RU2589523C1 - Method of determining critical crack length for finding fracture toughness - Google Patents
Method of determining critical crack length for finding fracture toughness Download PDFInfo
- Publication number
- RU2589523C1 RU2589523C1 RU2015117285/28A RU2015117285A RU2589523C1 RU 2589523 C1 RU2589523 C1 RU 2589523C1 RU 2015117285/28 A RU2015117285/28 A RU 2015117285/28A RU 2015117285 A RU2015117285 A RU 2015117285A RU 2589523 C1 RU2589523 C1 RU 2589523C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crack
- length
- sample
- grown
- critical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов и может быть использовано для определения вязкости разрушения металлов.The invention relates to the study of the strength properties of materials and can be used to determine the fracture toughness of metals.
Для расчета опасности дефектов в конструкциях, сравнения и выбора материалов и технологий на этапе конструирования применяется механика разрушения, которая рассматривает разрушение как кинетический процесс, состоящий из стадии зарождения трещины, ее медленного роста и последующего лавинного распространения трещины под действием упругой энергии, накопленной в системе. Разрушение материала как его разделение при развитии трещины происходит в условиях приложенного напряжения при достижении трещиной критического размера.To calculate the danger of defects in structures, compare and select materials and technologies at the design stage, fracture mechanics is used, which considers fracture as a kinetic process consisting of the stage of crack initiation, its slow growth and subsequent avalanche propagation of the crack under the action of elastic energy accumulated in the system. The destruction of the material as its separation during the development of a crack occurs under conditions of applied stress when the crack reaches a critical size.
Критическое состояние, характеризующее разрушение при наличии трещины, определяется величиной критического коэффициента интенсивности напряжений где l [м] - критическая длина трещины, σ [Н/м2] - действующее напряжение в момент достижения трещиной критической длины, f - коэффициент, учитывающий геометрию тела.The critical state characterizing failure in the presence of a crack is determined by the value of the critical stress intensity factor where l [m] is the critical length of the crack, σ [N / m 2 ] is the effective stress at the moment the crack reaches the critical length, f is a coefficient taking into account the geometry of the body.
Определение момента начала лавинообразного развития трещины под действием накопленной в образце энергии представляется крайне сложной задачей. Поэтому для оценки трещиностойкости материала используют условный коэффициент интенсивности напряжений определяемый по максимальному нагружению и исходной длине трещины.Determining the moment of the onset of an avalanche-like development of a crack under the action of the energy stored in the sample is an extremely difficult task. Therefore, to assess the crack resistance of the material, a conditional stress intensity factor is used. determined by the maximum loading and initial crack length.
Измерение критической длины трещины, приводящей к разрушению, пытались реализовать различными методами. Методы основаны на регистрации роста трещины при возрастающей нагрузке образца при ее лавинообразном развитии. Практически все методы имеют аппаратурные или методические ограничения.They tried to implement the measurement of the critical length of the crack leading to fracture by various methods. The methods are based on the registration of crack growth with increasing load of the sample during its avalanche-like development. Almost all methods have hardware or methodological limitations.
В способе определения вязкости разрушения материала по патенту US 4116049 критическую длину трещины определяют как последнее измеренное значение стабильно подросшей трещины при ступенчатом нагружении образца. Очевидно, степень приближения измеренной длины трещины к критической величине зависит от шага нагружения и оценивается только на поверхности.In the method for determining the fracture toughness of a material according to US Pat. No. 4,116,049, the critical crack length is defined as the last measured value of a stably grown crack during step loading of a sample. Obviously, the degree to which the measured crack length approaches a critical value depends on the loading step and is evaluated only on the surface.
В ряде известных способов определения критической длины трещины осуществляют автоматическую фиксацию роста трещины на поверхности образца. Так, в способе по патенту JPS 57178133 фиксацию роста осуществляют с использованием видеосистемы, рассчитывают текущую длину трещины и сравнивают ее с предыдущим изображением. Детектор длины трещины по патенту JPS 5461564 позволяет непрерывно автоматически фиксировать трещину с использованием стробоскопического эффекта, по искажениям лучей света за счет деформации поверхности образца, и с помощью программного обеспечения рассчитывать ее длину.In a number of known methods for determining the critical crack length, automatic fixation of crack growth on the surface of the sample is carried out. So, in the method according to JPS 57178133, the fixation of growth is carried out using a video system, the current crack length is calculated and compared with the previous image. The crack length detector according to the patent JPS 5461564 allows you to continuously automatically fix a crack using the stroboscopic effect, according to the distortion of light rays due to deformation of the surface of the sample, and using the software to calculate its length.
Метод слежения за вершиной трещины с помощью вихревого датчика предлагается в статье Б.А. Дроздовского, В.М. Маркочева, Я.Б. Фридмана «Методика оценки критической длины трещины при однократном нагружении» («Заводская лаборатория», 1966 г., т. 32, №7, с. 859-863). Описанный в статье способ определения критической длины трещины основан на слежении за вершиной развивающейся трещины с помощью включенного в следящую систему датчика электроиндуктивного дефектоскопа (прототип). Скорость слежения за трещиной предлагаемой системой ограничена значением 275 мм/с. Предполагается, что при распространении трещины с большей скоростью следящая система не успевает за развитием трещины и последнее полученное значение длины трещины принимается за критическое.A method for tracking the crack tip using a vortex sensor is proposed in B.A. Drozdovsky, V.M. Markocheva, Ya.B. Friedman's "Methodology for assessing the critical length of a crack under a single loading" ("Factory Laboratory", 1966, v. 32, No. 7, pp. 859-863). The method for determining the critical crack length described in the article is based on tracking the tip of a developing crack using an electro-inductive flaw detector sensor (prototype) included in the tracking system. The crack tracking rate of the proposed system is limited to 275 mm / s. It is assumed that when the crack propagates at a higher speed, the tracking system does not keep up with the development of the crack and the last obtained value of the crack length is taken as critical.
Недостатком этих и подобных способов является измерение трещины на поверхности образца, тогда как трещина, как правило, развивается по эллипсоидальному фронту и ее максимальная длина, определяющая максимальный коэффициент концентрации на фронте трещины, находится в центре. Кроме того, трещина с малым раскрытием может быть не распознана принимающим устройством. Другое ограничение автоматических методов связано с количеством сигналов, фиксируемых детектором в единицу времени.The disadvantage of these and similar methods is the measurement of a crack on the surface of the sample, whereas a crack, as a rule, develops along an ellipsoidal front and its maximum length, which determines the maximum concentration coefficient at the crack front, is in the center. In addition, a crack with a small opening may not be recognized by the receiving device. Another limitation of automatic methods is related to the number of signals recorded by the detector per unit time.
Крайне сложно определить критическую длину трещины и методами фрактографии, поскольку механизм подрастания трещины и лавинообразного ее развития идентичен.It is extremely difficult to determine the critical crack length using fractography methods, since the mechanism of crack growth and its avalanche-like development is identical.
Целью настоящего изобретения является достоверная оценка критической длины трещины для определения вязкости разрушения материала. Предлагаемый способ определения критической длины трещины для расчета характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) включает статическое нагружение плоского образца с выращенной трещиной усталости и регистрацию длины трещины в момент перехода от стабильного медленного ее развития в нестабильное быстрое и отличается тем, что плоский образец последовательно по оси нагружения соединяют в одну силовую цепочку с идентичным ему плоским образцом и осуществляют регистрацию длины подросшей трещины в неразрушенном образце после разрушения одного из образцов.The aim of the present invention is to reliably evaluate the critical length of a crack to determine the fracture toughness of a material. The proposed method for determining the critical crack length for calculating the characteristics of fracture toughness (fracture toughness) involves the static loading of a flat specimen with a grown fatigue crack and recording the length of the crack at the moment of transition from stable slow development to unstable fast and differs in that the flat specimen is connected in series along the loading axis in one power chain with an identical flat specimen and the length of the grown crack in the undestructed specimen is recorded after usheniya one of the samples.
Коэффициент интенсивности напряжений на листовых полуфабрикатах определяют по ГОСТ 25.506 на плоских прямоугольных образцах (тип I) с предварительно выращенной центральной трещиной усталости, расположенной в плоскости, перпендикулярной наибольшим растягивающим напряжениям (трещины нормального отрыва по модели I механики разрушения), в условиях постоянно возрастающей нагрузки, создаваемой испытательными машинами с механическим, гидравлическим или электрогидравлическим приводом. При постоянно возрастающей нагрузке происходит подрастание трещины, но при этом разрушение образца до определенного момента не происходит. Разрушение образца происходит при лавинообразном развитии трещины, когда освобождающаяся энергия в процессе продвижения трещины начинает превалировать над энергетическими затратами (образование свободной поверхности трещины, пластическая деформация материала в ее вершине) на ее продвижение.The stress intensity factor on sheet semi-finished products is determined in accordance with GOST 25.506 on flat rectangular samples (type I) with a pre-grown central fatigue crack located in a plane perpendicular to the highest tensile stresses (normal tearing cracks according to model I of fracture mechanics), under conditions of an ever-increasing load, created by testing machines with mechanical, hydraulic or electro-hydraulic drive. With a constantly increasing load, the crack grows, but at the same time, the destruction of the sample does not occur. The destruction of the sample occurs during an avalanche-like development of a crack, when the released energy during the process of crack propagation begins to prevail over energy costs (formation of a crack free surface, plastic deformation of the material at its apex) for its propagation.
В предлагаемом способе определения критической длины трещины используют два идентичных плоских образца металла с выращенной трещиной усталости, полученные из одного листа металла и имеющие одинаковые геометрические размеры, в соответствии с рекомендациями ГОСТ 25.506 «Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении». Соединение образцов последовательно по оси нагружения в одну силовую цепочку обеспечивает при приложении возрастающей нагрузки к данной системе одновременное подращивание исходных трещин на обоих образцах. При разрушении одного из образцов в данной системе трещина на другом образце подрастает до величины, предельно близкой к критической. Трещину на неразрушенном образце фиксируют известными методами, например методом окрашивания после раскрытия трещины при нагружении 0,3-0,9 от максимального нагружения, и определяют длину трещины по ГОСТ 25.506 после разрушения образца при его повторной статической нагрузке. По известной критической длине трещины и напряжению разрушения, полученному при доламывании образца, определяют коэффициент концентрации напряжений (вязкость разрушения).In the proposed method for determining the critical crack length, two identical flat metal samples with a grown fatigue crack are used, obtained from one sheet of metal and having the same geometric dimensions, in accordance with the recommendations of GOST 25.506 “Methods of mechanical testing of metals. Determination of the characteristics of crack resistance (fracture toughness) under static loading. " The connection of samples sequentially along the axis of loading into one power chain provides, when an increasing load is applied to this system, the simultaneous growth of the initial cracks on both samples. When one of the specimens breaks down in this system, the crack on the other specimen grows to a value that is extremely close to critical. A crack on an unbroken specimen is fixed by known methods, for example, the staining method after opening a crack under loading of 0.3-0.9 of the maximum loading, and the crack length is determined according to GOST 25.506 after fracture of the specimen under repeated static load. The known critical crack length and fracture stress obtained by breaking the specimen determine the stress concentration coefficient (fracture toughness).
Для определения критической длины трещины плоские образцы соединяют последовательно по оси нагружения в одну силовую цепочку разными способами: с жестким соединением образцов между собой или с возможностью вращения образцов относительно общей оси, что позволяет ликвидировать изгибающие напряжения.To determine the critical crack length, flat samples are connected in series along the axis of loading into one power chain in different ways: with rigid connection of the samples to each other or with the possibility of rotation of the samples relative to the common axis, which eliminates bending stresses.
На фиг. 1 представлены варианты соединения плоских образцов для определения критической длины трещины по предлагаемому способу. При жестком соединении, показанном на фиг. 1а, плоские идентичные образцы 1 и 1′ с нанесенными усталостными трещинами 2 и 2′, с отверстиями для крепления на концах, соединяют с помощью двух идентичных пластин 3 и болтов 4 последовательно таким образом, чтобы обеспечивались совпадение продольных осей образцов и параллельность всех поверхностей одного образца аналогичным поверхностям другого образца. Крепление образцов к захватам испытательной машины осуществляют через пластины 5 с помощью шпилек 6.In FIG. 1 shows the connection options of flat samples to determine the critical crack length by the proposed method. With the rigid connection shown in FIG. 1a, flat
Соединение образцов с возможностью вращения вокруг общей оси представлено на фиг. 1б. Плоские идентичные образцы 1 и 1′ с нанесенными усталостными трещинами 2 и 2′, с отверстиями для крепления на концах, соединяют с помощью болтов 4, четырех идентичных пластин 7 и трех шпилек 6 между собой и с захватами испытательной машины.The connection of the samples rotatably around a common axis is shown in FIG. 1b. Identical
Диаметр отверстий в соединительных пластинах при закреплении по схемам 1а и 1б предпочтительно равен (0,04÷0,18) от ширины образца, расстояние между отверстиями более 1,5 от диаметра отверстий.The diameter of the holes in the connecting plates when securing according to schemes 1a and 1b is preferably equal to (0.04 ÷ 0.18) of the width of the sample, the distance between the holes is more than 1.5 from the diameter of the holes.
Ниже приведен пример определения критической длины трещины по предлагаемому способу.The following is an example of determining the critical crack length by the proposed method.
На двух образцах из листовых полуфабрикатов сплава 1163-Т (толщина 1,4 мм, размеры 100×300 мм) из предварительно созданного надреза отдельно на каждом образце выращивали усталостные трещины в соответствии с ГОСТ 25.506. Были получены исходные усталостные трещины для первого и второго образцов длиной 26,17 и 26,12 мм соответственно. Затем образцы жестко соединяли в последовательную силовую цепочку и статически нагружали на усталостной машине MTS 810 до момента разрушения одного из образцов при максимальном усилии разрушения 33,30 кН. Для раскрытия трещины в неразрушенном втором образце его нагружали до усилия 0,5 от максимального усилия разрушения первого образца и в устье раскрытой трещины вводили контрастную жидкость. После высушивания контрастной жидкости образец нагружали до разрушения с определением максимального усилия (33,35 кН) и длины критической трещины (29,01 мм). Условная вязкость разрушения образцов, рассчитанная по исходной трещине, составила 51,0 и соответственно. Вязкость разрушения Кс второго образца, рассчитанная по статически подросшей трещине, составила On two samples from sheet semi-finished products of alloy 1163-T (thickness 1.4 mm, dimensions 100 × 300 mm) from a previously created cut, fatigue cracks were grown separately on each sample in accordance with GOST 25.506. Initial fatigue cracks were obtained for the first and second samples 26.17 mm and 26.12 mm long, respectively. Then, the samples were rigidly connected into a sequential power chain and statically loaded on a MTS 810 fatigue machine until one of the samples collapsed at a maximum fracture force of 33.30 kN. To open a crack in an undamaged second specimen, it was loaded to a force of 0.5 of the maximum fracture force of the first specimen and a contrast fluid was injected into the mouth of the opened crack. After drying of the contrast liquid, the sample was loaded to failure with the determination of the maximum force (33.35 kN) and the length of the critical crack (29.01 mm). Conditional fracture toughness samples calculated from the initial crack was 51.0 and respectively. The fracture toughness K from the second sample, calculated from the statically grown crack, was
Новый способ определения критической длины трещины прост, не трудоемок, не требует специальной сложной аппаратуры. Определение критического коэффициента интенсивности напряжений с использованием предложенного способа определения критической длины трещины позволяет более точно оценить безопасную повреждаемость конструкций.A new method for determining the critical crack length is simple, not laborious, and does not require special sophisticated equipment. Determination of the critical stress intensity factor using the proposed method for determining the critical crack length allows a more accurate assessment of the safe damage to structures.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015117285/28A RU2589523C1 (en) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Method of determining critical crack length for finding fracture toughness |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015117285/28A RU2589523C1 (en) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Method of determining critical crack length for finding fracture toughness |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2589523C1 true RU2589523C1 (en) | 2016-07-10 |
Family
ID=56371218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015117285/28A RU2589523C1 (en) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Method of determining critical crack length for finding fracture toughness |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2589523C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109238896A (en) * | 2018-07-20 | 2019-01-18 | 苏州热工研究院有限公司 | Based on the concatenated stress corrosion high throughput evaluation method of multispecimen |
CN109238895A (en) * | 2018-07-20 | 2019-01-18 | 苏州热工研究院有限公司 | Stress corrosion and environment fatigue high throughput test device and method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU819618A1 (en) * | 1977-06-17 | 1981-04-07 | Всесоюзный Ордена Трудового Красногознамени Научно-Исследовательскийинститут Гидротехники Им. Б.E.Веде-Heeba | Method of measuring material crack resistance characteristics |
RU2267767C2 (en) * | 2004-02-02 | 2006-01-10 | Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (ВолгГАСУ) | Method of determining characteristics of crack resistance of material |
US20070113671A1 (en) * | 2005-11-10 | 2007-05-24 | Akron Rubber Development Laboratory, Inc. | Method of crack growth testing for thin samples |
-
2015
- 2015-05-07 RU RU2015117285/28A patent/RU2589523C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU819618A1 (en) * | 1977-06-17 | 1981-04-07 | Всесоюзный Ордена Трудового Красногознамени Научно-Исследовательскийинститут Гидротехники Им. Б.E.Веде-Heeba | Method of measuring material crack resistance characteristics |
RU2267767C2 (en) * | 2004-02-02 | 2006-01-10 | Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (ВолгГАСУ) | Method of determining characteristics of crack resistance of material |
US20070113671A1 (en) * | 2005-11-10 | 2007-05-24 | Akron Rubber Development Laboratory, Inc. | Method of crack growth testing for thin samples |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109238896A (en) * | 2018-07-20 | 2019-01-18 | 苏州热工研究院有限公司 | Based on the concatenated stress corrosion high throughput evaluation method of multispecimen |
CN109238895A (en) * | 2018-07-20 | 2019-01-18 | 苏州热工研究院有限公司 | Stress corrosion and environment fatigue high throughput test device and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Moradian et al. | Detection of cracking levels in brittle rocks by parametric analysis of the acoustic emission signals | |
Rokhlin et al. | In situ ultrasonic monitoring of surface fatigue crack initiation and growth from surface cavity | |
WO2020057270A1 (en) | Ultrasonic nondestructive detection method for expanded size of micro crack of material | |
Papazian et al. | Sensors for monitoring early stage fatigue cracking | |
US9513200B1 (en) | Determination of a threshold crack length | |
CN103760036A (en) | Testing method of steel fiber reinforced concrete fracture test crack initiation load | |
RU2589523C1 (en) | Method of determining critical crack length for finding fracture toughness | |
Tu et al. | Experimental study on crack initiation and propagation of wood with LT-type crack using digital image correlation (DIC) technique and acoustic emission (AE) | |
RU2300750C2 (en) | Method for determination of ultimate shear stress of materials | |
Bremer et al. | NDT-based characteriazation of timber and vulcanized fiber for civil infrastructure | |
RU2233444C1 (en) | Method of estimation of destruction of structures at acoustic emission monitoring | |
RU2582231C1 (en) | Method of testing for sulphide cracking of metal of electric welded and seamless pipes | |
Talebzadeh et al. | Correlation of crack propagation and acoustic emission rates | |
RU2445615C1 (en) | Method of determining breaking strength of material of article | |
Urbaha et al. | Three Stages of Composite Specimen Destruction in Static Failure | |
RU2721314C1 (en) | Method of determining relative narrowing after fracture | |
RU2803019C1 (en) | Method of ultrasonic damage control of materials under various types of mechanical destruction | |
RU2461808C2 (en) | Method of determining parameters of endurance curve of metals | |
RU2648309C1 (en) | Method of determination of the contribution of plastic deformation to the amount of acoustic anisotropy in measuring of details of machines and elements of the design | |
RU2010214C1 (en) | Process pf testing of materials for crack resistance under cyclic twist | |
RU2298785C2 (en) | Method of measurement of concentration of defects at plastic deformation of materials during power influence process | |
CN106290559A (en) | Engine residual life prognoses system | |
RU2298772C1 (en) | Method for determining residual stress state in articles manufactured from ferromagnetic materials | |
Pazdera et al. | Study of metal timber join by Acoustic Emission method | |
SU945726A1 (en) | Material destruction viscosity determination method |