RU2538419C1 - Method of determination of ultimate tensile strength of dielectric materials during induction heat - Google Patents

Method of determination of ultimate tensile strength of dielectric materials during induction heat Download PDF

Info

Publication number
RU2538419C1
RU2538419C1 RU2013136723/28A RU2013136723A RU2538419C1 RU 2538419 C1 RU2538419 C1 RU 2538419C1 RU 2013136723/28 A RU2013136723/28 A RU 2013136723/28A RU 2013136723 A RU2013136723 A RU 2013136723A RU 2538419 C1 RU2538419 C1 RU 2538419C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
heating
determination
tensile strength
sample
Prior art date
Application number
RU2013136723/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013136723A (en
Inventor
Михаил Юрьевич Русин
Владимир Викторович Антонов
Максим Олегович Забежайлов
Дмитрий Александрович Рогов
Сергей Александрович Анучин
Геннадий Николаевич Середа
Павел Юрьевич Якушкин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" filed Critical Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология"
Priority to RU2013136723/28A priority Critical patent/RU2538419C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2538419C1 publication Critical patent/RU2538419C1/en
Publication of RU2013136723A publication Critical patent/RU2013136723A/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: essence of a method consists in determination of ultimate tensile strength of standard samples at high intensity induction heat of intermediate metal heating element in a heat contact with the tested sample. The method takes into account the specificity of materials use in articles with high heat loads and heating rates. In material operating conditions in such articles a dynamic heating occurs at heating rates 10-100°C/c up to the destruction temperature with total time of heating from several dozens of seconds up to several minutes. As a result the material in operating conditions bears heat loads with smaller duration, than in conditions of mechanical tests of samples using standard methods. Meanwhile the material holding period at high temperature significantly influences its mechanical characteristics. The induction heat allows to perform quick heat of intermediate metal heating element with a possibility of precise heat self-control, that is essential to implement the dynamic heat according to the preselected condition.
EFFECT: decrease of error of determination of mechanical characteristics.
5 dwg

Description

Изобретение относится к методам определения механических характеристик диэлектрических материалов с учетом условий их применения.The invention relates to methods for determining the mechanical characteristics of dielectric materials, taking into account the conditions of their use.

Известен способ определения механических характеристик материала при нагреве образца электрическим нагревателем, расположенным вблизи поверхности образца, за счет чего возможно достижение температуры испытания 2500°C (Магнитский И.В., Пономарев К.А., Миронихин А.Н. Доработка и настройка установки для механических испытаний композиционных материалов при высоких температурах / Материалы XIX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. Москва, ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» 14-18 ноября 2011 г.). Недостатком этого способа является применение нагревателей из графита, из-за чего испытания при температурах больше 650°C проводят в инертной среде, что не соответствует условиям эксплуатации материала.A known method for determining the mechanical characteristics of a material when a sample is heated by an electric heater located near the surface of the sample, due to which it is possible to achieve a test temperature of 2500 ° C (Magnitsky I.V., Ponomarev K.A., Mironikhin A.N. Mechanical Testing of Composite Materials at High Temperatures / Materials of the XIX Scientific and Technical Conference of Young Scientists and Specialists. Moscow, Rocket and Space Corporation Energia, November 14-18, 2011). The disadvantage of this method is the use of graphite heaters, which is why tests at temperatures above 650 ° C are carried out in an inert environment, which does not correspond to the operating conditions of the material.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов за счет приближения условий испытания образца к эксплуатационным тепловым нагрузкам материала в изделии. Поставленная задача решается тем, что предложен способ определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов, включающий нагрев образца по заданному режиму, и определение его предела прочности при растяжении, отличающийся высокой скоростью нагрева за счет применения промежуточного металлического нагревательного элемента, имеющего тепловой контакт с испытываемым образцом и нагреваемого при помощи индукционного нагревателя.The task of the invention is to increase the accuracy of determining the tensile strength of dielectric materials by approximating the test conditions of the sample to the operational thermal loads of the material in the product. The problem is solved in that the proposed method for determining the tensile strength of dielectric materials, including heating the sample in a given mode, and determining its tensile strength, characterized by a high heating rate due to the use of an intermediate metal heating element having thermal contact with the test sample and heated by induction heater.

Способ учитывает специфику применения материалов в изделиях с высокими тепловыми нагрузками и скоростями нагрева. В условиях эксплуатации материала в таких изделиях происходит динамический нагрев при скоростях нагрева 10-100°C/с до температуры начала деструкции при общем времени нагрева от нескольких десятков секунд до нескольких минут. Вследствие этого материал в условиях эксплуатации испытывает тепловые нагрузки меньшей длительности, чем в условиях механических испытаний образцов стандартными методами. При этом время выдержки материала при высокой температуре оказывает существенное влияние на его механические характеристики.The method takes into account the specifics of the use of materials in products with high thermal loads and heating rates. Under the conditions of operation of the material in such products, dynamic heating occurs at heating rates of 10-100 ° C / s to the temperature at which the destruction begins with a total heating time of several tens of seconds to several minutes. As a result of this, the material under operating conditions experiences thermal loads of shorter duration than under mechanical testing of samples by standard methods. Moreover, the exposure time of the material at high temperature has a significant impact on its mechanical characteristics.

Сущность способа заключается в определении предела прочности при растяжении стандартных образцов при высокоинтенсивном индукционном нагреве промежуточного металлического нагревательного элемента, имеющего тепловой контакт с испытываемым образцом. Индукционный нагрев позволяет осуществлять быстрый нагрев промежуточного металлического нагревательного элемента с возможностью точного автоматического управления нагревом, что является существенным для реализации динамического нагрева по заданному режиму.The essence of the method is to determine the tensile strength of standard samples during high-intensity induction heating of an intermediate metal heating element having thermal contact with the test sample. Induction heating allows rapid heating of the intermediate metal heating element with the ability to accurately automatically control the heating, which is essential for the implementation of dynamic heating in a given mode.

Изобретение поясняется конкретным примером определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов. Испытания проводят на испытательной машине, дополнительно оборудованной индукционным нагревателем 1 для нагрева металлических пластин 2, расположенных по обеим сторонам образца 3 (фиг.1). Температура образца контролируется в центре металлической пластины с помощью пирометра или термоэлектрического преобразователя, рабочий спай которого имеет надежный контакт с поверхностью пластины или приварен точечной сваркой.The invention is illustrated by a specific example of determining the tensile strength of dielectric materials. The tests are carried out on a testing machine, additionally equipped with an induction heater 1 for heating metal plates 2 located on both sides of the sample 3 (figure 1). The temperature of the sample is controlled in the center of the metal plate using a pyrometer or thermoelectric transducer, the working junction of which has reliable contact with the surface of the plate or welded by spot welding.

Для испытаний применяются образцы по стандарту ГОСТ 11262-80 в виде пластин из композиционного материала размером 250×25 мм, толщиной от 2 до 6 мм. Рабочая зона образцов составляет 25 мм в центре образца. Для нагрева применяются металлические пластины размером 25×25 мм. Прочность при растяжении σ, кгс/мм определяется по формулеFor testing, samples are used according to the standard GOST 11262-80 in the form of plates of composite material measuring 250 × 25 mm, thickness from 2 to 6 mm. The working area of the samples is 25 mm in the center of the sample. For heating, metal plates with a size of 25 × 25 mm are used. The tensile strength σ, kgf / mm is determined by the formula

σ = P S

Figure 00000001
, σ = P S
Figure 00000001
,

где P - максимальная нагрузка при испытании на растяжение, кгс;where P is the maximum load during tensile testing, kgf;

S - площадь поперечного сечения, мм2.S is the cross-sectional area, mm 2 .

На фиг.2, а показана расчетная конечно-элементная модель (1/4 часть) испытываемого образца. Из расчетов следует, что рекомендуемым режимом нагрева является выход на температуру испытаний 1000°C за 60 секунд с последующей выдержкой не менее 20 секунд (фиг.2, б). При таком режиме рабочая зона образца прогревается полностью и равномерно, а термические напряжения, возникающие в образце при нагреве, не превышают 3% от разрушающей нагрузки.Figure 2, a shows the calculated finite element model (1/4 part) of the test sample. From the calculations it follows that the recommended heating mode is to reach the test temperature of 1000 ° C in 60 seconds with a subsequent exposure of at least 20 seconds (Fig.2, b). In this mode, the working zone of the sample is heated completely and evenly, and the thermal stresses arising in the sample upon heating do not exceed 3% of the breaking load.

Эксперимент (фиг.3) показал хорошее соответствие с результатами расчетов - время выхода на температуру испытания 1000°C составляет ~50 с. Таким образом, рассматриваемая конструкция образца и системы нагрева позволяет осуществить имитацию температурного режима рабочей части образца, соответствующего изделию и корректно провести испытания образца при осевом растяжении.The experiment (figure 3) showed good agreement with the calculation results - the time to reach the test temperature of 1000 ° C is ~ 50 s. Thus, the considered design of the sample and the heating system makes it possible to simulate the temperature regime of the working part of the sample corresponding to the product and correctly test the sample under axial tension.

На фиг.4 показана диаграмма деформирования образца при испытании на растяжение, а на фиг.5 представлен образец после проведения испытания. Разрушение образца произошло в середине рабочей зоны. Такой характер разрушения был зафиксирован на всех образцах, прошедших испытания, что говорит о хорошей воспроизводимости условий испытаний. Полученные результаты характеризуются низким разбросом значений прочности - до 8% при температуре испытаний 1000°C.Figure 4 shows a diagram of the deformation of the sample during the tensile test, and figure 5 shows the sample after the test. The destruction of the sample occurred in the middle of the working area. This nature of the failure was recorded on all samples tested, which indicates good reproducibility of the test conditions. The results are characterized by a low dispersion of strength values - up to 8% at a test temperature of 1000 ° C.

Данное техническое предложение позволяет приблизить условия испытания материала к эксплуатационным тепловым нагрузкам в изделиях, тем самым снизив погрешность определения механических характеристик.This technical proposal allows us to bring the test conditions of the material closer to the operational thermal loads in the products, thereby reducing the error in determining the mechanical characteristics.

Claims (1)

Способ определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов при индукционном нагреве, включающий нагрев образца до заданной температуры и определение предела прочности при растяжении образца, отличающийся тем, что нагрев образца до заданной температуры со скоростью 10-100°C/с и последующей выдержкой не менее 20 секунд осуществляют посредством промежуточных металлических элементов, расположенных в центре по обеим сторонам образца, нагреваемых индукционным нагревателем. A method for determining the tensile strength of dielectric materials during induction heating, including heating the sample to a predetermined temperature and determining the tensile strength of the sample, characterized in that the sample is heated to a predetermined temperature at a rate of 10-100 ° C / s and subsequent exposure is at least 20 seconds is carried out by means of intermediate metal elements located in the center on both sides of the sample, heated by an induction heater.
RU2013136723/28A 2013-08-06 2013-08-06 Method of determination of ultimate tensile strength of dielectric materials during induction heat RU2538419C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013136723/28A RU2538419C1 (en) 2013-08-06 2013-08-06 Method of determination of ultimate tensile strength of dielectric materials during induction heat

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013136723/28A RU2538419C1 (en) 2013-08-06 2013-08-06 Method of determination of ultimate tensile strength of dielectric materials during induction heat

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2538419C1 true RU2538419C1 (en) 2015-01-10
RU2013136723A RU2013136723A (en) 2015-02-20

Family

ID=53281811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013136723/28A RU2538419C1 (en) 2013-08-06 2013-08-06 Method of determination of ultimate tensile strength of dielectric materials during induction heat

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2538419C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685074C1 (en) * 2018-01-29 2019-04-16 Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") Apparatus for testing mechanical properties of dielectric materials at high temperature
RU2687892C1 (en) * 2018-09-07 2019-05-16 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Flat metal sample for mechanical tests
RU2711557C1 (en) * 2019-02-25 2020-01-17 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method of determining ultimate tensile strength of ceramic and composite materials during induction heating
RU2738432C1 (en) * 2019-12-17 2020-12-14 Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» Method for thermal loading of aircraft structural elements
RU2794108C1 (en) * 2022-10-07 2023-04-11 Федеральное Автономное Учреждение "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method for determining tensile strength of ceramic and composite materials

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU89432A1 (en) * 1950-03-16 1950-11-30 И.А. Яров Tensile Testing Machine for Metal Samples
SU146577A1 (en) * 1960-07-07 1961-11-30 Н.И. Волков Machine for determining the mechanical properties of tensile and high-speed heating of flat samples
JP2000241325A (en) * 1999-02-22 2000-09-08 Japan Science & Technology Corp High-temperature strength-testing device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU89432A1 (en) * 1950-03-16 1950-11-30 И.А. Яров Tensile Testing Machine for Metal Samples
SU146577A1 (en) * 1960-07-07 1961-11-30 Н.И. Волков Machine for determining the mechanical properties of tensile and high-speed heating of flat samples
JP2000241325A (en) * 1999-02-22 2000-09-08 Japan Science & Technology Corp High-temperature strength-testing device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Магнитский И.В., Пономарев К.А., Миронихин А.Н. Доработка и настройка установки для механических испытаний композиционных материалов при высоких температурах / Материалы XIX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. Москва, ОАО "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" 14-18 ноября 2011 г. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685074C1 (en) * 2018-01-29 2019-04-16 Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") Apparatus for testing mechanical properties of dielectric materials at high temperature
RU2687892C1 (en) * 2018-09-07 2019-05-16 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Flat metal sample for mechanical tests
RU2711557C1 (en) * 2019-02-25 2020-01-17 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method of determining ultimate tensile strength of ceramic and composite materials during induction heating
RU2738432C1 (en) * 2019-12-17 2020-12-14 Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» Method for thermal loading of aircraft structural elements
RU2794108C1 (en) * 2022-10-07 2023-04-11 Федеральное Автономное Учреждение "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method for determining tensile strength of ceramic and composite materials

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013136723A (en) 2015-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Naderi et al. Real-time fatigue life monitoring based on thermodynamic entropy
RU2538419C1 (en) Method of determination of ultimate tensile strength of dielectric materials during induction heat
Fan et al. A new application of the infrared thermography for fatigue evaluation and damage assessment
Zhang et al. Rapid determination of fatigue life based on temperature evolution
CN107389445A (en) A kind of method of stress relaxation test evaluation material reheat cracking susceptibility
JP2014077696A (en) Creep test device and creep test method
EP2677297A1 (en) Method for ultrasonic fatigue testing at high temperature, and testing device
US20200116660A1 (en) System for thermally influencing a crack tip of crack within a specimen and related methods
JP5023995B2 (en) Heat-resistant material testing equipment and test piece
CN105445116B (en) A kind of polymeric material room high temperature multiaxis circulation test device
Schaumann et al. Fatigue tests of axially loaded butt welds up to very high cycles
CN108398336B (en) Method for obtaining fracture of high-temperature tensile sample
NL2026681A (en) System and method for testing uniaxial tensile high-temperature mechanical properties of plate
RU2561014C1 (en) Method of non-destructive resting of degree of exhaustion of protective properties of filter-absorbing articles
RU2313082C1 (en) Metallic product inspection method
Lew et al. A Joule Heated High-Temperature Tensile Split Hopkinson Pressure Bar
CN114354689A (en) Method for measuring defect depth of sample by square wave excitation infrared thermal wave imaging
RU2548607C1 (en) Method for determining ultimate strength and elasticity modulus at offset of adhesive joints of metal specimens at induction heating
Bär Determination of dissipated Energy in Fatigue Crack Propagation Experiments with Lock-In Thermography and Heat Flow Measurements
KR102103429B1 (en) Apparatus for high temperature indentation fatigue test
Fan Infrared thermographic method to rapidly evaluate high-cycle fatigue behavior of welded joints
RU2598699C1 (en) Method of determining temperature dependence of emissivity factor (versions)
RU2624613C1 (en) Method of metals testing for tension-compression and the sample for its implementation
Yang et al. Impression creep of Sn3. 5Ag eutectic alloy
RU2634309C1 (en) Method of measuring helium concentration in fuel element

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner