RU2362139C1

RU2362139C1 - Method of sample testing for low-cycle fatigue in plane stress conditions

Info

Publication number: RU2362139C1
Application number: RU2007145080/28A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иосифович Чаевский (RU); Михаил Иосифович Чаевский; Жесфина Михайловна Бледнова (RU); Жесфина Михайловна Бледнова
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-07-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention is related to mechanical testing of different materials. During testing a sample in the form of flat plate is set in testing machine grips by means of Z-shaped lever. One end of the plate is fixed rigidly through lever with upper grip of testing machine, the other end - with lower grip. Sample loading is made by lateral forces by means of lower grip movement in relation to upper grip creating plane stress condition for sample. Depending on grip movement upward or downward continuous positive or negative pulse cycle is created.

EFFECT: enhancement of testing equipment functionality due to implementation of different schemes for crack propagation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к механическим испытаниям различных материалов, в частности к малоцикловым испытаниям на усталость при плоском напряженном состоянии.The invention relates to mechanical testing of various materials, in particular to low-cycle fatigue tests in the plane stress state.

Известен способ механического испытания (Патент №2040786), по которому образец устанавливают между двумя оправками и нагружают с помощью двух других оправок, расположенных по краям образца, отличающийся тем, что оправки размещают с противоположных сторон относительно продольной оси образца, а нагружение производят одновременно силами, направленными перпендикулярно оси образца. В результате возникает напряженное состояние, близкое к чистому сдвигу.A known method of mechanical testing (Patent No. 2040786), in which the sample is installed between two mandrels and loaded using two other mandrels located on the edges of the sample, characterized in that the mandrels are placed on opposite sides relative to the longitudinal axis of the sample, and loading is performed simultaneously by forces, directed perpendicular to the axis of the sample. As a result, a stress state arises close to a pure shift.

Недостатком указанного способа является то, что этот способ не позволяет проводить исследования малоцикловой усталости при плоском напряженном состоянии.The disadvantage of this method is that this method does not allow studies of low-cycle fatigue in a plane stress state.

Известен также патент №2089875, на основании которого разработан образец для усталостных испытаний при сложном напряженном состоянии и способ усталостных испытаний образца при сложном напряженном состоянии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем одновременного испытания двух образцов при одной истории напряженного состояния в их рабочих частях, испытывают установленный коаксиально первому второй образец, который жестко связывают торцами с соответствующими торцами первого образца.Patent No. 2089875 is also known, on the basis of which a specimen for fatigue testing in a complex stress state and a method of fatigue testing of a specimen in a complex stress state are developed, characterized in that, in order to improve accuracy by simultaneously testing two samples with the same history of stress state in their working parts, test installed coaxially to the first second sample, which is rigidly connected with the ends with the corresponding ends of the first sample.

Известным способом можно проводить испытания только трубчатых образцов, но он не может использоваться для плоских образцов.In a known manner it is possible to test only tubular samples, but it cannot be used for flat samples.

Техническая задача - расширение функциональных возможностей испытательной техники за счет реализации различных схем распространения трещин.The technical task is to expand the functionality of testing equipment through the implementation of various crack propagation schemes.

Поставленная задача решается предложенным способом испытаний образца на малоцикловую усталость в условиях плоского напряженного состояния, заключающимся в установке образца в виде плоской пластины в захватах испытательной машины с помощью двух рычагов Z-образной формы, при этом один конец пластины жестко соединяют через рычаг с верхним захватом испытательной машины, а другой с нижним захватом, затем осуществляют нагружение образца поперечными силами путем осевого перемещения нижнего захвата относительно верхнего, создавая плоское напряженное состояние в образце, причем в зависимости от перемещения нижнего захвата вверх или вниз относительно пластины создают непрерывно меняющийся положительный или отрицательный пульсирующий цикл.The problem is solved by the proposed method of testing the sample for low-cycle fatigue in the conditions of a plane stress state, which consists in installing the sample in the form of a flat plate in the grips of the testing machine using two levers of a Z-shape, while one end of the plate is rigidly connected through the lever with the upper gripper of the test machines, and the other with a lower grip, then load the sample with transverse forces by axial movement of the lower grip relative to the upper, creating a flat the charged state in the sample, and depending on the movement of the lower grip up or down relative to the plate, a continuously changing positive or negative pulsating cycle is created.

Предложенный способ иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 представлена схема расположения плоского образца в испытательной машине. На фиг. 2 показана схема напряженного состояния в области созданной трещины.The proposed method is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a layout of a flat sample in a test machine. In FIG. 2 shows a diagram of the stress state in the region of the created crack.

Схема содержит плоский образец 1, соединенный через рычаги 2 и 3 с испытательной машиной (машина не показана). Для соединения образца 1 с рычагами служат стальные накладки 4. На свободном конце рычага 2 выполнены отверстия 5 для крепления к неподвижному динамометру испытательной машины УМЭ-10-ТМ (машина не показана), а рычаг 3 на свободном конце имеет отверстие 6 для крепления к подвижному захвату испытательной машины.The circuit contains a flat sample 1 connected via levers 2 and 3 to a testing machine (machine not shown). To connect the sample 1 to the levers, steel plates 4 are used. At the free end of the lever 2, holes 5 are made for fastening to the stationary dynamometer of the UME-10-TM testing machine (the machine is not shown), and the lever 3 at the free end has a hole 6 for attaching to the movable grab the test machine.

Способ осуществляется следующим образом. Плоский образец 1 соединяется с рычагами 2 и 3 при помощи стальных накладок 4. Для крепления верхнего Z -образного рычага к динамометру испытательной машины служит отверстие 5, а для крепления нижнего Z -образного рычага к подвижной тяге машины отверстие 6. Крепление образца к нижнему и верхнему Z -образным рычагам осуществляется с помощью болтов 7.The method is as follows. The flat sample 1 is connected to the levers 2 and 3 by means of steel plates 4. To fix the upper Z-shaped lever to the dynamometer of the testing machine, use hole 5, and to attach the lower Z-shaped lever to the movable link of the machine, use hole 6. Fastening the sample to the lower and the upper Z-shaped levers are carried out using bolts 7.

При движении нижнего захвата вверх в рабочей части образца 1 за счет Z -образной формы рычагов возникает плоское напряженное состояние чистого сдвига, при котором по граням выделенного элемента действуют только касательные напряжения, равные по абсолютной величине. В зависимости от направления движения захвата, а следовательно, и знака действующих напряжений реализуется положительный или отрицательный пульсирующий цикл и в процессе испытаний определяются усталостные характеристики и оценивается кинетика роста трещин при различных схемах их распространения.When the lower grip moves upward in the working part of specimen 1 due to the Z-shaped levers, a plane shear stress state arises, in which only tangential stresses equal in absolute value act along the faces of the selected element. Depending on the direction of motion of the grip, and hence the sign of the acting stresses, a positive or negative pulsating cycle is realized and fatigue characteristics are determined during the tests and the kinetics of crack growth is evaluated for various propagation patterns.

Пример 1. Пусть сила F изменяется в пределах от 0 до (-F), тогда главное напряжение σ₁ будет изменяться от 0 до σ₁, а второе главное напряжение от 0 до (-σ₃) (фиг. 1). Если нагрузка F непрерывно меняется от 0 до (-F), то получается положительный пульсирующий цикл малоциклового нагружения.Example 1. Let the force F vary from 0 to (-F), then the main stress σ ₁ will vary from 0 to σ ₁ , and the second main stress from 0 to (-σ ₃ ) (Fig. 1). If the load F continuously changes from 0 to (-F), then a positive pulsating cycle of low-cycle loading is obtained.

Если начальная трещина расположена по диагонали к рассматриваемому элементу и перпендикулярна главному напряжению σ₁ (фиг. 1), то имеет место случай плоского напряженного состояния, при котором трещина будет развиваться с максимальной скоростью.If the initial crack is located diagonally to the element under consideration and is perpendicular to the main stress σ ₁ (Fig. 1), then there is a case of a plane stress state in which the crack will develop at maximum speed.

Пример 2. Пусть сила F изменяется в пределах от 0 до (+F), тогда главноеExample 2. Let the force F range from 0 to (+ F), then the main thing

напряжение σ₁ будет изменяться от 0 до σ₁, а второе главное напряжение от 0 до (-σ₃) (фиг. 2). Если нагрузка F непрерывно меняется от 0 до (+F), то имеет место положительный пульсирующий цикл малоциклового нагружения, при котором главное напряжение расположено вдоль трещины, и поэтому она увеличиваться не будет.stress σ ₁ will vary from 0 to σ ₁ , and the second main stress is from 0 to (-σ ₃ ) (Fig. 2). If the load F continuously changes from 0 to (+ F), then there is a positive pulsating cycle of low-cycle loading, at which the main stress is located along the crack, and therefore it will not increase.

Пример 3. Пусть сила F изменяется от 0 до (-F), а затем непрерывно меняется от (-F) до (+F). Тогда получим комбинацию двух предыдущих примеров, при которых устье трещины будет циклически растягиваться и сжиматься. При этом скорость роста трещины будет несколько заторможена по сравнению с первым примером.Example 3. Let the force F change from 0 to (-F), and then continuously change from (-F) to (+ F). Then we get a combination of the two previous examples, in which the crack mouth will cyclically stretch and contract. In this case, the crack growth rate will be somewhat inhibited in comparison with the first example.

Claims

A method of testing a sample for low-cycle fatigue under conditions of a plane stress state, which consists in installing a sample in the form of a flat plate in the grips of a testing machine using Z-shaped levers, with one end of the plate being rigidly connected through a lever to the upper gripper of the testing machine, and the other with the lower grip, then the sample is loaded by transverse forces by axial movement of the lower grip relative to the upper, creating a plane stress state in the sample, and depending The steps from moving the gripper up or down relative to the plate create a continuously changing positive or negative pulsating cycle.