RU2451282C1 - Method for determining mechanical characteristics of materials - Google Patents
Method for determining mechanical characteristics of materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451282C1 RU2451282C1 RU2010143671/28A RU2010143671A RU2451282C1 RU 2451282 C1 RU2451282 C1 RU 2451282C1 RU 2010143671/28 A RU2010143671/28 A RU 2010143671/28A RU 2010143671 A RU2010143671 A RU 2010143671A RU 2451282 C1 RU2451282 C1 RU 2451282C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- load
- indenter
- approximation
- elastic
- elastoplastic
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерений и, в частности, предназначено для использования при исследовании механических характеристик материалов.The invention relates to the field of measurements and, in particular, is intended for use in the study of the mechanical characteristics of materials.
Известен способ определения механических характеристик материалов (см. патент США №5.133.210, МПК G01 N3/42, опуб. 28.07.1992 г.), согласно которому при вдавливании сферического индентора непрерывно регистрируют диаграмму вдавливания в координатах «нагрузка - глубина», которую преобразуют в некоторый участок диаграммы растяжения образца в координатах «напряжение - деформация».A known method for determining the mechanical characteristics of materials (see US patent No. 5.133.210, IPC G01 N3 / 42, publ. 07/28/1992), according to which, when indenting a spherical indenter, an indentation diagram is continuously recorded in the coordinates "load - depth", which transform into a certain section of the tensile diagram of the sample in the coordinates of "stress - strain".
Недостатком такого способа является низкая точность определения напряжений.The disadvantage of this method is the low accuracy of the determination of stresses.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения механических характеристик материалов (см. авторское свидетельство СССР №1145273, Кл. G01N 3/42, опубл. 15.03.1985 г.), заключающийся в том, что в материал внедряют сферический индентор под непрерывно возрастающей нагрузкой, измеряют нагрузку и глубину отпечатка под нагрузкой, затем уменьшают нагрузку до нуля в момент начала прямо пропорциональной зависимости приращения нагрузки от приращения глубины отпечатка, а при повторном испытании - в момент окончания этой зависимости, измеряют остаточную глубину отпечатка, с учетом которой определяют временное сопротивление при первом испытании или равномерную деформацию при втором испытании.The closest in technical essence to the invention is a method for determining the mechanical characteristics of materials (see USSR author's certificate No. 1145273, CL.
Недостатками этого способа являются: трудоемкость, низкие точность, производительность и информативность.The disadvantages of this method are: the complexity, low accuracy, performance and information content.
Технической задачей изобретения является снижение трудоемкости, повышение точности, производительности и расширение функциональных возможностей способа.An object of the invention is to reduce the complexity, increasing accuracy, productivity and expanding the functionality of the method.
Эта техническая задача достигается тем, что в известном способе определения механических характеристик материалов, включающем внедрение в испытуемый материал сферического индентора при непрерывно возрастающей нагрузке, регистрацию диаграммы вдавливания с ветвями нагружения и разгрузки и измерение остаточной глубины отпечатка после полной разгрузки, согласно изобретению регистрацию диаграммы вдавливания проводят в координатах «нагрузка - упругопластическое сближение индентора и материала», измеряют нагрузку, упругое сближение материала и индентора и остаточную глубину отпечатка, соответствующие началу уменьшения производной функции нагрузки от упругопластического сближения, вычитают из общего упругого сближения упругую деформацию материала.This technical problem is achieved by the fact that in the known method for determining the mechanical characteristics of materials, including the introduction of a spherical indenter in the test material with a continuously increasing load, recording an indentation diagram with loading and unloading branches and measuring the residual imprint depth after complete unloading, according to the invention, an indentation diagram is recorded in coordinates "load - elastoplastic approach of the indenter and the material", measure the load, the elastic approach of the ma terial and indenter and the residual imprint depth corresponding to the beginning of the reduction of the derivative of the load function from the elastoplastic approach, the elastic deformation of the material is subtracted from the total elastic approach.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид диаграммы «нагрузка Р - упругопластическое сближение α», на фиг.2 показан общий вид диаграммы «dP/dα - Р», на фиг.3 представлена функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the diagram "load P - elastoplastic approximation α", Fig.2 shows a General view of the diagram "dP / dα - P", Fig.3 shows a functional diagram of a device for implementing the proposed way.
На фиг.1-2 приняты следующие обозначения: Р - нагрузка вдавливания;In Fig.1-2, the following designations are adopted: P is the indentation load;
PK - нагрузка вдавливания, соответствующая окончанию нагружения (в точке К);P K is the indentation load corresponding to the end of loading (at point K);
РВ - нагрузка вдавливания, соответствующая началу уменьшения производной функции Р=f(α) (в точке В);P B is the indentation load corresponding to the beginning of a decrease in the derivative of the function P = f (α) (at point B);
hВ - остаточная глубина отпечатка, соответствующая нагрузке РВ;h In the residual imprint depth corresponding to the load of R In ;
hк - остаточная глубина отпечатка после полной разгрузки;h to - residual imprint depth after complete unloading;
αк - упругопластическое сближение, соответствующее нагрузке РК;α to - elastoplastic approach, corresponding to the load R To ;
αВ - упругопластическое сближение, соответствующее нагрузке РВ;α In - elastoplastic approach, corresponding to the load P In ;
(αy)к - совместное упругое сближение материала и индентора при нагрузке РК;(α y ) k - joint elastic rapprochement of the material and indenter at the load R K ;
(αy)B - совместное упругое сближение материала и индентора при нагрузке РВ.(α y ) B - joint elastic rapprochement of the material and indenter at a load of R In
dP/dα - производная функции нагрузки от упругопластического сближения.dP / dα is the derivative of the load function from the elastic-plastic approach.
Устройство для реализации предлагаемого способа определения механических характеристик материалов содержит механизм нагружения 1, передающий усилие на испытуемый материал, который прижимается к индентору, закрепленному на силовом штоке 2, который соединен с датчиком измерения нагрузки 3 и датчиком измерения упругопластического сближения 4. Датчики соединены с преобразователем формы информации 5, выход которого связан непосредственно с персональным компьютером 6.A device for implementing the proposed method for determining the mechanical characteristics of materials contains a
Устройство, реализующее способ определения механических характеристик материалов, работает следующим образом.A device that implements a method for determining the mechanical characteristics of materials works as follows.
Механизм нагружения 1 внедряет сферический индентор в испытуемый материал. При этом электрические сигналы от датчика нагружения 3 и датчика упругопластического сближения 4 непрерывно поступают на вход преобразователя формы информации 5, который преобразует информацию и передает ее в цифровой форме в персональный компьютер 6. В процессе преобразования на экране компьютера в режиме реального времени отображается диаграмма вдавливания в координатах «Р - α» с ветвями нагружения и разгрузки, а также производится дифференцирование ветви нагружения диаграммы. По полученным диаграммам персональный компьютер определяет нагрузку, упругое сближение материала и индентора и остаточную глубину отпечатка, соответствующие началу уменьшения производной функции нагрузки от упругопластического сближения, и вычитает упругую деформацию материала. Затем определяются следующие механические характеристики материала:The
- Модуль нормальной упругости Ем=f(РВ, (αy)В, R, µм µш, Еш),- The modulus of normal elasticity E m = f (P B , (α y ) B , R, µ m µ sh , E sh ),
где R - радиус индентора; µм и µш - коэффициенты Пуассона испытуемого материала и материала индентора; Еш - модуль упругости материала индентора;where R is the indenter radius; µ m and µ W - Poisson's ratios of the test material and indenter material; E W - the modulus of elasticity of the material of the indenter;
Коэффициент, учитывающий соотношение упругой деформации индентора и упругой деформации испытуемого материала, k=Еш/(Еш+Ем);The coefficient taking into account the ratio of the elastic deformation of the indenter and the elastic deformation of the test material, k = E W / (E W + E m );
- Модуль упрочнения материала при вдавливании в пластической области Q=f(Pв,hв,R);- The module of the hardening of the material during indentation in the plastic region Q = f (P in , h in , R);
- Невосстановленную твердость по Бринеллю на уровне временного сопротивления (НВt)В=f(Рв, hв, (αу)В, R, k);- Unrestored Brinell hardness at the level of temporary resistance (HB t ) B = f (P in , h in , (α y ) B , R, k);
- Коэффициент, учитывающий соотношение упругой деформации индентора и упругой деформации испытуемого материала, k;- Coefficient taking into account the ratio of the elastic deformation of the indenter and the elastic deformation of the test material, k;
- Временное сопротивление при растяжении σВ=f((НВt)в);- Temporary tensile strength σ B = f ((HB t ) c );
- Условный предел текучести при растяжении σ0.2=f(q);- The conditional tensile strength σ 0.2 = f (q);
- Относительное остаточное равномерное удлинение при растяжении- Relative residual uniform elongation in tension
δp=f(hв,R).δ p = f (h in , R).
Весь процесс испытания с изображением диаграммы вдавливания и выдачей таблицы значений механических характеристик автоматизирован и занимает не более 3 мин.The entire test process with the image of the indentation diagram and the issuance of a table of values of the mechanical characteristics is automated and takes no more than 3 minutes.
В монографии (см. Матюнин В.М. оперативная диагностика механических свойств конструкционных материалов. Пособие для научных и инженерно-технических работников. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006, 214 с.) подробно изложены методики и технические средства определения перечисленных механических характеристик. Кроме того, перед проведением испытания выбирают и вдавливают индентор такого радиуса, при котором образуется отпечаток с площадью поверхности, равной изменению начальной площади поперечного сечения растягиваемого образца при достижении одинаковой относительной деформации при вдавливании и растяжении.The monograph (see VM Matyunin, operational diagnostics of the mechanical properties of structural materials. A manual for scientific and engineering workers. - M.: Publishing House MPEI, 2006, 214 pp.) Describes in detail the methods and technical means for determining the listed mechanical characteristics . In addition, before conducting the test, an indenter of a radius is selected and pressed in such a way that an imprint is formed with a surface area equal to the change in the initial cross-sectional area of the stretched sample when the same relative deformation during indentation and tension is achieved.
В таблице приведены результаты испытаний и определения механических характеристик стали 20Х13 и титанового сплава ВТ-4 предлагаемым способом вдавливания индентора и известным способом растяжения образца. Испытанные материалы сильно различаются модулем нормальной упругости и, как следствие, имеют различный коэффициент k, учитывающий соотношение упругой деформации испытуемого материала и упругой деформации индентора. В этом эксперименте R=0,5 мм, Еш=216000 Н/мм2, µм = µш = 0,28.The table shows the test results and determine the mechanical characteristics of steel 20X13 and titanium alloy VT-4 by the proposed method of indenter indentation and a known method of sample tension. The tested materials differ greatly in the modulus of normal elasticity and, as a result, have a different coefficient k, taking into account the ratio of the elastic deformation of the test material and the elastic deformation of the indenter. In this experiment, R = 0.5 mm, E W = 216000 N / mm 2 , µ m = µ W = 0.28.
Из таблицы следует, что максимальное относительное отклонение значений механических характеристик, определенных предлагаемым способом, от значений тех же механических характеристик, определенных способом растяжения образцов, не превышает ±5%.From the table it follows that the maximum relative deviation of the values of the mechanical characteristics determined by the proposed method from the values of the same mechanical characteristics determined by the method of stretching the samples does not exceed ± 5%.
Использование изобретения обеспечивает снижение трудоемкости, повышение точности, производительности и расширение функциональных возможностей способа.The use of the invention provides a reduction in the complexity, increased accuracy, productivity and expansion of the functionality of the method.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010143671/28A RU2451282C1 (en) | 2010-10-26 | 2010-10-26 | Method for determining mechanical characteristics of materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010143671/28A RU2451282C1 (en) | 2010-10-26 | 2010-10-26 | Method for determining mechanical characteristics of materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2451282C1 true RU2451282C1 (en) | 2012-05-20 |
Family
ID=46230847
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010143671/28A RU2451282C1 (en) | 2010-10-26 | 2010-10-26 | Method for determining mechanical characteristics of materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2451282C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2554306C2 (en) * | 2013-10-15 | 2015-06-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of assessment of micromechanical characteristics of local areas of metals |
RU2721089C1 (en) * | 2019-03-25 | 2020-05-15 | Учреждение образования "Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого" | Method of determining strength of material |
RU2721314C1 (en) * | 2019-04-01 | 2020-05-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of determining relative narrowing after fracture |
RU2765342C1 (en) * | 2021-04-14 | 2022-01-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method for determining the endurance limit of the material of a cylindrical part under torsion |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1145273A1 (en) * | 1981-04-28 | 1985-03-15 | Московский Ордена Ленина Энергетический Институт | Material mechanical characteristic determination method |
US5490416A (en) * | 1994-11-04 | 1996-02-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Method of determining elastic and plastic mechanical properties of ceramic materials using spherical indenters |
RU2066859C1 (en) * | 1992-05-06 | 1996-09-20 | Рыбинская государственная авиационная технологическая академия | Process of determination of mechanical properties of material |
RU98110204A (en) * | 1998-05-26 | 2000-02-27 | Московский энергетический институт (Технический университет) | METHOD FOR DETERMINING MECHANICAL CHARACTERISTICS OF MATERIALS |
-
2010
- 2010-10-26 RU RU2010143671/28A patent/RU2451282C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1145273A1 (en) * | 1981-04-28 | 1985-03-15 | Московский Ордена Ленина Энергетический Институт | Material mechanical characteristic determination method |
RU2066859C1 (en) * | 1992-05-06 | 1996-09-20 | Рыбинская государственная авиационная технологическая академия | Process of determination of mechanical properties of material |
US5490416A (en) * | 1994-11-04 | 1996-02-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Method of determining elastic and plastic mechanical properties of ceramic materials using spherical indenters |
RU98110204A (en) * | 1998-05-26 | 2000-02-27 | Московский энергетический институт (Технический университет) | METHOD FOR DETERMINING MECHANICAL CHARACTERISTICS OF MATERIALS |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2554306C2 (en) * | 2013-10-15 | 2015-06-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of assessment of micromechanical characteristics of local areas of metals |
RU2721089C1 (en) * | 2019-03-25 | 2020-05-15 | Учреждение образования "Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого" | Method of determining strength of material |
RU2721314C1 (en) * | 2019-04-01 | 2020-05-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of determining relative narrowing after fracture |
RU2765342C1 (en) * | 2021-04-14 | 2022-01-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method for determining the endurance limit of the material of a cylindrical part under torsion |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mokhtarishirazabad et al. | Optical and analytical investigation of overloads in biaxial fatigue cracks | |
US20040020276A1 (en) | Apparatus for indentation test and method for measuring mechanical properties using it | |
Yamada et al. | Crack closure under high load-ratio conditions for Inconel-718 near threshold behavior | |
RU2451282C1 (en) | Method for determining mechanical characteristics of materials | |
CN109030259A (en) | A method of repeatedly plus unloading spherical indenter indentation obtains material simple stress-strain stress relation | |
Tu et al. | Fatigue crack propagation behavior of high-strength steel under variable amplitude loading | |
Cravero et al. | Further developments in J evaluation procedure for growing cracks based on LLD and CMOD data | |
Feng et al. | Enhanced crack sizing and life estimation for welded tubular joints under low cycle actions | |
Wang et al. | Low-cycle fatigue life prediction of spot welds based on hardness distribution and finite element analysis | |
Midawi et al. | Elastic-plastic property evaluation using a nearly flat instrumented indenter | |
Pessard et al. | Microstructural heterogeneities and fatigue anisotropy of forged steels | |
Vasco-Olmo et al. | Experimental evaluation of the effect of overloads on fatigue crack growth by analysing crack tip displacement fields | |
CN109299498A (en) | The modified method of discrimination of Pulling escape testing result time and temperature effect and system | |
Bao et al. | Piezomagnetic hysteresis as a non-destructive measure of the metal fatigue process | |
Collin et al. | An experimental method to determine the contact radius changes during a spherical instrumented indentation | |
RU2610936C1 (en) | Method of determining strain and stress intensity in local zones of plastically deformeed material | |
Chollacoop et al. | Experimental assessment of the representative strains in instrumented sharp indentation | |
Belchenko et al. | An estimation of the strain-stress state under cyclic loading by the acoustoelasticity method | |
CN110715982A (en) | Moment tensor-based reinforced concrete structure crack type judgment method | |
Li et al. | Study on mechanical properties and acoustic emission characteristics of metallic materials under the action of combined tension and torsion | |
Sumikawa et al. | Stress state dependency of unloading behavior in high strength steels | |
Shrama et al. | Fatigue crack monitoring in mild steel specimens using acoustic emission and digital image correlation | |
Benedetti et al. | Fatigue cracks emanating from sharp notches in high-strength aluminium alloys: The effect of loading direction, kinking, notch geometry and microstructure | |
RU2609817C1 (en) | Method of mechanical tests of metal | |
RU2003111551A (en) | TESTING MACHINE FOR MECHANICAL TENSION MATERIAL TESTS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161027 |