RU2200943C2

RU2200943C2 - Method of estimation of crack-resistance of materials

Info

Publication number: RU2200943C2
Application number: RU2001109595A
Authority: RU
Inventors: В.А. Перфилов; С.П. Митяев
Original assignee: Волгоградская государственная архитектурно-строительная академия; Институт архитектуры и строительства ВолгГАСА
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2003-03-20

Abstract

FIELD: measurement technology; methods of study of rupture of friable materials at equilibrium tests of concrete specimens by three-point scheme. SUBSTANCE: method includes placing several strain gages on specimen under test in way of development of crack; said strain gages are connected to electric converter whose signals indicate development of crack. Strain gages are located at some distance relative to one another and are secured on foil substrates; ultimate rupture strength of foil exceeds that of material under test. Strain gages are connected to high-speed oscillograph whose signals indicate time of growth of crack and velocity of its propagation. EFFECT: enhanced accuracy of measurements. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при исследовании процессов разрушения хрупких материалов с образованием трещин, в частности, при равновесных испытаниях образцов бетонов по схеме трехточечного изгиба. The invention relates to the field of measurement technology and can be used to study the processes of fracture of brittle materials with the formation of cracks, in particular, during equilibrium tests of concrete samples according to the three-point bending scheme.

Известен способ определения трещиностойкости материалов при равновесных испытаниях образцов с фиксацией размеров развивающейся трещины (ГОСТ 29167-91. Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении). Размер трещины определяют в процессе поэтапного нагружения с выдержками 60-120 с с помощью микроскопического наблюдения. A known method for determining the fracture toughness of materials during equilibrium testing of samples with fixing the size of a developing crack (GOST 29167-91. Concretes. Methods for determining the characteristics of fracture toughness (fracture toughness) under static loading). The size of the crack is determined in the process of phased loading with shutter speeds of 60-120 using microscopic observation.

Недостатком способа является прерывистость испытаний, которая не дает полной картины развития трещины в любой промежуток времени, а также, учитывая сравнительно высокую скорость процесса, метод микроскопического наблюдения уступает электрическим параметрам по точности и достоверности при измерении скорости роста трещины в бетоне. The disadvantage of this method is the intermittent testing, which does not give a complete picture of the development of cracks in any period of time, and also, given the relatively high speed of the process, the method of microscopic observation is inferior to electrical parameters in accuracy and reliability when measuring the growth rate of cracks in concrete.

Известны также способы определения трещиностойкости материалов, заключающиеся в том, что на контролируемом изделии по направлению развития трещины размещают несколько датчиков, подключенных к преобразующему электрическому прибору, по сигналам которого судят о параметрах развития трещины (А.С. 780648, G 01N 3/08, 1986 г., А.С. 572642, С 01 В 7/16, 1977 г. - прототип). There are also known methods for determining the crack resistance of materials, consisting in the fact that several sensors connected to a converting electrical device are placed on the controlled product in the direction of crack development, the signals of which judge the parameters of crack development (A.C. 780648, G 01N 3/08, 1986, A.S. 572642, C 01 B 7/16, 1977 - prototype).

Недостатком известных способов является недостаточная точность и достоверность измерений скорости роста трещин ввиду того, что при испытании такого неоднородного и разнопрочного материала, как бетон, используемые фольговые датчики или токопроводящие полоски из фольги в момент развития трещины в бетоне могут не разорваться или может происходить "опережение" или "запаздывание" разрыва датчиков, учитывая разный уровень концентрации напряжений вблизи устья развивающейся трещины в образце, выполненном из высоко- или малопрочного бетона, что вносит большую погрешность в измерения. Эти способы требуют тщательного подбора фольговых датчиков (полосок) по сечению с обязательной тарировкой в зависимости от прочности и трещиностойкости различных видов и составов бетонов. A disadvantage of the known methods is the lack of accuracy and reliability of measurements of the growth rate of cracks due to the fact that when testing such a heterogeneous and diverse material, such as concrete, the used foil sensors or conductive strips of foil at the time of development of the cracks in the concrete may not break or “leading” can occur or “delay” of the rupture of the sensors, given the different level of stress concentration near the mouth of the developing crack in the sample made of high- or low-strength concrete, that makes a large error in measurement. These methods require careful selection of foil sensors (strips) over the cross section with mandatory calibration, depending on the strength and crack resistance of various types and compositions of concrete.

Задачей заявляемого изобретения является повышение точности и достоверности определения параметров трещиностойкости путем прямого определения параметров скорости роста трещин в условиях действия постоянной нагрузки. The task of the invention is to increase the accuracy and reliability of determining the parameters of crack resistance by directly determining the parameters of the growth rate of cracks under conditions of constant load.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения трещиностойкости материалов, заключающемся в том, что на контролируемом изделии по направлению развития трещины размещают несколько датчиков, подключенных к преобразующему электрическому прибору, по сигналам которого судят о параметрах развития трещины, датчики размещают на известном расстоянии друг от друга и крепят на подложках из фольги, выполненной из материала с пределом прочности на разрыв, превышающим предел прочности на разрыв материала контролируемого изделия, датчики подключают к высокоскоростному осциллографу, по сигналам которого определяют время роста трещины и скорость ее прохождения. The problem is solved in that in the method for determining the crack resistance of materials, which consists in the fact that several sensors connected to a converting electrical device are placed on the controlled product in the direction of crack development, the signals of which judge the parameters of crack development, the sensors are placed at a known distance from each other and is mounted on foil substrates made of a material with a tensile strength exceeding the tensile strength of the material of the controlled product, sensor They are connected to a high-speed oscilloscope, the signals of which determine the crack growth time and its propagation velocity.

Датчики размещают на известном расстоянии друг от друга для возможности определения скорости прохождения трещины между датчиками. The sensors are placed at a known distance from each other to determine the crack propagation speed between the sensors.

Датчики крепят на подложках из фольги, выполненной из материала с пределом прочности на разрыв, превышающим предел прочности на разрыв материала контролируемого изделия, для исключения разрыва фольги при прохождении под ней трещины и срабатывания датчика точно при прохождении под ним трещины без "опережения" или "запаздывания", что в отличие от прототипа позволяет более точно определить время прохождения трещины между датчиками. The sensors are mounted on foil substrates made of a material with a tensile strength exceeding the tensile strength of the material of the product to be monitored to prevent tearing of the foil when a crack passes under it and the sensor triggers precisely when a crack passes under it without being “ahead of time” or “lagging” ", which in contrast to the prototype allows you to more accurately determine the crack propagation time between the sensors.

Датчики подключают к высокоскоростному осциллографу для определения по его сигналам времени прохождения трещины между датчиками и скорости прохождения трещины с учетом расстояния между ними, что обеспечивает прямое определение параметров скорости роста трещин без предварительной тарировки, что является новым техническим эффектом заявляемого способа, повышает точность и достоверность полученных результатов. The sensors are connected to a high-speed oscilloscope to determine the crack propagation time between the sensors and the crack propagation speed based on its signals, taking into account the distance between them, which provides a direct determination of crack growth rate parameters without preliminary calibration, which is a new technical effect of the proposed method, increases the accuracy and reliability of the obtained results.

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее способ; на фиг.2 - осциллограмма скорости роста трещины. In FIG. 1 shows a device that implements the method; figure 2 - waveform of the crack growth rate.

На контролируемом образце 1 размещены выполненные из фольги подложки 2. На подложках 2 размещены датчики 3, каждый из которых подсоединен с помощью проводников к высокоскоростному осциллографу (не показан). Нагружение осуществляют с применением элемента жесткости в виде кольца 4. On the controlled sample 1, the substrates 2 made of foil are placed. On the substrates 2, sensors 3 are placed, each of which is connected by means of conductors to a high-speed oscilloscope (not shown). Loading is carried out using a stiffener in the form of a ring 4.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

На контролируемом изделии по направлению развития трещины размещают подложки из фольги с наклеенными на них датчиками на известном расстоянии друг от друга. Подложка из фольги выполнена из материала с пределом прочности на разрыв, превышающим предел прочности на разрыв материала контролируемого изделия. Датчики подключают к преобразующему высокоскоростному электрическому прибору, по сигналам которого определяют время роста трещины и скорость ее прохождения. On the controlled product in the direction of development of the cracks, foil substrates are placed with sensors glued on them at a known distance from each other. The foil substrate is made of a material with a tensile strength exceeding the tensile strength of the material of the controlled product. The sensors are connected to a converting high-speed electric device, the signals of which determine the crack growth time and its propagation speed.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Перед проведением равновесных испытаний с применением известного элемента жесткости 4 в образце 1 из бетона на пути роста инициируемой трещины наклеивали полоски 2 из медной фольги, толщиной 0,1-0,2 мм, с последующей наклейкой на них проволочных тензодатчиков 3 с базой 10-20 мм. Количество медных полосок 2 с датчиками 3 ограничено высотой разрушаемой поверхности образца - балочки 1 (см. фиг.1) и определяет количество точек регистрации моментов времени прохождения через них трещины. В процессе медленного нагружения вплоть до образования и роста трещины из надреза в бетоне фольга не разрушается ввиду значительного превышения предела прочности на разрыв меди по отношению к бетону σ_вмеди= 240 МПа, σ_бетона≤10 МПа). Возникающие при нагружении деформации и разрывы в бетоне передаются через деформацию полосок фольги 2 наклеенным на них тензодатчикам 3 (фиг.1), которые соединены в мостовую схему и подключены через тензоусилитель к соответствующим каналам высокоскоростного, например светолучевого, осциллографа. В процессе испытания на светочувствительной ленте осциллографа фиксируют характер изменения деформации фольги в результате деформации и последующего разрыва бетона после прохождения трещины через соответствующий участок (фиг.2). По характеру изменения кривых деформации фольги и по отметкам времени от электронных часов определяют моменты времени прохождения трещины в бетоне под каждым тензодатчиком (в моменты характерных всплесков). Зная расстояния между тензодатчиками и интервалы времени прохождения между ними трещины, определяют скорость трещины на каждом интервале.Before conducting equilibrium tests using a known stiffener 4 in a concrete sample 1, strips 2 made of copper foil, 0.1-0.2 mm thick, were glued along the growth path of the initiated crack, followed by sticking on them of wire strain gauges 3 with a base of 10-20 mm The number of copper strips 2 with sensors 3 is limited by the height of the destructible surface of the sample - beams 1 (see Fig. 1) and determines the number of registration points of the moments of time of passage of cracks through them. In the process of slow loading, up to the formation and growth of a crack from an incision in concrete, the foil does not collapse due to a significant excess of the tensile strength of copper with respect to concrete, σ _med = 240 MPa, σ of _concrete ≤10 MPa). The deformations and gaps in concrete that occur during loading are transmitted through the deformation of the foil strips 2 to the strain gauges 3 attached to them (Fig. 1), which are connected to the bridge circuit and connected through the strain gauge to the corresponding channels of a high-speed, for example, light beam, oscilloscope. During the test on the photosensitive tape of the oscilloscope record the nature of the changes in the deformation of the foil as a result of deformation and subsequent rupture of concrete after the crack passes through the corresponding section (figure 2). By the nature of the changes in the foil deformation curves and by the time stamps from the electronic clock, the times of crack propagation in concrete under each load cell are determined (at the moments of characteristic bursts). Knowing the distance between the load cells and the time intervals between the cracks between them, determine the speed of the cracks in each interval.

В процессе определения скорости роста трещины параллельно по известной методике получают полную диаграмму деформирования (разрушения) образца (ГОСТ 29167-91), используя двухкоординатный самописец с подключенными к нему датчиком нагрузки и датчиком деформации. In the process of determining the crack growth rate, in parallel, according to the known method, a complete deformation (fracture) diagram of the sample (GOST 29167-91) is obtained using a two-coordinate recorder with a load sensor and a strain sensor connected to it.

Claims

The method for determining the crack resistance of materials, which consists in the fact that several sensors connected to a converting electrical device are placed on the controlled product in the direction of crack development, the signals of which judge the parameters of crack development, characterized in that the sensors made in the form of strain gauges are placed on a known distance from each other and mounted on foil substrates made of a material with a tensile strength exceeding the tensile strength of the material of the first product, strain gauges are connected to a high-speed oscilloscope, the signals of which determine the crack growth time and its propagation speed.