RU2650613C1 - Method for determining of the stresses strength critical factor with a solid body transverse shear - Google Patents

Method for determining of the stresses strength critical factor with a solid body transverse shear Download PDF

Info

Publication number
RU2650613C1
RU2650613C1 RU2017109045A RU2017109045A RU2650613C1 RU 2650613 C1 RU2650613 C1 RU 2650613C1 RU 2017109045 A RU2017109045 A RU 2017109045A RU 2017109045 A RU2017109045 A RU 2017109045A RU 2650613 C1 RU2650613 C1 RU 2650613C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutting
stress intensity
cutter
intensity factor
angle
Prior art date
Application number
RU2017109045A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Аслан Каральбиевич Апажев
Мухамад Хусаинович Мисиров
Алий Халисович Габаев
Аминат Мухамадовна Мисирова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова" (ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ)
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 "Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова" (ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова" (ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ)
Priority to RU2017109045A priority Critical patent/RU2650613C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2650613C1 publication Critical patent/RU2650613C1/en

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
    • G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing 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

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to a critical stress intensity factor determining methods for transverse shear, which is realized with cutting of a solid material. To the parallelepiped shaped sample a shear load is applied, which is created by longitudinal cutting of the sample with a cutter with a front angle equal to the given pair of "cutter – processed material" friction angle, which front face width and height exceeds the width b and thickness a of a cut layer, respectively, and the critical stress intensity factor KIIc is determined from the following relationship:
Figure 00000013
where P sh.max is the maximum cutting force.
EFFECT: possibility to increase the critical stress intensity factor determining accuracy for transverse shear by giving the cutting force, id est, the shifting load position with an effect angle equal to zero.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к способам определения критического коэффициента интенсивности напряжений при поперечном сдвиге твердого тела, и может быть использовано при решении прикладных задач механики резания.The invention relates to the study of the strength properties of materials, and in particular to methods for determining the critical coefficient of stress intensity during transverse shear of a solid, and can be used to solve applied problems of cutting mechanics.

Наиболее близким аналогом является способ определения вязкости скольжения твердого тела [1], заключающийся в том, что используют образец в форме параллелепипеда, прикладывают к нему сдвигающую нагрузку, которую создают продольным резанием образца с помощью прямоугольного резца (плоского индентора), ширина и высота передней грани которого превышает соответственно ширину в и толщину а срезаемого слоя. Измеряют максимальную силу резания, и критический коэффициент интенсивности напряжений КПс определяют по следующей зависимости:The closest analogue is a method for determining the sliding viscosity of a solid [1], which consists in using a parallelepiped-shaped sample, applying a shear load to it, which is created by longitudinal cutting of the sample using a rectangular cutter (flat indenter), the width and height of the front face which exceeds respectively the width in and the thickness a of the cut layer. The maximum cutting force is measured, and the critical stress intensity factor K Ps is determined by the following relationship:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Р сд . макс = N - максимальная сила резания.wherein R sd. max = N - maximum cutting force.

В данном способе используют прямоугольный резец с передним углом равным нулю и считают, что передняя поверхность резца действует на срезаемый слой только с нормальной силой равной N, которая является силой резания и одновременно сдвигающей нагрузкой для развития трещины сдвига ι [2], как и показано на фиг. 1.In this method, a rectangular cutter with a rake angle of zero is used and it is believed that the front surface of the cutter acts on the sheared layer only with a normal force equal to N, which is the cutting force and at the same time shear load for the development of shear crack ι [2], as shown in FIG. one.

Принятая схема приложения нагрузки имеет недостатки, заключающиеся в том, что она не учитывает факт наличия трения при перемещении стружки по передней поверхности резца и то, что с началом резания, когда начинается процесс образования стружки, на поверхности резца появляется новая сила - сила трения. Это существенно меняет картину нагружения. Схема сил, приложенных к резцу, в этом случае имеет следующий вид (фиг. 2).The adopted load application scheme has drawbacks in that it does not take into account the fact of friction when moving the chips along the front surface of the cutter and the fact that with the start of cutting, when the process of chip formation begins, a new force appears on the surface of the cutter - the friction force. This significantly changes the loading pattern. The diagram of the forces applied to the cutter, in this case, has the following form (Fig. 2).

При этом допускается, что резание осуществляется острым резцом, тогда силы трения, действующие на задней поверхности инструмента, пренебрежимо малы по сравнению с силами на передней поверхности и ими можно пренебречь.It is assumed that cutting is carried out with a sharp cutter, then the friction forces acting on the rear surface of the tool are negligible compared to the forces on the front surface and can be neglected.

На стружку действует передняя поверхность с силой резания

Figure 00000002
, где N - сила нормального давления передней поверхности резца на срезаемый слой; F=μ⋅N - сила трения на передней поверхности резца, где μ - коэффициент трения стружки и резца. Сила резания R наклонена к поверхности резания под углом ω, который является углом действия силы [3]. Тем самым не выполняется одно из условий создания деформации сдвига - сдвигающая нагрузка должна быть приложена параллельно поверхности резания. Здесь же только часть силы резания создает сдвиговую деформацию. Невыполнение данного условия снижает точность определения коэффициента интенсивности напряжений.The front surface with cutting force acts on the chips.
Figure 00000002
where N is the force of the normal pressure of the front surface of the cutter on the sheared layer; F = μ⋅N is the friction force on the front surface of the tool, where μ is the coefficient of friction of the chip and tool. The cutting force R is inclined to the cutting surface at an angle ω, which is the angle of action of the force [3]. Thus, one of the conditions for creating shear deformation is not satisfied - the shear load must be applied parallel to the cutting surface. Here, only part of the cutting force creates a shear strain. Failure to do so reduces the accuracy of determining the stress intensity factor.

Для оценки точности определения коэффициента интенсивности напряжений данным способом рассмотрим схему резания с позиции вызываемых силой резания деформаций.To assess the accuracy of determining the stress intensity factor in this way, we consider the cutting pattern from the position of deformations caused by the cutting force.

Сила резания R разложена на две составляющие по осям координат, которые направлены параллельно и перпендикулярно вектору скорости резания ν (поверхности резания) и, как правило, именно эти силы измеряются динамометром в опытах. С другой стороны, эти составляющие силы резания R по характеру вызываемых деформаций можно охарактеризовать следующим образом: сдвигающая сила P z =Р сд =R⋅cosω, действующая параллельно плоскости трещины, вызывает рост трещины; сжимающая сила Р у =Р сж ,=R⋅sinω направлена перпендикулярно трещине и стремится захлопнуть, сомкнуть трещину.The cutting force R is divided into two components along the coordinate axes, which are parallel and perpendicular to the cutting velocity vector ν (cutting surface) and, as a rule, it is these forces that are measured by a dynamometer in experiments. On the other hand, these components of the cutting force R by the nature of the induced strains can be characterized as follows: shear force P z = P sd = R⋅ cos ω, acting parallel to the plane of the crack, causes the crack to grow; the compressive force P y = P cr , = R⋅ sin ω is directed perpendicular to the crack and tends to slam, close the crack.

Напряженно-деформированное состояние (НДС) в окрестности вершины трещины, используя принцип суперпозиции, можно представить как сумму НДС поперечного сдвига и НДС сжатия, что графически представлено на фиг. 3.The stress-strain state (SSS) in the vicinity of the crack tip, using the principle of superposition, can be represented as the sum of the SSS of the transverse shear and the SSS of compression, which is graphically presented in FIG. 3.

Как видно из фиг. 3, процесс резания резцом с передним углом равным нулю имеет некоторые специфические особенности - часть приложенной нагрузки "захлопывает" трещину, и только оставшаяся часть сдвигает трещину.As can be seen from FIG. 3, the cutting process with a cutting edge with a rake angle of zero has some specific features - part of the applied load “closes” the crack, and only the remaining part moves the crack.

Разделение общей задачи на частные можно представить и так (фиг. 4).The division of the general task into private ones can be represented as such (Fig. 4).

Тогда коэффициент интенсивности напряжений КII, определяющий НДС в вершине закрывающейся трещины согласно принципу суперпозиции (фиг. 4), равенThen the stress intensity factor K II , which determines the VAT at the tip of the closing crack according to the principle of superposition (Fig. 4), is

Figure 00000003
Figure 00000003

где ƒ - коэффициент трения скольжения между берегами трещины.where ƒ is the coefficient of sliding friction between the crack faces.

Таким образом, коэффициент интенсивности напряжений КII при резании с резцом с передним углом равным нулю получается заниженным.Thus, the coefficient of stress intensity K II when cutting with a cutter with a rake angle of zero is underestimated.

Цель изобретения - повышение точности определения критического коэффициента интенсивности напряжений при поперечном сдвиге твердого тела за счет придания силе резания положения с углом действия равным нулю.The purpose of the invention is to increase the accuracy of determining the critical coefficient of stress intensity during transverse shear of a solid by imparting a cutting force to a position with an angle of action equal to zero.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения критического коэффициента интенсивности напряжений при поперечном сдвиге твердого тела, включающем образец в форме параллелепипеда, к которому прикладывают сдвигающую нагрузку, и которую создают продольным резанием образца с помощью плоского резца, ширина и высота, передней грани которого превышает соответственно ширину в и толщину а срезаемого слоя, а критический коэффициент интенсивности напряжений КIIс определяют по следующей зависимости:This goal is achieved by the fact that in the method for determining the critical coefficient of stress intensity during transverse shear of a solid body, which includes a parallelepiped-shaped sample to which a shear load is applied, and which is created by longitudinal cutting of the sample using a flat cutter, the width and height of which the front face exceeds in respectively the width and thickness of a shear layer, and a critical stress intensity factor K IIc defined by the following relationship:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Р сд . макс - максимальная сила резания,where P sd . Max - maximum cutting force,

согласно изобретению для придания силе резания положения с углом действия равным нулю используют резец с передним углом, равным углу трения для данной пары «резец - обрабатываемый материал».according to the invention, in order to impart a cutting force to a position with an angle of action equal to zero, a cutter with a rake angle equal to the angle of friction for a given pair of “cutter-processed material” is used.

Данное решение следует из анализа схемы резания на фиг. 5.This solution follows from the analysis of the cutting pattern in FIG. 5.

Характер нагружения формирующейся стружки можно оценивать углом действия ω силы резания R и ее величиной.The nature of the loading of the forming chips can be estimated by the angle of action ω of the cutting force R and its value.

Из фиг. 5 следует, что поперечный сдвиг происходит при угле действия равным нулю ω=0. Это условие можно записать еще такFrom FIG. 5 it follows that the transverse shift occurs at an angle of action equal to zero ω = 0. This condition can be written as follows

Figure 00000005
Figure 00000005

где ω - угол действия; δ - угол резания; Ψ - угол трения.where ω is the angle of action; δ is the cutting angle; Ψ is the angle of friction.

Учитывая, что δ=90°-γ, соотношение (1) запишем в виде 90°-γ=90°-Ψ, откуда следует условие поперечного сдвигаConsidering that δ = 90 ° -γ, we write relation (1) in the form 90 ° -γ = 90 ° -Ψ, whence the transverse shear condition

Figure 00000006
Figure 00000006

т.е. чистый поперечный сдвиг при резании возможен тогда, когда передний угол резца равен углу трения пары «резец - обрабатываемый материал».those. Pure transverse shear during cutting is possible when the rake angle of the tool is equal to the angle of friction of the pair “tool - work material”.

При этом сила резания равна сдвигающей силе R=P Z =Р сд . Тогда коэффициент интенсивности напряжений КII равен: КII=КII(Р сд ).In this case, the cutting force is equal to the shear force R = P Z = P sd . Then the stress intensity factor K II is equal to: K II = K II (P sd ).

Способ осуществляется следующим образом. К образцу из исследуемого материала в форме параллелепипеда прикладывают сдвигающую нагрузку, параллельную поверхности резания и вектору скорости резания, и которая создается при продольном резании резцом с передним углом, равным углу трения для данной пары «резец - обрабатываемый материал». Ширина и высота передней грани резца превышают соответственно ширину в и толщину а срезаемого слоя, что исключает краевые эффекты. В процессе резания с помощью динамометра измеряют максимальную силу резания, и критический коэффициент интенсивности напряжений КIIс определяют по следующей зависимости:The method is as follows. A shear load parallel to the cutting surface and the cutting speed vector is applied to the sample of the material in the form of a parallelepiped, and which is created during longitudinal cutting by a cutter with a rake angle equal to the angle of friction for this pair of “cutter - processed material”. The width and height of the front edge of the cutter exceed respectively the width in and the thickness a of the cut-off layer, which eliminates edge effects. In the process of cutting, the maximum cutting force is measured with a dynamometer, and the critical stress intensity factor K IIc is determined by the following relationship:

Figure 00000007
Figure 00000007

где Р сд . макс - максимальная сила резания.wherein R sd. max - maximum cutting force.

Проведенные численные эксперименты, которые проводились при одинаковых условиях, показали, что коэффициент интенсивности напряжений КIIс по заявленному способу превышает значение коэффициента интенсивности напряжений КIIс по прототипу и является наиболее близким к значению коэффициента интенсивности напряжений КIIс эталонного материала с известным значением коэффициента интенсивности напряжений КIIс.The numerical experiments that were carried out under the same conditions showed that the stress intensity factor K IIc according to the claimed method exceeds the value of the stress intensity factor K IIc according to the prototype and is closest to the value of the stress intensity factor K IIc of the reference material with a known value of the stress intensity factor K IIc .

Источники информацииInformation sources

1. А.с. 1357770 СССР, МКИ G01N 3/08. Способ определения вязкости скольжения твердого тела. / Г.П. Черепанов, М.И. Ворожцов, Е.Н. Чижов, А.Г. Черепанов - заявл. 18.07.86; опубл. 07.12.87, Бюл. №45.1. A.S. 1357770 USSR, MKI G01N 3/08. A method for determining the slip viscosity of a solid. / G.P. Cherepanov, M.I. Vorozhtsov, E.N. Chizhov A.G. Cherepanov - declared. 07/18/86; publ. 12/07/87, Bull. No. 45.

2. Черепанов Г.П., Ворожцов М.И., Эйгелес P.M. О резании горных пород. //Доклады АН СССР. - 1987. - Том 296, №1. - С. 49-53.2. Cherepanov G.P., Vorozhtsov M.I., Eigelés P.M. About cutting rocks. // Reports of the Academy of Sciences of the USSR. - 1987. - Volume 296, No. 1. - S. 49-53.

3. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. – М.: Машиностроение, 1975. - 344 с. 3. Bobrov V.F. Fundamentals of the theory of metal cutting. - M.: Mechanical Engineering, 1975 .-- 344 p.

Claims (4)

Способ определения критического коэффициента интенсивности напряжений при поперечном сдвиге твердого тела, включающий образец в форме параллелепипеда, к которому прикладывают сдвигающую нагрузку, и которую создают продольным резанием образца с помощью плоского резца, ширина и высота передней грани которого превышает соответственно ширину в и толщину а срезаемого слоя, а критический коэффициент интенсивности напряжений KIIc определяют по следующей зависимости:A method of determining the critical stress intensity factor at the transverse shear rigid body comprising a sample in the shape of a parallelepiped to which is applied a shearing load, and which create a longitudinal cutting the sample with a flat blade, the width and height of the front edge of which exceeds respectively a width and a thickness and a cutting layer and the critical stress intensity factor K IIc is determined by the following relationship:
Figure 00000008
Figure 00000008
 где
Figure 00000009
- максимальная сила резания,Where
Figure 00000009
- maximum cutting force, отличающийся тем, что для придания силе резания положения с углом действия равным нулю используют резец с передним углом, равным углу трения для данной пары «резец - обрабатываемый материал».characterized in that to give the cutting force a position with an angle of action equal to zero, a cutter with a rake angle equal to the angle of friction for a given pair of “cutter - processed material” is used.
RU2017109045A 2017-03-17 2017-03-17 Method for determining of the stresses strength critical factor with a solid body transverse shear RU2650613C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017109045A RU2650613C1 (en) 2017-03-17 2017-03-17 Method for determining of the stresses strength critical factor with a solid body transverse shear

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017109045A RU2650613C1 (en) 2017-03-17 2017-03-17 Method for determining of the stresses strength critical factor with a solid body transverse shear

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2650613C1 true RU2650613C1 (en) 2018-04-16

Family

ID=61976694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017109045A RU2650613C1 (en) 2017-03-17 2017-03-17 Method for determining of the stresses strength critical factor with a solid body transverse shear

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2650613C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114674260A (en) * 2022-03-28 2022-06-28 沈阳建筑大学 Wear detection method for scraper of full-face tunnel boring machine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1002890A1 (en) * 1981-12-16 1983-03-07 Предприятие П/Я А-3700 Method of determination of stress intensity critical coefficient in longitudinal shear
RU2324916C1 (en) * 2006-10-27 2008-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" Technique for determining critical stress intensity coefficient in a body
JP2009063556A (en) * 2007-08-10 2009-03-26 Mitsubishi Rayon Co Ltd Method for measuring critical stress intensity factor of fiber

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1002890A1 (en) * 1981-12-16 1983-03-07 Предприятие П/Я А-3700 Method of determination of stress intensity critical coefficient in longitudinal shear
RU2324916C1 (en) * 2006-10-27 2008-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" Technique for determining critical stress intensity coefficient in a body
JP2009063556A (en) * 2007-08-10 2009-03-26 Mitsubishi Rayon Co Ltd Method for measuring critical stress intensity factor of fiber

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114674260A (en) * 2022-03-28 2022-06-28 沈阳建筑大学 Wear detection method for scraper of full-face tunnel boring machine
CN114674260B (en) * 2022-03-28 2023-12-26 沈阳建筑大学 Full-face tunnel boring machine scraper abrasion detection method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. The analysis of ductile-brittle failure mode transition in rock cutting
Atkins Toughness and cutting: a new way of simultaneously determining ductile fracture toughness and strength
US5546797A (en) Constant-depth scratch test for the quantification of interfacial shear strength at film-substrate interfaces
Berto et al. Fracture assessment of Brazilian disc specimens weakened by blunt V-notches under mixed mode loading by means of local energy
Erarslan et al. Mixed-mode fracturing of rocks under static and cyclic loading
Zhang et al. Experimental analysis on deformation evolution and crack propagation of rock under cyclic indentation
Carpinteri et al. On the most dangerous V-notch
RU2650613C1 (en) Method for determining of the stresses strength critical factor with a solid body transverse shear
Hlásková et al. Sawing processes as a way of determining fracture toughness and shear yield stresses of wood
Yadav et al. Experimental investigations on deformation of soft rock during cutting
Liu et al. The effect of indentation sequence on rock breakages: a study based on laboratory and numerical tests
Zou et al. The strength and crack behavior of the rock-like gypsum under high strain rate
Lin et al. Rebuttal: Shallow wide groove scratch tests do not give fracture toughness
Castro et al. Can Delta Keff be assumed as the driving force for fatigue crack growth?
Burchill et al. Microstructurally small fatigue crack growth rates in aluminium alloys for developing improved predictive models
Murphy Mode II wood test specimen: beam with center slit
Gogotsi Edge chipping resistance of ceramics: Problems of test method
Anderson Jr et al. Failure and penetration response of borosilicate glass during short-rod impact
Ghamgosar et al. Effect of anisotropy on fracture toughness and fracturing of rocks
Khan et al. Effect of tool profile and fatigue loading on the local hardness around scratches in clad and unclad aluminium alloy 2024
Özcoban et al. Experimental crack front investigation of unpoled soft lead Zirconate Titanate (PZT) using the Single Edge V-Notched Beam (SEVNB) method
Shahidan et al. Analysis of the AE signals parameter at the critical area on the concrete beam
Ostsemin et al. Stress-strain state and stress intensity factor in the vicinity of crack-like defects under biaxial tension of a plate
SU366383A1 (en) METHOD FOR TESTING INSTRUMENTAL
Hahn et al. Plastic zone formation and stable crack growth in high-strength alloy sheets

Legal Events

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

Effective date: 20190318