RU2649673C1 - Method of determination of stress relaxation at the crack tip or stress concentrator - Google Patents
Method of determination of stress relaxation at the crack tip or stress concentrator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2649673C1 RU2649673C1 RU2017106939A RU2017106939A RU2649673C1 RU 2649673 C1 RU2649673 C1 RU 2649673C1 RU 2017106939 A RU2017106939 A RU 2017106939A RU 2017106939 A RU2017106939 A RU 2017106939A RU 2649673 C1 RU2649673 C1 RU 2649673C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- crack
- stress
- concentrator
- load
- Prior art date
Links
Images
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
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
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
Description
Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения прочностных свойств металлических конструкционных материалов, а именно, для оценки работоспособности металлов с трещиной или концентратором напряжений в конструкциях, применяющихся в авиационной промышленности, машиностроении, судостроении и других отраслях техники, а также в строительной индустрии.The invention relates to testing equipment and can be used to determine the strength properties of metal structural materials, namely, to assess the health of metals with a crack or stress concentrator in structures used in the aviation industry, mechanical engineering, shipbuilding and other industries, as well as in the construction industry .
Оценка релаксации напряжений в вершине усталостной трещины или концентраторе напряжений необходима при исследовании механических характеристик материалов, особенно для случаев, когда временные или температурные факторы являются доминирующими. В ряде изысканий при определении одного из основных параметров материала - коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины, необходима оценка релаксационных процессов. Так при оценке коэффициента интенсивности напряжений в условиях постоянно заданной деформации необходимым условием является оценка релаксации. Стандарт ASTM Е1681 диктует требование, чтобы релаксация коэффициента интенсивности напряжений не превышала 5% за 24 часа, в противном случае, данные испытания считаются некорректными. Для определения релаксационных процессов в вершине трещины стандарт ASTM Е1681 предлагает оснастить распорный болт датчиком силы и провести предварительные испытания на модельных образцах.An assessment of stress relaxation at the apex of a fatigue crack or stress concentrator is necessary when studying the mechanical characteristics of materials, especially for cases where temporary or temperature factors are dominant. In a number of studies, when determining one of the main parameters of the material — the stress intensity factor at the crack tip, an assessment of relaxation processes is necessary. So, when assessing the stress intensity factor under conditions of constantly specified deformation, a necessary condition is the assessment of relaxation. The ASTM E1681 standard dictates that the relaxation of the stress intensity factor should not exceed 5% in 24 hours, otherwise, these tests are considered incorrect. To determine the relaxation processes at the crack tip, ASTM E1681 proposes to equip the spacer bolt with a force sensor and conduct preliminary tests on model specimens.
Согласно стандарту ASTM E1681 предложения по оценке релаксации напряжений в материале сводятся к включению в цепочку нагружения датчика силы, который фиксирует изменение действующего усилия и, следовательно, напряжений во времени при заданной постоянной деформации. Аналогичный подход всесторонне представлен также в американском стандарте ASTM Е328.According to ASTM E1681, proposals for evaluating stress relaxation in a material are reduced to including a force sensor in the load chain that detects a change in the effective force and, consequently, the stress over time at a given constant deformation. A similar approach is also comprehensively presented in ASTM E328.
Однако предлагаемые методики, базирующиеся на встраивании датчика силы в силовую цепочку, оказываются, в большинстве случаев, неприемлемыми из-за отсутствия миниатюрных датчиков силы или невозможности их использования при высоких температурах.However, the proposed methods, based on embedding the force sensor in the power circuit, are, in most cases, unacceptable due to the lack of miniature force sensors or the inability to use them at high temperatures.
Из уровня техники известен способ измерения параметров медленного роста трещин в хрупких материалах, согласно которому в призматическом образце предварительно инициируют трещину, нагружают образец поперечным прибором, определяют длину трещины через определенное время и рассчитывают параметры медленного роста трещин А и N. При этом в образце предварительно инициируют, по крайней мере, еще одну трещину. Нагружение осуществляют с постоянной скоростью изменения напряжения, предварительно определяют расстояние от первой и второй трещины до одной из опор, определяют длину обеих трещин через определенное время (SU 1833802, опубл. 15.08.1993, G01N 3/08).A method is known from the prior art for measuring the parameters of slow growth of cracks in brittle materials, according to which a crack is preliminarily initiated in a prismatic sample, the sample is loaded with a transverse device, the crack length is determined after a certain time, and the parameters of slow growth of cracks A and N are calculated. at least one more crack. The loading is carried out at a constant rate of voltage change, the distance from the first and second cracks to one of the supports is preliminarily determined, the length of both cracks is determined after a certain time (SU 1833802, publ. 15.08.1993, G01N 3/08).
Известен способ оценки вязкости разрушения конструкционных материалов, включающий нагружение специального образца с трещиной и фиксирование приложенной нагрузки завинченным в сквозное резьбовое отверстие распорным болтом. После чего образец с завинченным распорным болтом снимают с испытательной машины и помещают в коррозионную среду. По росту трещины и полученной при растяжении образца до разрушения нагрузке с оценкой деформации делается вывод о влиянии коррозионного воздействия на вязкость разрушения материала (RU 148072, опубл. 27.11.2014, G01N 3/00).A known method for evaluating the fracture toughness of structural materials, including loading a special specimen with a crack and fixing the applied load by a spacer bolt screwed into a through threaded hole. After that, the sample with the screwed spacer bolt removed from the testing machine and placed in a corrosive environment. Based on the growth of the crack and the load obtained by stretching the specimen before failure, with the assessment of the deformation, a conclusion is drawn on the effect of the corrosion effect on the fracture toughness of the material (RU 148072, publ. 11.27.2014, G01N 3/00).
К недостаткам данных способов относится невозможность измерения релаксационных процессов в вершине трещины или концентраторе напряжений.The disadvantages of these methods include the inability to measure relaxation processes at the crack tip or stress concentrator.
Техническая задача заявленного изобретения заключается в создании способа измерения релаксации напряжений в вершине трещины или концентраторе напряжений при различных временных выдержках и в широком диапазоне температур.The technical task of the claimed invention is to provide a method for measuring stress relaxation at the crack tip or stress concentrator at various time periods and in a wide temperature range.
Технический результат заявленного изобретения заключается в создании способа определения релаксации напряжений в вершине трещины или концентраторе напряжений при комнатной или повышенной температурах.The technical result of the claimed invention is to provide a method for determining stress relaxation at the crack tip or stress concentrator at room or elevated temperatures.
Заявленный технический результат достигается тем, что способ определения релаксации напряжений включает нагружение образца с трещиной, в котором ось приложения нагрузки и ось действия распорного болта разнесены, фиксирование распорным болтом заданной деформации и последующую экспозицию нагруженного образца. После экспозиции образца, нагруженного распорным болтом, осуществляют установку датчика раскрытия трещины, затем прикладывают внешнюю нагрузку и по датчику раскрытия трещины определяют усилие начала раскрытия трещины. Релаксация напряжений в вершине трещины определяется как разница между изначально установленной нагрузкой на образце и усилием начала раскрытия трещины, действующим в образце после экспозиции.The claimed technical result is achieved by the fact that the method for determining stress relaxation involves loading a specimen with a crack, in which the axis of load application and the axis of action of the spacer bolt are spaced apart, fixing the spacer bolt with a given deformation and subsequent exposure of the loaded specimen. After exposure of the sample, loaded with a spacer bolt, the crack opening sensor is installed, then an external load is applied, and the crack opening force is determined by the crack opening sensor. Stress relaxation at the crack tip is defined as the difference between the initially established load on the specimen and the crack initiation force acting in the specimen after exposure.
Заявлен также способ определения релаксации напряжений, включающий нагружение образца с концентратором напряжений, в котором ось приложения нагрузки разнесена с осью действия распорного болта, фиксирование распорным болтом заданной деформации на образце с концентратором напряжений и последующую экспозицию нагруженного образца. После экспозиции образца, нагруженного распорным болтом, осуществляют установку датчика раскрытия трещины на образец, затем прикладывают внешнюю нагрузку и определяют по датчику раскрытия трещины усилие сжатия, действующее в образце с концентратором напряжений. Релаксация напряжений в образце с концентратором напряжений определяется как разница между изначально установленной нагрузкой на образце с концентратором напряжений и усилием сжатия, действующим в образце после экспозиции.A method for determining stress relaxation is also claimed, including loading a specimen with a stress concentrator, in which the axis of load application is spaced apart from the axis of action of the spacer bolt, fixing a predetermined strain with a spacer bolt to the specimen with a stress concentrator, and subsequent exposure of the loaded specimen. After exposure of the sample, loaded with a spacer bolt, the crack opening sensor is installed on the sample, then an external load is applied and the compression force acting in the sample with the stress concentrator is determined by the crack opening sensor. Stress relaxation in a sample with a stress concentrator is defined as the difference between the initial load on a sample with a stress concentrator and the compression force acting in the sample after exposure.
Заявленное изобретение поясняется графическими материалами:The claimed invention is illustrated by graphic materials:
Фиг. 1 - общий вид устройства;FIG. 1 - general view of the device;
Фиг. 2 - график раскрытия трещины для заневоленного образца.FIG. 2 is a graph of crack opening for a worn sample.
В соответствии с заявленным способом определение релаксации напряжений осуществляется с использованием специального образца 1 из тестируемого материала, содержащего краевой надрез, сквозное отверстие с резьбой для распорного болта, выполненное перпендикулярно краевому надрезу и с выходом одного своего конца в полость краевого надреза. На образце изготовлены сквозные отверстия для крепления образца в захватах испытательной машины, расположенные симметрично относительно краевого надреза и размещенные между открытым концом краевого надреза и его вершиной. Сквозное отверстие с резьбой для распорного болта расположено ближе к открытому концу надреза, чем сквозные отверстия для крепления образца в захватах испытательной машины. В образце предварительно выращивают трещину или изготавливают концентратор напряжения. Затем проводят нагружение образца внешней силой с фиксированием приложенной нагрузки распорным болтом 3, завинченным в сквозное резьбовое отверстие до упора (фиг. 1).In accordance with the claimed method, the determination of stress relaxation is carried out using a
Подготовленный образец 1, в котором ось приложения нагрузки разнесена с осью действия болта, нагружают на испытательной машине с помощью оснастки 4 до заданного уровня нагрузки, что позволяет установить заданный уровень напряжений в вершине трещины или в концентраторе напряжений. Напряжение в вершине трещины или в концентраторе напряжений прямо пропорционально приложенной нагрузке, поэтому изменение нагрузки в полной мере отображает изменение напряжений в образце.The prepared
Нагрузка при заданной деформации фиксируется распорным болтом. Распорный болт 3 обеспечивает постоянство деформации на протяжении всей длительности испытаний. При длительной экспозиции в нормальных условиях или при повышенных температурах происходит релаксация напряжений в вершине трещины или в концентраторе напряжений.The load at a given deformation is fixed with a spacer bolt. The spacer bolt 3 ensures constant deformation throughout the duration of the test. During prolonged exposure under normal conditions or at elevated temperatures, stress relaxation occurs at the crack tip or stress concentrator.
Для определения расклинивающего усилия после экспозиции применяется датчик раскрытия трещины 2, который устанавливается на торце образца.To determine the wedging force after exposure, a crack opening sensor 2 is used, which is installed at the end of the sample.
При повторном нагружении образца на испытательной машине регистрируется как усилие растяжения испытательной машины, действующее на образец, так и сигнал с датчика раскрытия трещины. На начальном этапе нагружения усилие закрытия трещины или усилие сжатия, действующее в образце с трещиной или с концентратором напряжений, установленное ранее и зафиксированное распорным болтом, превышает усилие, создаваемое испытательной машиной. На диаграмме (фиг. 2) показана деформация, фиксируемая датчиком раскрытия трещины (ось X), и усилие, приложенное к образцу (ось Y). Начальный этап нагружения представлен прямой линией на оси ординат (Y).When the sample is reloaded on the test machine, both the tensile force of the test machine acting on the sample and the signal from the crack opening sensor are recorded. At the initial stage of loading, the crack closing force or the compression force acting in a cracked specimen or with a stress concentrator, previously installed and fixed with a spacer bolt, exceeds the force created by the testing machine. The diagram (Fig. 2) shows the deformation recorded by the crack opening sensor (X axis) and the force applied to the specimen (Y axis). The initial stage of loading is represented by a straight line on the ordinate axis (Y).
При повышении нагрузки, когда нагрузка, создаваемая испытательной машиной, достигает и начинает превышать уровень усилия сжатия, действующего в образце, появляется сигнал от датчика раскрытия. Сигнал от датчика раскрытия трещины характеризует равенство усилий, действующих на образец, - внешней растягивающей нагрузки и усилия сжатия, действующего в образце. Появление сигнала от датчика раскрытия трещины позволяет определить сжимающее усилие, действующее в образце. Датчик раскрытия трещины позволяет с высокой точностью определить нагрузку, действующую в образце, и, следовательно, определить релаксацию напряжений в вершине трещины или в концентраторе напряжений.When the load increases, when the load created by the testing machine reaches and begins to exceed the level of compression force acting in the sample, a signal from the opening sensor appears. The signal from the crack opening sensor characterizes the equality of the forces acting on the specimen - the external tensile load and the compressive force acting in the specimen. The appearance of the signal from the crack opening sensor allows you to determine the compressive force acting in the sample. The crack opening sensor makes it possible to accurately determine the load acting in the specimen and, therefore, to determine the relaxation of stresses at the crack tip or stress concentrator.
Разница нагрузок, изначально установленной в образце с фиксацией ее распорным болтом, и нагрузки после экспозиции, определенной по моменту равенства приложенной внешней нагрузки и усилия сжатия, действующего в образце, характеризует релаксацию напряжений в вершине трещины или в концентраторе напряжений.The difference between the loads initially installed in the sample with fixation by its spacer bolt and the load after exposure, determined by the moment of equal applied external load and the compression force acting in the sample, characterizes stress relaxation at the crack tip or stress concentrator.
Заявленный способ позволяет определить релаксацию напряжений в вершине усталостной трещины или концентраторе напряжений при исследовании механических характеристик материалов для случаев, когда временные или температурные факторы являются доминирующими.The claimed method allows to determine stress relaxation at the top of a fatigue crack or stress concentrator in the study of the mechanical characteristics of materials for cases where temporary or temperature factors are dominant.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017106939A RU2649673C1 (en) | 2017-03-02 | 2017-03-02 | Method of determination of stress relaxation at the crack tip or stress concentrator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017106939A RU2649673C1 (en) | 2017-03-02 | 2017-03-02 | Method of determination of stress relaxation at the crack tip or stress concentrator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2649673C1 true RU2649673C1 (en) | 2018-04-04 |
Family
ID=61867464
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017106939A RU2649673C1 (en) | 2017-03-02 | 2017-03-02 | Method of determination of stress relaxation at the crack tip or stress concentrator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2649673C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU894436A1 (en) * | 1980-03-05 | 1981-12-30 | Тольяттинский политехнический институт | Method of testing threaded joint for stress relaxation |
SU1346969A1 (en) * | 1985-12-17 | 1987-10-23 | Производственное Объединение "Ижорский Завод" Им.А.А.Жданова | Method of toughness test of material |
JPH1137867A (en) * | 1997-07-18 | 1999-02-12 | Yazaki Corp | Stress relaxation measuring apparatus for pressure-welded terminal |
RU148072U1 (en) * | 2014-07-09 | 2014-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | DEVICE FOR EVALUATING VISCOSITY OF DESTRUCTION OF STRUCTURAL MATERIALS |
-
2017
- 2017-03-02 RU RU2017106939A patent/RU2649673C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU894436A1 (en) * | 1980-03-05 | 1981-12-30 | Тольяттинский политехнический институт | Method of testing threaded joint for stress relaxation |
SU1346969A1 (en) * | 1985-12-17 | 1987-10-23 | Производственное Объединение "Ижорский Завод" Им.А.А.Жданова | Method of toughness test of material |
JPH1137867A (en) * | 1997-07-18 | 1999-02-12 | Yazaki Corp | Stress relaxation measuring apparatus for pressure-welded terminal |
RU148072U1 (en) * | 2014-07-09 | 2014-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | DEVICE FOR EVALUATING VISCOSITY OF DESTRUCTION OF STRUCTURAL MATERIALS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110044740B (en) | Method, application, device and clamp for measuring corrosion fatigue damage law of cable steel wire | |
Burlat et al. | Effect of local cold working on the fatigue life of 7475-T7351 aluminium alloy hole specimens | |
Mayer et al. | Influence of cyclic loads below endurance limit or threshold stress intensity on fatigue damage in cast aluminium alloy 319-T7 | |
RU2604820C1 (en) | Method for assessing fire resistance of reinforced concrete truss of building | |
RU2536783C1 (en) | Method of determining operating life of metal of pipeline | |
Yamada et al. | Crack closure under high load ratio and Kmax test conditions | |
RU2649673C1 (en) | Method of determination of stress relaxation at the crack tip or stress concentrator | |
Adam et al. | Model-assisted probability of detection for ultrasonic structural health monitoring | |
Makhutov et al. | Fatigue prediction on the basis of analysis of probabilistic mechanical properties | |
Zhu et al. | Evaluation of size effect in low cycle fatigue for Q&T rotor steel | |
Wahab et al. | Experimental study on the influence of overload induced residual stress field on fatigue crack growth in aluminium alloy | |
RU2238535C2 (en) | Method of determining resistance of material to damaging | |
Borrego et al. | Plasticity induced closure under variable amplitude loading in AlMgSi aluminum alloys | |
RU148072U1 (en) | DEVICE FOR EVALUATING VISCOSITY OF DESTRUCTION OF STRUCTURAL MATERIALS | |
D'Antimo et al. | 03.11: Experimental investigation of the creep effect on prestressed bolts used in innovative friction connections | |
JP6607178B2 (en) | Test method for stress corrosion cracking of pipes | |
RU2413098C1 (en) | Procedure for facilitating bearing capacity of metal structure with bolts of high strength | |
RU2382351C2 (en) | Method of evaluation of loss of plasticity by change of microhardness of constructional steel | |
CN205749146U (en) | The device of easy detection structural steel intensity | |
Purnowidodo et al. | The effect of hold time of overload on crack propagation behavior emerging from notch root | |
KR102280732B1 (en) | ring specimen for deformation and damage behavior analysis of elbow pipe by cyclic load, testing method using the same | |
RU2674570C1 (en) | Method for evaluating fire resistance of reinforced concrete slab with pinched contour | |
Lukyanchuk et al. | Fracture criterion for tested CFRP specimens under tension | |
Machado et al. | The use of a modified critical plane model to assess multiaxial fatigue of steels with nonmetallic inclusions | |
RU2750683C1 (en) | Method for determining mechanical characteristics of high-energy materials |