RU2610936C1 - Method of determining strain and stress intensity in local zones of plastically deformeed material - Google Patents

Method of determining strain and stress intensity in local zones of plastically deformeed material Download PDF

Info

Publication number
RU2610936C1
RU2610936C1 RU2015153255A RU2015153255A RU2610936C1 RU 2610936 C1 RU2610936 C1 RU 2610936C1 RU 2015153255 A RU2015153255 A RU 2015153255A RU 2015153255 A RU2015153255 A RU 2015153255A RU 2610936 C1 RU2610936 C1 RU 2610936C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
deformed
deformed material
intensity
undeformed
product
Prior art date
Application number
RU2015153255A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Михайлович Матюнин
Артём Юрьевич Марченков
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2015153255A priority Critical patent/RU2610936C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2610936C1 publication Critical patent/RU2610936C1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
    • G01N3/42—Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: physics, measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to measurement and can be used to investigate mechanical characteristics of materials of components and structures. Method comprises indentation of the deformed material of an article under a load F1, performing second indentation of the deformed material of the article under a load F2, wherein F2>F1, and then twice indenting the non-deformed material of the article under the same loads. All indentations are performed with a spherical indenter. Strain hardening parameters for the deformed and non-deformed material are determined, based on which true ultimate uniform deformation values are calculated for the non-deformed and deformed material of the article, the difference of which is used to determine strain intensity in the deformed material, and true tensile strength values are calculated for the deformed and non-deformed material of the article, based on the difference of which stress intensity in the deformed material is determined.
EFFECT: invention reduces labour input and material input, and widens functional capabilities of the method.

Description

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для исследования механических характеристик материалов деталей и конструкций.The invention relates to the field of measurements and can be used to study the mechanical characteristics of materials of parts and structures.

Известен способ определения деформации в пластически деформированном металле методом растяжения образца (Золотаревский B.C. Механические свойства металлов. - М.: Металлургия, 1983 г., 350 с., С. 11-13), согласно которому из материала детали вырезают образец, проводят его испытание на растяжение и по значениям длин и поперечных сечений образца до и после растяжения рассчитывают значения относительной деформации в пластически деформированном металле по формулам:

Figure 00000001
и
Figure 00000002
, где δК - относительное остаточное удлинение образца; ΨК - относительное остаточное сужение образца;
Figure 00000003
и F0 - длина и поперечное сечение образца в исходном состоянии;
Figure 00000004
и F - длина и поперечное сечение образца после наклепа растяжением.A known method for determining the deformation in a plastically deformed metal by stretching the sample (Zolotarevsky BC Mechanical properties of metals. - M .: Metallurgy, 1983, 350 S., S. 11-13), according to which a sample is cut from the material of the part, test it tensile and the values of the lengths and cross sections of the sample before and after stretching calculate the values of the relative deformation in a plastically deformed metal according to the formulas:
Figure 00000001
and
Figure 00000002
where δ K is the relative residual elongation of the sample; Ψ K is the relative residual contraction of the sample;
Figure 00000003
and F 0 is the length and cross section of the sample in the initial state;
Figure 00000004
and F is the length and cross section of the sample after cold hardening by tension.

Недостатками этого способа являются большие трудозатраты и материалозатраты при изготовлении и испытании образцов.The disadvantages of this method are the high labor and material costs in the manufacture and testing of samples.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения интенсивности деформаций и напряжений в пластически деформированном материале (Дель Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. - М.: Машиностроение, 1971), заключающийся в том, что для испытуемого материала получают тарировочные графики в координатах «интенсивность деформаций - твердость» и «интенсивность напряжений - твердость» при ступенчатом нагружении образца из данного материала, например, растяжением или сжатием, затем непосредственно в деформированном материале изделия производят вдавливание индентора, определяют твердость деформированного материала, после чего с использованием тарировочных графиков определяют интенсивности деформаций и напряжений в деформированном материале.Closest to the technical nature of the invention is a method for determining the intensity of deformations and stresses in plastically deformed material (Del GD Determination of stresses in the plastic region by distribution of hardness. - M .: Mechanical Engineering, 1971), which consists in the fact that for the test material get calibration graphs in the coordinates “strain intensity - hardness” and “stress intensity - hardness” during step loading of a sample of a given material, for example, by tension or compression, then the indenter is pressed directly in the deformed material of the product, the hardness of the deformed material is determined, and then, using calibration schedules, the intensities of deformations and stresses in the deformed material are determined.

Недостаток этого способа заключается в больших трудозатратах и материалозатратах при получении тарировочных графиков для каждого испытуемого материала.The disadvantage of this method is the high labor and material costs in obtaining calibration schedules for each test material.

Технической задачей изобретения является определение интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала вдавливанием индентора без необходимости проведения разрушающих испытаний стандартных образцов и построения тарировочных графиков с возможностью определения механических характеристик деформированного и недеформированного материала в процессе реализации способа.An object of the invention is to determine the intensity of deformations and stresses in local zones of plastically deformed material by indenting an indenter without the need for destructive testing of standard samples and constructing calibration plots with the ability to determine the mechanical characteristics of a deformed and undeformed material during the implementation of the method.

Технический результат заключается в снижении трудоемкости и материалоемкости, а также расширении функциональных возможностей способа.The technical result consists in reducing the complexity and consumption of materials, as well as expanding the functionality of the method.

Это достигается тем, что в известном способе определения интенсивности деформаций и напряжений, включающем вдавливание индентора в деформированный материал изделия под нагрузкой F1, проводят дополнительно второе вдавливание в деформированный материал изделия под нагрузкой F2, причем F2>F1, а затем дважды вдавливают индентор в недеформированный материал изделия под этими же нагрузками, при этом все вдавливания осуществляют сферическим индентором, после чего определяют параметры деформационного упрочнения для деформированного и недеформированного материала, с учетом которых рассчитывают значения истинной предельной равномерной деформации для недеформированного и деформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности деформаций в деформированном материале, а также рассчитывают значения истинного временного сопротивления для деформированного и недеформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности напряжений в деформированном материале.This is achieved by the fact that in the known method for determining the intensity of strains and stresses, including indenting an indenter in a deformed product material under a load F1, an additional second indentation is carried out in a deformed product material under a load F2, with F2> F1, and then the indenter is twice pressed into an undeformed material products under the same loads, while all the indentations are carried out by a spherical indenter, after which the parameters of strain hardening for deformed and non-deformed are determined material, taking into account which, the values of the true ultimate uniform strain are calculated for the undeformed and deformed material of the product, the difference of which determines the value of the intensity of deformation in the deformed material, and the values of the true temporary resistance for the deformed and undeformed material of the product are calculated, the difference of which determines the value of the intensity stresses in the deformed material.

Реализация предлагаемого способа определения интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала осуществляется следующим образом. На поверхности изделия, в котором имеются локальные зоны пластически деформированного материала, с помощью сферического индентора диаметром D производят два вдавливания в деформированный материал под разными нагрузками F1 и F2, причем F2>F1, измеряя при этом диаметры полученных отпечатков

Figure 00000005
и
Figure 00000006
соответственно. Затем производят два вдавливания в недеформированный материал под этими же нагрузками, и также производят замер диаметров полученных отпечатков
Figure 00000007
и
Figure 00000008
.Implementation of the proposed method for determining the intensity of deformations and stresses in local zones of plastically deformed material is as follows. On the surface of the product, in which there are local zones of plastically deformed material, using a spherical indenter with a diameter D, two indentations are made into the deformed material under different loads F 1 and F 2 , with F 2 > F 1 , while measuring the diameters of the obtained prints
Figure 00000005
and
Figure 00000006
respectively. Then two indentations are made into the undeformed material under the same loads, and the diameters of the obtained prints are also measured
Figure 00000007
and
Figure 00000008
.

По результатам двух вдавливаний в деформированный материал определяют параметр деформационного упрочнения

Figure 00000009
для деформированного материала, а по результатам двух вдавливаний в недеформированный материал - параметр деформационного упрочнения
Figure 00000010
для недеформированного материала:The results of two indentations in the deformed material determine the parameter of strain hardening
Figure 00000009
for a deformed material, and according to the results of two indentations into an undeformed material, the strain hardening parameter
Figure 00000010
for undeformed material:

Figure 00000011
;
Figure 00000012
.
Figure 00000011
;
Figure 00000012
.

Экспериментально установлено, что значение истинной предельной равномерной деформации εр однозначно зависит от параметра n. По полученным значениям параметров упрочнения

Figure 00000009
и
Figure 00000010
рассчитывают значения истинной предельной равномерной деформации
Figure 00000013
и
Figure 00000014
для деформированного и недеформированного материала соответственно:It was experimentally established that the value of the true ultimate uniform strain ε p uniquely depends on the parameter n. According to the obtained values of the hardening parameters
Figure 00000009
and
Figure 00000010
calculate true ultimate uniform strain
Figure 00000013
and
Figure 00000014
for deformed and undeformed material, respectively:

Figure 00000015
;
Figure 00000016
.
Figure 00000015
;
Figure 00000016
.

Затем рассчитывается интенсивность деформации εi в деформированном материале как разность полученных значений истинной предельной равномерной деформации

Figure 00000014
и
Figure 00000013
:Then, the strain intensity ε i in the deformed material is calculated as the difference between the obtained values of the true ultimate uniform strain
Figure 00000014
and
Figure 00000013
:

Figure 00000017
.
Figure 00000017
.

Для определения интенсивности напряжений в деформированном материале сначала рассчитывают значения твердости по Мейеру на пределе прочности

Figure 00000018
и
Figure 00000019
для деформированного и недеформированного материала по выражениям:To determine the intensity of stresses in the deformed material, the Meyer hardness values are first calculated at the ultimate strength
Figure 00000018
and
Figure 00000019
for deformed and undeformed material by expressions:

Figure 00000020
;
Figure 00000020
;

Figure 00000021
.
Figure 00000021
.

По полученным значениям

Figure 00000018
и
Figure 00000019
рассчитывают значения истинного временного сопротивления
Figure 00000022
и
Figure 00000023
для деформированного и недеформированного материала соответственно, которые однозначно зависят от твердости по Мейеру на пределе прочности:According to the obtained values
Figure 00000018
and
Figure 00000019
calculate true temporary resistance values
Figure 00000022
and
Figure 00000023
for deformed and undeformed material, respectively, which are uniquely dependent on Meyer hardness at ultimate strength:

Figure 00000024
;
Figure 00000025
.
Figure 00000024
;
Figure 00000025
.

Интенсивность напряжений σi в деформированном материале рассчитывается как разность полученных значений

Figure 00000022
и
Figure 00000023
:The stress intensity σ i in the deformed material is calculated as the difference of the obtained values
Figure 00000022
and
Figure 00000023
:

Figure 00000026
.
Figure 00000026
.

При испытаниях стальных конструкций в целях повышения информативности способа нагрузку вдавливания F2 выбирают равной 30⋅D2, что дает возможность дополнительно определить значения твердости по Бринеллю деформированного

Figure 00000027
и недеформированного
Figure 00000028
металла с использованием ГОСТ 9012-59:When testing steel structures in order to increase the information content of the method, the indentation load F 2 is chosen equal to 30⋅D 2 , which makes it possible to additionally determine the Brinell hardness values of the deformed
Figure 00000027
and undeformed
Figure 00000028
metal using GOST 9012-59:

Figure 00000029
;
Figure 00000030
.
Figure 00000029
;
Figure 00000030
.

Использование изобретения обеспечивает значительное повышение производительности измерений за счет отсутствия необходимости проведения трудоемких и материалоемких экспериментов по получению тарировочных графиков для каждого испытуемого материала. Также использование изобретения обеспечивает расширение функциональных возможностей способа, т.к. в процессе его реализации дополнительно определяются коэффициенты деформационного упрочнения, твердость по Мейеру, истинная предельная равномерная деформация и истинное временное сопротивление деформированного и недеформированного материала изделия, что позволяет получить более полную информацию о его фактических механических свойствах и эксплуатационных характеристиках. Кроме того, из-за отсутствия необходимости вырезки образцов для проведения испытаний, предлагаемый способ можно использовать в качестве неразрушающего безобразцового способа определения интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала деталей и конструкций, например в гибах трубопроводов, на контактных площадках, в упрочненных холодной пластической деформацией местах изделий (алмазное выглаживание, обдувка дробью и др.).The use of the invention provides a significant increase in measurement performance due to the absence of the need for labor-consuming and material-intensive experiments to obtain calibration schedules for each test material. Also, the use of the invention provides an extension of the functionality of the method, because in the process of its implementation, strain hardening coefficients, Meyer hardness, true ultimate uniform deformation and true temporary resistance of the deformed and undeformed product material are additionally determined, which allows to obtain more complete information about its actual mechanical properties and operational characteristics. In addition, due to the absence of the need to cut samples for testing, the proposed method can be used as a non-destructive modelless method for determining the intensity of deformations and stresses in local zones of plastically deformed material of parts and structures, for example, in pipe bends, on pads, in hardened cold plastic deformation of product areas (diamond smoothing, shot blasting, etc.).

Claims (1)

Способ определения интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала, заключающийся во вдавливании индентора в деформированный материал изделия под нагрузкой F1, отличающийся тем, что проводят дополнительно второе вдавливание в деформированный материал изделия под нагрузкой F2, причем F2>F1, а затем дважды вдавливают индентор в недеформированный материал изделия под этими же нагрузками, при этом все вдавливания осуществляют сферическим индентором, после чего определяют параметры деформационного упрочнения для деформированного и недеформированного материала, с учетом которых рассчитывают значения истинной предельной равномерной деформации для недеформированного и деформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности деформаций в деформированном материале, а также рассчитывают значения истинного временного сопротивления для деформированного и недеформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности напряжений в деформированном материале.A method for determining the intensity of deformations and stresses in local zones of plastically deformed material, which consists in pressing an indenter into the deformed product material under a load of F 1 , characterized in that they additionally carry out a second indentation into the deformed material of the product under a load of F 2 , with F 2 > F 1 , and then the indenter is twice pressed into the undeformed product material under the same loads, while all the indentations are carried out by a spherical indenter, after which the deformation parameters are determined hardening for deformed and undeformed material, taking into account which, the values of the true ultimate uniform strain for undeformed and deformed material of a product are calculated, the difference of which determines the value of the intensity of deformation in a deformed material, and also the values of the true temporary resistance for a deformed and undeformed material of a product are calculated from the differences of which determine the value of the stress intensity in the deformed material.
RU2015153255A 2015-12-11 2015-12-11 Method of determining strain and stress intensity in local zones of plastically deformeed material RU2610936C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153255A RU2610936C1 (en) 2015-12-11 2015-12-11 Method of determining strain and stress intensity in local zones of plastically deformeed material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153255A RU2610936C1 (en) 2015-12-11 2015-12-11 Method of determining strain and stress intensity in local zones of plastically deformeed material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2610936C1 true RU2610936C1 (en) 2017-02-17

Family

ID=58458628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015153255A RU2610936C1 (en) 2015-12-11 2015-12-11 Method of determining strain and stress intensity in local zones of plastically deformeed material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610936C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703808C1 (en) * 2018-10-29 2019-10-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) Method of determining deformation resistance of metal materials
RU2724353C1 (en) * 2019-08-30 2020-06-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) Method of determining resistance of deformation of metal materials when indented by a cone
RU2731034C1 (en) * 2019-08-30 2020-08-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) Method of determining resistance of deformation of metal materials when indenting with tetrahedral pyramid

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4852397A (en) * 1988-01-15 1989-08-01 Haggag Fahmy M Field indentation microprobe for structural integrity evaluation
RU2086947C1 (en) * 1993-04-12 1997-08-10 Волгоградский Политехнический Институт Process of determination of yield point of materials
RU2553829C1 (en) * 2014-04-01 2015-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ Method of metal mechanical testing
RU2555476C2 (en) * 2013-05-27 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method of testing of constructional material for plasticity

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4852397A (en) * 1988-01-15 1989-08-01 Haggag Fahmy M Field indentation microprobe for structural integrity evaluation
RU2086947C1 (en) * 1993-04-12 1997-08-10 Волгоградский Политехнический Институт Process of determination of yield point of materials
RU2555476C2 (en) * 2013-05-27 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method of testing of constructional material for plasticity
RU2553829C1 (en) * 2014-04-01 2015-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ Method of metal mechanical testing

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703808C1 (en) * 2018-10-29 2019-10-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) Method of determining deformation resistance of metal materials
RU2724353C1 (en) * 2019-08-30 2020-06-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) Method of determining resistance of deformation of metal materials when indented by a cone
RU2731034C1 (en) * 2019-08-30 2020-08-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) Method of determining resistance of deformation of metal materials when indenting with tetrahedral pyramid

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bao Dependence of ductile crack formation in tensile tests on stress triaxiality, stress and strain ratios
RU2610936C1 (en) Method of determining strain and stress intensity in local zones of plastically deformeed material
Traphöner et al. Material characterization for plane and curved sheets using the in-plane torsion test–An overview
Haji Aboutalebi et al. Numerical simulation and experimental validation of a ductile damage model for DIN 1623 St14 steel
Li et al. A new multiaxial fatigue damage model for various metallic materials under the combination of tension and torsion loadings
Pawliczek et al. Study on material property changes of mild steel S355 caused by block loads with varying mean stress
Jin et al. A new driving force parameter for fatigue growth of multiple cracks
García et al. Development of a new methodology for estimating the CTOD of structural steels using the small punch test
Zhang et al. Analysis of the effects of compressive stresses on fatigue crack propagation rate
Ebrahimi et al. Determination of strain-hardening exponent using double compression test
Ostrowski et al. Hierarchical validation of FEM models of bolted joints
Vildeman et al. Development of inhomogeneous fields under postcritical deformation of steel specimens in extension
Wu On the prediction of initiation life for fatigue crack emanating from small cold expanded holes
RU2451282C1 (en) Method for determining mechanical characteristics of materials
Yuan et al. An analysis on necking effect and stress distribution in round cross-section specimens of pure copper with different diameters
RU2319944C1 (en) Method of determining maximal true stresses and deformations
Nguyen et al. Effects of cold roll dimpling process on mechanical properties of dimpled steel
Li et al. Study on mechanical properties and acoustic emission characteristics of metallic materials under the action of combined tension and torsion
Kopec Fatigue damage development in 14MoV6-3 steel for power plant pipes monitored by digital image correlation
RU2339018C1 (en) Method of metal residual life evaluation of operated steel pipes
RU2609817C1 (en) Method of mechanical tests of metal
Ono et al. Prediction of surface crack growth life for AA7075-T6 under nonproportional loading
Lee et al. Evaluation of anisotropy of yield stress using surface in-plane displacements around an indentation residual imprint
RU2706106C1 (en) Method of determining service life of steel articles
Kumar et al. Measurement of the residual stress in hot rolled strip using strain gauge method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201212