 RU2063015 C1 RU 2063015C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- indenter
- sample
- axial force
- tensile strength
- ultimate strength
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области механики твердого деформированного тела, а именно: к исследованию предела прочности материала на разрушение при одноосном сжатии. Предел прочности материала на разрушение при одноосном сжатий считается основной характеристикой механических свойств твердых тел. В противоположность твердости этот показатель является физической величиной. Известный способ определения этого показателя сводится к разрушению плоскопараллельного образца правильной геометрической формы (1),
Предел прочности при сжатии (σc) определяется как отношение осевой нагрузки Р в момент разрушения образца к площади его сечения F:
F=πD2/4 (2),
где D диаметр образца (обычно принимается D 40 мм, а высота образца H 40 мм).The invention relates to the field of mechanics of a solid deformed body, namely: to study the ultimate tensile strength of a material under uniaxial compression. The ultimate tensile strength of a material under uniaxial compression is considered the main characteristic of the mechanical properties of solids. In contrast to hardness, this indicator is a physical quantity. A known method of determining this indicator is the destruction of a plane-parallel sample of regular geometric shape (1),
The compressive strength (σc) is defined as the ratio of the axial load P at the time of fracture of the sample to its cross-sectional area F:
F = πD 2/4 (2)
where D is the diameter of the sample (usually D 40 mm and the height of the sample H 40 mm).
Торцы образца подшлифовываются образивным микропорошком в специальной оправе, изготовленной по второму классу точности, Контроль параллельности и выпуклости производится на поверочной плите с помощью индикатора часового типа, перпендикулярность торцев и образующей цилиндра контролируются шаблоном. Испытание на одноосное сжатие проводятся на прессе с шаровой опорой с применением специальной приставки на сжатие. Приставка обеспечивает строгое центрирование образца относительно приложенной нагрузки, при этом нагрузка должна изменяться плавно от ноля до своего максимального значения, соответствующего разрушению образца. The ends of the sample are ground with a fine micropowder in a special frame made according to the second accuracy class. The parallelism and convexity are controlled on a calibration plate using a dial indicator, the perpendicularity of the ends and the cylinder generatrix are controlled by a template. The uniaxial compression test is carried out on a ball bearing press using a special compression attachment. The prefix provides strict centering of the sample relative to the applied load, while the load should change smoothly from zero to its maximum value, corresponding to the destruction of the sample.
Недостатком такого способа определения предела прочности материала на разрушение при одноосном сжатии является низкая точность определения этого показателя механического свойства материала. Это объясняется тем, что на его величину существенное влияние оказывают линейные размеры испытываемых образцов (масштабный фактор), чистота обработки боковых поверхностей и плоскопараллельных торцов, величина коэффициента трения между плитами пресса и образцом, соотношение диаметра к высоте образца, скорость приложения нагрузки, явление упругого гистерезиса, упругого последействия, релаксации, ползучести и вязкости, которые зависят от большого числа факторов: температуры тела, вида напряженного состояния, характера приложения нагрузки и др. The disadvantage of this method of determining the ultimate tensile strength of a material under uniaxial compression is the low accuracy of determining this indicator of the mechanical property of the material. This is explained by the fact that its value is significantly affected by the linear dimensions of the test samples (scale factor), the cleanliness of the processing of side surfaces and plane-parallel ends, the friction coefficient between the press plates and the sample, the ratio of the diameter to the height of the sample, the rate of application of the load, the phenomenon of elastic hysteresis elastic aftereffect, relaxation, creep and viscosity, which depend on a large number of factors: body temperature, type of stress state, nature of the load application ki et al.
Изменение скорости деформирования образца в процессе испытания исключает возможность правильно определить его сопротивление деформированию. Следовательно, нельзя сохранить в процессе нагружения равновесие между внешними силами и сопротивлением образца деформированию и иметь истинную картину зависимости на диаграмме "нагрузка деформация". Кроме того, недостатком способа непосредственного нагружения являются затруднения, связанные с необходимостью приложения к образцу значительных нагрузок. Changing the strain rate of the sample during the test eliminates the ability to correctly determine its resistance to deformation. Consequently, it is impossible to maintain the equilibrium between external forces and the resistance of the sample to deformation during loading, and to have a true picture of the dependence on the "load-strain" diagram. In addition, the disadvantage of the direct loading method is the difficulties associated with the need to apply significant loads to the sample.
Деформирование материала сопровождается его уплотнением, что нарушает естественную структуру образца, имеет скачкообразный характер, что не позволяет четно выделить границы перехода от упругого деформирования к пластическому и далее к разрушению и вычислить истинное значение площади контакта между индентором и испытываемым образцом. The deformation of the material is accompanied by its compaction, which violates the natural structure of the sample, has a spasmodic nature, which does not allow one to evenly distinguish the boundaries of the transition from elastic to plastic deformation and further to fracture and calculate the true value of the contact area between the indenter and the test sample.
Задачей является повышение точности определения предела прочности материала. Поставленная задача достигается тем, что предложенный способ определения предела прочности материала на разрушение при одноосном сжатии отличается тем, что с целью повышения точности определения этого показателя испытываемый материал произвольной формы и находящийся в произвольном пространственном положении нагружают локально заданной силой (Р), приложенной по оси к специальному индентору, имеющему на конце режущее лезвие, затем его вращают и вытачивают в материале глухое отверстие, при этом осевая сила во время вытачивания поддерживается постоянной, а площадь контакта инжектора и материала выражают по формуле:
F=lh/tgαN (3),
где: l длина режущей кромки индентора;
α заданный угол режущей грани индентора;
N общее количество оборотов индентора
h глубина глухого отверстия.The objective is to increase the accuracy of determining the tensile strength of the material. The problem is achieved in that the proposed method for determining the tensile strength of a material for fracture under uniaxial compression is characterized in that in order to increase the accuracy of determining this indicator, the test material of arbitrary shape and in an arbitrary spatial position is loaded with a locally specified force (P) applied along the k axis to a special indenter with a cutting blade at the end, then it is rotated and a blind hole is turned in the material, while the axial force during support is constant, and the contact area of the injector and the material is expressed by the formula:
F = lh / tgαN (3),
where: l is the length of the cutting edge of the indenter;
α a predetermined angle of the cutting edge of the indenter;
N total number of revolutions of the indenter
h depth of blind hole.
Повышение точности определения предела прочности материала при сжатии предложенным способом достигается за счет локального характера разрушения материала и возможности использования в процессе определения минимального значения площади контакта индентора и материала, что устраняет перечисленные выше недостатки. Improving the accuracy of determining the tensile strength of the material under compression by the proposed method is achieved due to the local nature of the destruction of the material and the possibility of using in the process of determining the minimum value of the contact area of the indenter and the material, which eliminates the above disadvantages.
Рассмотрим условие динамического равновесия индентора и материала в процессе определения предела его прочности при одноосном сжатии по чертежу где режущая кромка длиной l индентора 1 с режущей гранью, имеющей заданный угол a, нагружена осевой силой Р, вращается вокруг оси Z и внедрена в материал 2 на глубину s за один оборот. Тогда площадь контакта (abcg)
Для повышения точности измерения длины контакта l поверхность испытуемого материала должна быть плоской и иметь предварительно просверленное малое глухое отверстие диаметром d<D, где D диаметр глухого отверстия, высверливаемого режущей крoмкой индентора. Тогда l (D d)•0,5 (4). To increase the accuracy of measuring the contact length l, the surface of the test material should be flat and have a pre-drilled small blind hole with a diameter d <D, where D is the diameter of the blind hole drilled by the indenter cutting edge. Then l (D d) • 0.5 (4).
Для повышения точности измерения параметра d выразим его отношением:
где: h углубление индентора в материал;
N общее количество оборотов индентора.To increase the accuracy of measuring the parameter d, we express it by the ratio:
where: h is the indenter recess in the material;
N is the total number of revolutions of the indenter.
Параметр δ является главным, так как он при неизменном значении всех остальных параметров, входящих в формулу (3),UP полностью характеризует прочность материала при сжатии (σc). The parameter δ is the main one, since at the constant value of all other parameters included in formula (3), UP completely characterizes the compressive strength of the material (σc).
С учетом усовершенствований, выраженных формулами (4) и (5), формула (3) имеет вид:
Подставив (6) в (1), получим формулу для вычисления предела прочности материала при одноосном сжатии предложенным способом:
Индентор может иметь две режущие кромки и угол при вершине, например, l=(D-d)/cosβ, где β=30°; различное число оборотов и нагрузку (Р 5 100 кг), однако результат определения (σc) по формуле (7) останется неизменным.The indenter may have two cutting edges and an apex angle, for example, l = (Dd) / cosβ, where β = 30 ° ; different number of revolutions and load (P 5 100 kg), however, the result of determination (σc) by formula (7) will remain unchanged.
Рассмотрим наиболее характерные примеры определения предела прочности материала при сжатии предложенным способом, при этом был использован специально изготовленный прибор, выполненный на базе ручной электрической дрели. В патрон прибора зажимается индентор с известными значениями диаметра и заднего угла его тщательно заточенного режущего лезвия, выполненного из победитового сплава. Для измерения общего числа оборотов индентора предусмотрен счетчик с приемной малой шестерней, жестко закрепленный к корпусу прибора на специальном кронштейне, там же закреплен конечный выключатель (тумблер). Непосредственно на шейке индентора закрепляется ведущая большая шестерня. Верхняя часть прибора оборудована измерительной пружиной сжатия, используемой для задания и измерения осевой нагрузки на индентор. Предварительно пружина тарируется на специальных весах. Учитывается вес прибора. Пружина посредством центрального натяжного винта с гайками, верхней платы, суппорта с четырьмя отверстиями и направляющими шпильками соединена с возможностью перемещения в пределах 1,5-2 мм с корпусом прибора. Нагрузка создается вручную через рукоятки, одна из которых оборудована начальным тумблером. Тумблер автоматически включает дрель при достижении заданного значения осевой нагрузки. Consider the most typical examples of determining the tensile strength of a material under compression by the proposed method, and a specially made device based on a manual electric drill was used. An indenter with known values of the diameter and rear angle of its carefully sharpened cutting blade made of a victorious alloy is clamped into the cartridge of the device. To measure the total number of revolutions of the indenter, a counter with a receiving small gear is provided, which is rigidly fixed to the device body on a special bracket, and a limit switch (toggle switch) is also fixed there. The leading large gear is fixed directly on the neck of the indenter. The upper part of the device is equipped with a compression compression spring used to set and measure the axial load on the indenter. Previously, the spring is calibrated on special scales. The weight of the device is taken into account. The spring is connected by a central tensioning screw with nuts, a top plate, a caliper with four holes and guide rods with the housing of the device with the possibility of movement within 1.5-2 mm. The load is created manually through the handles, one of which is equipped with an initial toggle switch. The toggle switch automatically turns on the drill when the specified axial load is reached.
Испытуемый материал (латунь) располагался жестко в призме в нижнем положении (на фото не показан). Результаты опытов следующие. The test material (brass) was located rigidly in the prism in the lower position (not shown in the photo). The experimental results are as follows.
Предварительно засверленные глухие отверстия d 3,7 мм обработаны индентором D=7,9 мм (7,9-3,7)•0,5=2,1=l•α=18°, tgα=0,325.. Общее передаточное отношение счетчика: К К1 К2 2•10 20. Осевая нагрузка в обоих опытах составляла Р 22,5 кг. Тогда:
Опыт N 1: N1 115 oб. h1 11 мм:
Опыт N 2: N2 72,5 об. h2 6,8 мм.Pre-drilled blind holes d 3.7 mm were machined by an indenter D = 7.9 mm (7.9-3.7) • 0.5 = 2.1 = l • α = 18 ° , tgα = 0.325 .. General gear ratio counter: K K 1 K 2 2 • 10 20. The axial load in both experiments was P 22.5 kg. Then:
Experience N 1: N1 115 about. h1 11 mm:
Experience N 2: N2 72.5 about. h2 6.8 mm.
По формуле (5): F1 0,614 мм2; F2 0,606 мм2.By the formula (5): F1 0.614 mm 2 ; F2 0.606 mm 2 .
По формуле (7); (σc1) 36,6 кг/мм2; (σc2) 37 кг/мм2.By the formula (7); (σc 1 ) 36.6 kg / mm 2 ; (σc 2 ) 37 kg / mm 2 .
Испытание предложенного способа проводились также по другим материалам (10 наименований), при этом использовался стационарный прибор, оборудованный вместо пружины тарированными грузами. Testing of the proposed method was also carried out using other materials (10 items), using a stationary device equipped with calibrated loads instead of a spring.
Claims (1)
F=lh/tgα•N,
где α заданный угол режущей грани лезвия индентора;
l длина режущей кромки лезвия индентора.The method of determining the tensile strength of the material, which load the sample of the test material with axial force P on a given contact area F until it breaks, and determine the tensile strength σ c according to the formula σ c = P / F, characterized in that they use a sample of material of arbitrary shape and randomly oriented in space, they are loaded with constant axial force, which is applied to the sample through an indenter with a cutting blade at the working end, when the axial force is applied, the indenter is rotated, while turning a blind hole, determine yayut hole depth h, and the number N of revolutions of the indenter, and F the contact area of the sample with the indenter is determined from the relation
F = lh / tgα • N,
where α is the specified angle of the cutting edge of the indenter blade;
l the length of the cutting edge of the indenter blade.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5028107 RU2063015C1 (en) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | Method of determination of ultimate strength of material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5028107 RU2063015C1 (en) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | Method of determination of ultimate strength of material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2063015C1 true RU2063015C1 (en) | 1996-06-27 |
Family
ID=21597276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5028107 RU2063015C1 (en) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | Method of determination of ultimate strength of material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2063015C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2625360C2 (en) * | 2015-11-23 | 2017-07-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательское, проектное и производственное предприятие по природоохранной деятельности "Недра" (ООО НИППППД "НЕДРА") | Materials stress state evaluation method |
| RU2703808C1 (en) * | 2018-10-29 | 2019-10-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) | Method of determining deformation resistance of metal materials |
| RU2731034C1 (en) * | 2019-08-30 | 2020-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) | Method of determining resistance of deformation of metal materials when indenting with tetrahedral pyramid |
-
1992
- 1992-02-19 RU SU5028107 patent/RU2063015C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГОСТ 25.503-80. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2625360C2 (en) * | 2015-11-23 | 2017-07-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательское, проектное и производственное предприятие по природоохранной деятельности "Недра" (ООО НИППППД "НЕДРА") | Materials stress state evaluation method |
| RU2703808C1 (en) * | 2018-10-29 | 2019-10-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) | Method of determining deformation resistance of metal materials |
| RU2731034C1 (en) * | 2019-08-30 | 2020-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) | Method of determining resistance of deformation of metal materials when indenting with tetrahedral pyramid |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Peyton et al. | Physical properties of dentin | |
| US5269190A (en) | Apparatus for the performance of rheological measurements on materials | |
| CN108414379B (en) | Method for extracting metal elastoplasticity parameters through in-situ press-in test | |
| Ravi-Chandar et al. | Inelastic deformation in polymers under multiaxial compression | |
| US3174334A (en) | Cable tensiometer | |
| RU2063015C1 (en) | Method of determination of ultimate strength of material | |
| US3443423A (en) | Apparatus for testing the compressive strength of soil specimens | |
| DE19706744C2 (en) | Device for measuring viscoelastic properties of bodies | |
| RU2373515C1 (en) | Facility for evaluating hardness of material by method of scratching | |
| Darlington et al. | An apparatus for the measurement of tensile creep and contraction ratios in small non-rigid specimens | |
| US3397572A (en) | Device for measuring stressstrain curve | |
| Fujisawa et al. | Nanoindentation-derived elastic modulus of an amorphous polymer and its sensitivity to load-hold period and unloading strain rate | |
| RU2143106C1 (en) | Process determining mechanical characteristic of materials | |
| Liu et al. | An improved shear test fixture using the Iosipescu specimen | |
| Curkovic et al. | Analysis of the indentation size effect on the hardness of alumina ceramics using different models | |
| US2891399A (en) | Device for measuring creep | |
| Kvetan et al. | Measuring of Young's modulus of thin samples using the quick bending vibrations of Searle’s pendulum | |
| RU2077718C1 (en) | Device to study deformation properties of flat fibre-containing materials | |
| Hepburn et al. | Materials testing of arthropod cuticle preparations | |
| RU2756376C1 (en) | Method for determining yield strength of material during crushing | |
| RU2721314C1 (en) | Method of determining relative narrowing after fracture | |
| Atkins et al. | Mutual indentation hardness apparatus for use at very high temperatures | |
| Wang et al. | Dynamic testing and analysis of Poisson’s ratio constants of timber | |
| JP7385196B2 (en) | Indentation test device | |
| Lethersich | A Precision Extensometer and its use for the Measurement of Poisson's Ratio |