RU2483214C1 - Способ определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел - Google Patents
Способ определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел Download PDFInfo
- Publication number
- RU2483214C1 RU2483214C1 RU2011143433/03A RU2011143433A RU2483214C1 RU 2483214 C1 RU2483214 C1 RU 2483214C1 RU 2011143433/03 A RU2011143433/03 A RU 2011143433/03A RU 2011143433 A RU2011143433 A RU 2011143433A RU 2483214 C1 RU2483214 C1 RU 2483214C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crack
- sample
- specimen
- specific surface
- face
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к механике разрушения твердых тел и может быть использовано при определении прочностных свойств композиционных материалов и горных пород в строительной и горной областях промышленности. Техническим результатом является высокая точность экспериментального определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел на образцах в лабораторных условиях. Сущность способа и устройства заключается в том, что удельную поверхностную энергии определяют из диаграммы деформации образца на прямом и обратном ходе. При этом на образец наносят стартовую поперечную трещину, к противоположной грани прикладывают распределенную силу, указанные грани фиксируют сжатием между параллельными жесткими упругими основаниями, а к торцам образца выше площади серединной поверхности над трещиной прикладывают продольную сжимающую силу. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 3 ил.
Description
Изобретение относится к механике разрушения твердых тел и может быть использовано при определении прочностных свойств композиционных материалов и горных пород в строительной и горной областях промышленности.
Известен способ определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел, включающий нанесение стартовой поперечной трещины на грань образца прямоугольной призмы, приложение к противоположной грани распределенной силы и определение величины разрушающей силы [1].
Устройство аналога для реализации способа содержит призматический образец со стартовой трещиной между образующими ребрами нижней грани, шток для измерения силы, находящийся в контакте с цилиндрической распределительной балкой на верхней грани, и опоры на торцевых ребрах нижней грани образца [1].
В аналоге способа и устройства на основе экспериментального измерения разрушающей силы определяют параметр трещиностойкости (вязкости разрушения), а величину удельной поверхностной энергии определяют расчетным путем по формулам, включающим параметр трещиностойкости и модуль деформации материала образца.
Недостатком аналога является то, что расчетное значение удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел содержит погрешность не менее 15% экспериментального определения модуля деформации материала образца, определяемого в других экспериментах. Кроме того, истинное значение удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел существенно выше расчетного значения, поскольку в реальном процессе разрушения имеют место затраты энергии в связи с образованием дополнительных микроразрушений вблизи устья развивающейся трещины. Влияют также микропластические смещения, превращение части энергии деформаций в тепловую энергию, особенно при циклическом силовом воздействии.
Известен способ определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел, включающий нанесение стартовой поперечной трещины на грань образца прямоугольной призмы, приложение к противоположной грани распределенной силы и построение диаграммы деформации образца на прямом и обратном ходе, принятый за прототип [2].
Устройство прототипа для реализации способа содержит призматический образец со стартовой трещиной между образующими ребрами нижней грани, шток для измерения силы и деформаций, находящийся в контакте с цилиндрической распределительной балкой на верхней грани и опоры на торцевых ребрах нижней грани образца [2].
В известном способе и устройстве определяют работу на образование новой поверхности разрушения исходя из площади петли гистерезиса на диаграмме деформации. Затраченная работа, отнесенная к площади образованной поверхности, составляет истинную удельную энергию разрушения твердого тела под действием растягивающих напряжений.
Недостатком прототипа является то, что в процессе силового нагружения образца из хрупкого материала стартовая трещина с большой скоростью проходит насквозь через все сечение образца, что исключает запись обратного хода деформации и делает невозможным достоверное вычисление удельной поверхностной энергии разрушения. Использование для испытаний более масштабных образцов требует применения мощного силового устройства, что не всегда возможно в условиях простых лабораторных условиях. Известное устройство не позволяет проводить испытания в условиях циклических силовых нагрузок. К тому же при реализации известного способа имеют место неучтенные потери энергии на смятие зоны контакта образца в местах приложения силы и на контакте с опорами, что понижает точность измерений.
Задачей изобретения является повышение точности экспериментального определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел на образцах в лабораторных условиях.
Это достигается тем, что в способе определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел, включающем нанесение стартовой поперечной трещины на грань образца прямоугольной призмы, приложение к противоположной грани распределенной силы и построение диаграммы деформации образца на прямом и обратном ходе, указанные грани фиксируют сжатием между параллельными жесткими упругими основаниями, а к торцам образца выше площади срединной поверхности над трещиной прикладывают продольную сжимающую силу.
В устройстве для реализации способа, содержащем призматический образец со стартовой трещиной между ребрами нижней грани, шток для измерения силы и деформаций, находящийся в контакте с цилиндрической распределительной балкой на верхней грани, и краевые опоры нижней грани образца, на верхней и нижней гранях образца установлены упругие антифрикционные пластины с отверстиями, скрепленные двумя соединительными стержнями, в которых выполнены поперечные резьбовые отверстия с размещенными в них винтовыми домкратами, упирающимися через распределительные накладки в торцы образца выше серединной поверхности над трещиной.
На фиг.1 схематически показано устройство для реализации способа определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел.
На фиг.2 показан вид сбоку этого же устройства.
На фиг.3 показана диаграмма деформации образца на прямом и обратном ходе.
Способ определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел осуществляют следующим образом.
Образец 1 (см. фиг.1 и фиг.2) прямоугольной призмы со стартовой трещиной 2 на нижней грани образца размещают между верхней 3 и нижней 4 упругими антифрикционными пластинами. Для снижения трения на контакте пластин 3 и 4 с гранями образца 1 наносят антифрикционную смазку, например вазелин (не показано). Пластины 3 и 4 через краевые отверстия скреплены между собой соединительными стержнями 5 и 6 на гайках 7, 8, 9 и 10. Гайки 7, 8, 9 и 10 закручивают, обеспечивая тем самым сжатие образца 1 в вертикальном направлении и горизонтальное растяжение пластин 3 и 4. В стержнях 5 и 6 выполнены поперечные резьбовые отверстия, в которых размещены винтовые домкраты 11 и 12, упирающиеся через распределительные накладки 13 и 14 в торцы образца 1 выше серединной поверхности над трещиной 2. Винтовые домкраты 11 и 12 закручивают, создавая сжимающие напряжения в образце 1 в пространстве выше серединной поверхности, при этом пластины 3 и 4 растягиваются. Силовую нагрузку на образец 1 передают на распределительную балку 15 через шток 16, в котором предусмотрены датчики 17 для измерения силы и деформаций. Нижняя пластина 4 опирается на опоры 18 и 19, закрепленные на основании 20.
В процессе испытаний на прямом ходе под действием силовой нагрузки образец 1 изгибают между опорами 18 и 19 и при критической величине растягивающих напряжений, возникающих в вершине стартовой трещины 2, происходит ее рост в пространстве ниже серединной поверхности. Сквозного распространения трещины 2 не происходит, поскольку в пространстве выше серединной поверхности действуют сжимающие напряжения, гарантированно прекращающие неуправляемое распространение трещины 2. Далее, на обратном ходе силовую нагрузку уменьшают до нуля, и упругие пластины 3 и 4 возвращаются в исходное положение, чему также способствует их ранее растянутое состояние. Наличие антифрикционного контакта (не отмечено) между образцом 1 и пластинами 3 и 4 исключает потери энергии на трение.
На фиг.3 показана диаграмма деформирования образца 1 на прямом ходе 21 (кривая ОАВ) и обратном ходе 22 (кривая ВСО). Площадь гистерезиса 23 между указанными кривыми характеризует работу A (Дж) на образование новой поверхности разрушения величиной S (м2). Удельную поверхностную энергия разрушения твердого тела находят в виде отношения
Что касается метода определения величины новой поверхности разрушения S, то ее определяют измерением длины распространения трещины 2 на взаимно противоположных вертикальных гранях и умножением средней величины на расстояние между гранями. При этом максимальная длина распространения трещины 2 не превышает высоту сжатой серединной поверхности торцевой части образца 1.
Предложенный способ и устройство для его реализации обеспечивают необходимые измерения удельной поверхностной энергии на небольших образцах и не требуют мощного испытательного оборудования, способного затормозить неуправляемый рост стартовой трещины. Малые габариты устройства сокращают диссипацию энергии и позволяют производить измерения искомого показателя с высокой точностью.
Таким образом, предложенное устройство повышает точность определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел на стандартных образцах в лабораторных условиях.
Пример реализации. Образец композитного материала в виде призмы с прямоугольным основанием со сторонами 50 и 60 мм, длиной 100 мм устанавливают между двумя упругими пластинами из пружинной стали типа 65Г длиной 200 мм, шириной 50 мм, толщиной 2 мм. Пластины скреплены стержнями диаметром 30 мм и стянуты гайками усилием 150 Н. В стержнях выполнены поперечные резьбовые отверстия диаметром 15 мм с размещенными в них болтами, выполняющими роль винтовых домкратов. Винтовые домкраты создают сжимающую нагрузку 500 Н на торцевых плоскостях образца выше серединной поверхности. Для измерения вертикальной силы и деформаций использовано типовое оборудование: динамометр типа АЦДС-10/2И-1 и датчик перемещений типа ДПТ16-5И. Образец подвержен действию монотонно возрастающей вертикальной силовой нагрузки до величины 3000 Н, под действием которой стартовая трещина с начальной длиной 5 мм увеличилась до 30 мм. Площадь гистерезиса между кривыми прямого и обратного хода составила 8 Дж. Площадь поверхности, образованной при росте трещины, равна (30-5)·50·2=2500 мм2 (0,0025 м2). Следовательно, удельная поверхностная энергии разрушения композита составляет
Таким образом, разработанный способ и устройство для его реализации позволяют проводить испытания образцов на простом лабораторном оборудовании и высокой точностью.
Источники информации
1. ГОСТ СССР №10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.
2. ГОСТ СССР №29167-91 Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении (прототип).
Claims (2)
1. Способ определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел, включающий нанесение стартовой поперечной трещины на грань образца прямоугольной призмы, приложение к противоположной грани распределенной силы и построение диаграммы деформации образца на прямом и обратном ходе, отличающийся тем, что указанные грани фиксируют сжатием между параллельными жесткими упругими основаниями, а к торцам образца выше площади серединной поверхности над трещиной прикладывают продольную сжимающую силу.
2. Устройство для реализации способа, содержащее призматический образец со стартовой трещиной между ребрами нижней грани, шток для измерения силы и деформаций, находящийся в контакте с цилиндрической распределительной балкой на верхней грани, и краевые опоры нижней грани образца, отличающееся тем, что на верхней и нижней гранях образца установлены упругие антифрикционные пластины с отверстиями, скрепленные двумя соединительными стержнями, в которых выполнены поперечные резьбовые отверстия с размещенными в них винтовыми домкратами, упирающимися через распределительные накладки в торцы образца выше серединной поверхности над трещиной.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011143433/03A RU2483214C1 (ru) | 2011-10-27 | 2011-10-27 | Способ определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011143433/03A RU2483214C1 (ru) | 2011-10-27 | 2011-10-27 | Способ определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2483214C1 true RU2483214C1 (ru) | 2013-05-27 |
Family
ID=48791965
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011143433/03A RU2483214C1 (ru) | 2011-10-27 | 2011-10-27 | Способ определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2483214C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109374413A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-22 | 南昌大学 | 适用于钢筋混凝土梁承载力的现场检测装置及其设置方法 |
RU2685447C1 (ru) * | 2018-04-17 | 2019-04-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова" | Способ определения коэффициента восстановления путем статических нагружений |
RU2756935C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-10-07 | Сергей Константинович Есаулов | Способ разрушения материального твердого тела при локальном высокоинтенсивном тепловом воздействии на его поверхность |
RU2756936C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-10-07 | Сергей Константинович Есаулов | Способ разрушения материального твердого тела при локальном высокоинтенсивном тепловом воздействии на его поверхность |
RU2756998C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-10-08 | Сергей Константинович Есаулов | Способ разрушения материального твердого тела при локальном высокоинтенсивном тепловом воздействии на его поверхность |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4003246A (en) * | 1975-08-08 | 1977-01-18 | Mts Systems Corporation | Specimen crack stress intensity control loop for test device |
RU2009463C1 (ru) * | 1991-05-12 | 1994-03-15 | Волгоградский Политехнический Институт | Способ определения вязкости разрушения материала |
UA32436C2 (ru) * | 1995-07-06 | 2000-12-15 | Інститут Проблем Міцності Національної Академії Наук України | Способ испытания материалов на трещиноустойчивость |
RU2200943C2 (ru) * | 2001-04-09 | 2003-03-20 | Волгоградская государственная архитектурно-строительная академия | Способ определения трещиностойкости материалов |
RU2324916C1 (ru) * | 2006-10-27 | 2008-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" | Способ определения критического коэффициента интенсивности напряжения в изделии |
-
2011
- 2011-10-27 RU RU2011143433/03A patent/RU2483214C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4003246A (en) * | 1975-08-08 | 1977-01-18 | Mts Systems Corporation | Specimen crack stress intensity control loop for test device |
RU2009463C1 (ru) * | 1991-05-12 | 1994-03-15 | Волгоградский Политехнический Институт | Способ определения вязкости разрушения материала |
UA32436C2 (ru) * | 1995-07-06 | 2000-12-15 | Інститут Проблем Міцності Національної Академії Наук України | Способ испытания материалов на трещиноустойчивость |
RU2200943C2 (ru) * | 2001-04-09 | 2003-03-20 | Волгоградская государственная архитектурно-строительная академия | Способ определения трещиностойкости материалов |
RU2324916C1 (ru) * | 2006-10-27 | 2008-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" | Способ определения критического коэффициента интенсивности напряжения в изделии |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГОСТ 29167-91. Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2685447C1 (ru) * | 2018-04-17 | 2019-04-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова" | Способ определения коэффициента восстановления путем статических нагружений |
CN109374413A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-22 | 南昌大学 | 适用于钢筋混凝土梁承载力的现场检测装置及其设置方法 |
CN109374413B (zh) * | 2018-11-30 | 2024-03-29 | 南昌大学 | 适用于钢筋混凝土梁承载力的现场检测装置及其设置方法 |
RU2756935C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-10-07 | Сергей Константинович Есаулов | Способ разрушения материального твердого тела при локальном высокоинтенсивном тепловом воздействии на его поверхность |
RU2756936C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-10-07 | Сергей Константинович Есаулов | Способ разрушения материального твердого тела при локальном высокоинтенсивном тепловом воздействии на его поверхность |
RU2756998C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-10-08 | Сергей Константинович Есаулов | Способ разрушения материального твердого тела при локальном высокоинтенсивном тепловом воздействии на его поверхность |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2483214C1 (ru) | Способ определения удельной поверхностной энергии разрушения твердых тел | |
Ruiz et al. | A comprehensive study of mechanical properties of compressed earth blocks | |
Hoover et al. | Experimental chemo-mechanics of early-age fracture properties of cement paste | |
Saliba et al. | Identification of damage mechanisms in concrete under high level creep by the acoustic emission technique | |
Vidya Sagar et al. | Kaiser effect observation in reinforced concrete structures and its use for damage assessment | |
CN108489808A (zh) | 一种声发射测试混凝土单轴受拉应力应变关系的方法 | |
CN102564870A (zh) | 裂纹扩展试验方法及装置 | |
Graybeal et al. | Direct and flexural tension test methods for determination of the tensile stress-strain response of UHPFRC | |
Vidya Sagar et al. | Laboratory investigations on cracking in reinforced concrete beams using on-line acoustic emission monitoring technique | |
RU2558852C1 (ru) | Устройство для измерения характеристик образцов бетона, приготовленного на основе расширяющегося цемента | |
RU2324916C1 (ru) | Способ определения критического коэффициента интенсивности напряжения в изделии | |
Zavalis et al. | Analysis of bed joint influence on masonry modulus of elasticity | |
Cardani et al. | Flexural strength and notch sensitivity in natural building stones: Carrara and Dionysos marble | |
Kaji et al. | Mechanical properties of saturated concrete depending on the strain rate | |
Ivanyts’ kyi et al. | Methods for the Construction of the Kinetic Diagrams of Fatigue Fracture for Steels Under the Conditions of Trаnsverse Shear with Regard for the Friction of Crack Lips | |
RU2477459C1 (ru) | Способ испытания и определения степени живучести строительных конструкций | |
RU2596694C1 (ru) | Способ измерения длины трещины и скорости ее развития в изгибаемых и растягиваемых элементах конструкций | |
RU2569915C1 (ru) | Способ определения плотности грунта при компрессионных испытаниях | |
RU2292029C1 (ru) | Способ определения модуля упругости юнга материалов | |
Ozu et al. | Evaluation of size effect in bending characteristics of DFRCC based on bridging law | |
RU2725162C1 (ru) | Способ определения параметров трещиностойкости бетона в изделии | |
Mészöly et al. | Derivation of constitutive law for UHPFRC using DIC system | |
Nguyen et al. | Investigation of cracking in bituminous mixtures with a 4 points bending test | |
Mulik et al. | Concrete Quality Assessment by Using Non-Destructive Test | |
CN116893104B (zh) | 一种脆性固体材料的渗透压力劈裂力学性能评价方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161028 |