RU2662251C1 - Способ оценки предела прочности керамики при растяжении - Google Patents
Способ оценки предела прочности керамики при растяжении Download PDFInfo
- Publication number
- RU2662251C1 RU2662251C1 RU2017133357A RU2017133357A RU2662251C1 RU 2662251 C1 RU2662251 C1 RU 2662251C1 RU 2017133357 A RU2017133357 A RU 2017133357A RU 2017133357 A RU2017133357 A RU 2017133357A RU 2662251 C1 RU2662251 C1 RU 2662251C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- tensile strength
- strength
- annular
- load
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title abstract description 18
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000013001 point bending Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 8
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000585 Mann–Whitney U test Methods 0.000 description 1
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
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
Изобретение относится к методам определения механических характеристик керамики и может быть использовано для оценки предела прочности при растяжении керамических материалов, используемых в изделиях, требующих индивидуального контроля прочностных свойств. Сущность: осуществляют диаметральное сжатие кольцевого образца путем приложения статической нагрузки, определение разрушающей образец нагрузки, определение коэффициента концентрации напряжений образца и определение его предела прочности при растяжении. Коэффициент концентрации напряжений в образце определяют по значениям предела прочности при одноосном растяжении, оцененным по модели хрупкого разрушения с использованием значений прочности материала при изгибе, по формуле:
где - значение прочности керамического материала при изгибе; Vu - объем образца между опорами нагружающего устройства; Vр - рабочий объем образца при испытаниях на одноосное растяжение; D - внешний диаметр кольцевого образца; d - внутренний диаметр кольцевого образца; t - толщина кольцевого образца; kн - коэффициент нагрузки образца, равный 1/(2(m+1)2) при трехточечном изгибе или равный (m+2)/(4(m+1)2) при четырехточечном изгибе;
m - модуль Вейбулла материала изделия; Рmax - разрушающая кольцевой образец нагрузка, а предел прочности материала при растяжении оценивают по формуле: Технический результат: обеспечение возможности оценки предела прочности при растяжении керамического материала в процессе производства изделий и повышение эффективности оценки при отсутствии паспортных данных по прочности на материал при прямом растяжении. 1 ил.
Description
Изобретение относится к методам определения механических характеристик керамики и может быть использовано для оценки предела прочности при растяжении керамических материалов в изделиях, требующих индивидуального контроля прочностных свойств, например керамических оболочек обтекателей летательных аппаратов.
Известно, что при испытании хрупких материалов, в частности конструкционной керамики, одноосное растяжение является весьма трудно реализуемым методом из-за погрешностей, возникающих при испытании: изгибающий момент в рабочем сечении образца из-за эксцентриситета приложения нагрузки, сложность крепления образца в испытательной машине и т.д., а для высокопрочной керамики его реализация может быть вообще проблематичной. В связи с этим испытания на прямое одноосное растяжение редко используются для аттестации конструкционной керамики, а для оценки прочности при растяжении часто используют косвенные методы, одним из которых является метод диаметрального сжатия кольцевых образцов.
Известен способ определения предела прочности при растяжении хрупких материалов по методике диаметрального сжатия кольцевых образцов (Бортц С., Лунд X. Оценка испытаний на растяжение хрупких материалов. - В кн.: Графит как высокотемпературный материал. М.: «Мир», 1964, с. 174-184), включающий диаметральное приложение статической сжимающей нагрузки к цилиндрическому кольцевому образцу и определение его предела прочности при растяжении по формуле:
где Pmax - разрушающая нагрузка; Kd - коэффициент концентрации напряжений, зависящий от отношения d/D; D - внешний диаметр образца; d - внутренний диаметр образца; t - толщина образца.
Недостатком данного способа является то, что используемые при этом значения коэффициента концентрации напряжений (Kd) в зависимости от отношений диаметров образца d/D получены на основе уравнений теории упругости и не учитывают свойства конкретного материала.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является способ определения предела прочности при растяжении кольцевых образцов из материала изделий, в котором коэффициент концентрации напряжений определяли по преобразованной относительно Kd формулы (1):
где σp - предел прочности при одноосном растяжении образцов из выбранного материала, например, по паспортным данным (Успенская А.Н., Лупанова O.K. Определение предела прочности на растяжение методом сжатия колец. - Тр. Горьк. политехн. ин-та, 1970, 26, вып. 10, с. 24-26 (прототип)).
Предложенный способ учитывает свойства конкретного материала, однако при этом для определения коэффициента концентрации напряжений необходимо иметь данные по пределу прочности при одноосном растяжении рассматриваемого материала, а как уже упоминалось выше, для конструкционной керамики одноосное растяжение является достаточно трудно реализуемым методом.
Задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности оценки предела прочности при растяжении керамического материала в процессе производства изделий и повышение эффективности оценки при отсутствии паспортных данных по прочности на материал при прямом растяжении.
Поставленная задача достигается тем, что способ оценки предела прочности керамики при растяжении, включающий диаметральное сжатие кольцевого образца путем приложения статической нагрузки, измерение разрушающей образец нагрузки, определение коэффициента концентрации напряжений в образце и предела прочности при растяжении, отличается тем, что коэффициент концентрации напряжений в образце определяют по значениям предела прочности при одноосном растяжении, оцененным по модели хрупкого разрушения с использованием значений прочности материала при изгибе, по формуле:
Vu - объем образца между опорами нагружающего устройства;
Vp - рабочий объем образца при испытаниях на одноосное растяжение;
D - внешний диаметр кольцевого образца;
d - внутренний диаметр кольцевого образца;
t - толщина кольцевого образца;
kн - коэффициент нагрузки образца, равный 1/(2(m+1)2) при трехточечном изгибе или равный (m+2)/(4(m+1)2) при четырехточечном изгибе;
m - модуль Вейбулла материала изделия;
Pmax - разрушающая кольцевой образец нагрузка,
а предел прочности материала при растяжении оценивают по формуле:
Зависимости коэффициентов концентрации напряжений исследованных материалов от отношения d/D в исследованном авторами диапазоне в сопоставлении с зависимостью для чугуна СЧ-18-35 (прототип) проиллюстрированы на чертеже. Все представленные зависимости хорошо аппроксимируются экспонентой с коэффициентами детерминации, составляющими для керамических материалов ОТМ-357, ОТМ-609 и чугуна СЧ-18-35 0,989, 0,987 и 0,996 соответственно. Анализ по U-критерию Манна-Уитни показал, что коэффициенты концентрации напряжений для образцов из материалов ОТМ-357 и ОТМ-609 в рассмотренных группах отношений d/D значимо различаются между собой. Следовательно, значения коэффициентов концентрации напряжений зависят и от физико-механических свойств материала образцов, что и учитывается в заявляемом способе оценки предела прочности керамики при растяжении σpk.
Экспериментально установлено, что для оценки предела прочности керамики при растяжении методом диаметрального сжатия кольцевых образцов из материалов: стеклокерамики литийалюмосиликатного состава ОТМ-357 и кварцевой керамики ОТМ-609, используемых при производстве оболочек антенных обтекателей, оптимальным является использование кольцевых образцов с отношением d/D=0,2-0,6. При указанном отношении внутреннего диаметра к наружному относительная ошибка определения разрушающей образец нагрузки, Pmax, для исследованных материалов не превышала 5-10%, результат вполне сопоставимый с относительной ошибкой при испытаниях на изгиб. При этом выбранное отношение d/D обеспечивает технологичность изготовления образцов.
Предлагаемый способ оценки предела прочности керамики при растяжении реализуется следующим образом.
Из технологического припуска оболочки обтекателя, предназначенного для определения физико-технических характеристик материала данной оболочки (стеклокерамики или кварцевой керамики), изготавливают кольцевые образцы с отношением диаметров d/D=0,2-0,6.
Определяют величину коэффициента концентрации напряжений кольцевого образца рассматриваемой керамики из выражения (3) по пределу прочности при растяжении, оцененному по результатам штатных испытаний на прочность при изгибе образцов материала контролируемой оболочки.
Кольцевой образец устанавливают между опорами стандартной универсальной испытательной машины, испытывают на диаметральное сжатие при скорости нагружения V=1-2 мм/мин, определяют разрушающую образец нагрузку, Pmax, и по полученным результатам по формуле (4) оценивают предел прочности испытуемого материала при растяжении, сравнивая его с заданными базовыми значениями. Для получения дополнительных данных по свойствам материала образцы испытывают с записью диаграммы «нагрузка-перемещение».
Для проведения испытаний по заявляемому способу не требуется создания специальных нагружающих устройств, достаточно наличия стандартной универсальной испытательной машины.
Сравнение заявляемого способа с прототипом показывает, что способ отличается от известного тем, что величину коэффициента концентрации напряжений образца определяют не по значениям предела прочности рассматриваемой керамики при одноосном растяжении образцов, а по пределу прочности, оцененному по модели хрупкого разрушения с использованием результатов определения прочности при изгибе.
При этом экспериментально установлено, что для оценки предела прочности стеклокерамики и кварцевой керамики при растяжении методом диаметрального сжатия оптимально использовать кольцевые образцы с отношением d/D=0,2-0,6.
При изучении других технических решений в данной области техники установлено, что рассмотренные в способе отличительные признаки ранее не встречались, способ соответствует критерию изобретения «новизна» и обеспечивает достижение указанного технического результата изобретения - повышение эффективности оценки предела прочности при растяжении керамического материала изделий в процессе производства. Таким образом, заявляемое техническое решение - способ - соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ может найти применение в процессе производства различных изделий из керамики, требующих индивидуального контроля прочностных свойств материалов, для оценки предела прочности при растяжении и при проведении опытно-конструкторских работ.
Claims (13)
- Способ оценки предела прочности керамического материала при растяжении, включающий диаметральное сжатие кольцевого образца путем приложения статической нагрузки, измерение разрушающей образец нагрузки, определение коэффициента концентрации напряжений в образце и предела прочности при растяжении, отличающийся тем, что коэффициент концентрации напряжений в образце определяют по значениям предела прочности при одноосном растяжении, оцененным по модели хрупкого разрушения с использованием значений прочности материала при изгибе, по формуле:
- Vu - объем образца между опорами нагружающего устройства;
- Vp - рабочий объем образца при испытаниях на одноосное растяжение;
- D - внешний диаметр кольцевого образца;
- d - внутренний диаметр кольцевого образца;
- t - толщина кольцевого образца;
- kн - коэффициент нагрузки образца, равный 1/(2(m+1)2) при трехточечном изгибе или равный (m+2)/(4(m+1)2) при четырехточечном изгибе;
- m - модуль Вейбулла материала изделия;
- Pmax - разрушающая кольцевой образец нагрузка,
- а предел прочности материала при растяжении оценивают по формуле:
- σpk=Pmax×Kdu/((D-d)×t).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017133357A RU2662251C1 (ru) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | Способ оценки предела прочности керамики при растяжении |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017133357A RU2662251C1 (ru) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | Способ оценки предела прочности керамики при растяжении |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2662251C1 true RU2662251C1 (ru) | 2018-07-25 |
Family
ID=62981791
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017133357A RU2662251C1 (ru) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | Способ оценки предела прочности керамики при растяжении |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2662251C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2696934C1 (ru) * | 2018-10-29 | 2019-08-07 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU93988A1 (ru) * | 1951-10-06 | 1951-11-30 | И.А. Рохлин | Способ определени предела прочности пустотелых керамических камней |
SU1532865A1 (ru) * | 1987-10-19 | 1989-12-30 | Институт Проблем Прочности Ан Усср | Способ определени предела прочности керамических материалов |
US4918993A (en) * | 1986-08-21 | 1990-04-24 | Hughson David R | Method of gauging pre-existing in-situ stress from an extracted sample |
SU1758540A1 (ru) * | 1990-12-19 | 1992-08-30 | С.Г.Никольский | Способ контрол прочности керамического издели на изгиб |
-
2017
- 2017-09-25 RU RU2017133357A patent/RU2662251C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU93988A1 (ru) * | 1951-10-06 | 1951-11-30 | И.А. Рохлин | Способ определени предела прочности пустотелых керамических камней |
US4918993A (en) * | 1986-08-21 | 1990-04-24 | Hughson David R | Method of gauging pre-existing in-situ stress from an extracted sample |
SU1532865A1 (ru) * | 1987-10-19 | 1989-12-30 | Институт Проблем Прочности Ан Усср | Способ определени предела прочности керамических материалов |
SU1758540A1 (ru) * | 1990-12-19 | 1992-08-30 | С.Г.Никольский | Способ контрол прочности керамического издели на изгиб |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2696934C1 (ru) * | 2018-10-29 | 2019-08-07 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cravero et al. | Further developments in J evaluation procedure for growing cracks based on LLD and CMOD data | |
RU2662251C1 (ru) | Способ оценки предела прочности керамики при растяжении | |
RU2350922C1 (ru) | Способ определения коэффициента пуассона горных пород | |
CN109870258B (zh) | 一种平面任意残余应力的仪器化球形压入检测方法 | |
RU2536783C1 (ru) | Способ определения ресурса металла трубопроводов | |
RU2599069C1 (ru) | Способ определения предела выносливости материала при растяжении-сжатии | |
RU2696934C1 (ru) | Способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении | |
Bader et al. | Effect of stress ratio and v notch shape on fatigue life in steel beam | |
RU2750683C1 (ru) | Способ определения механических характеристик высокоэнергетических материалов | |
RU2298164C2 (ru) | Способ определения предела выносливости предварительно деформированного листового материала | |
RU2792195C1 (ru) | Способ определения влияния предварительного пластического деформирования на сопротивление усталости материала детали | |
Purnowidodo et al. | The effect of hold time of overload on crack propagation behavior emerging from notch root | |
Purnowidodo et al. | The crack growth behavior after overloading on rotating bending fatigue | |
Kim et al. | Effects of fiber gripping methods on single fiber tensile test using Kolsky bar | |
RU2721314C1 (ru) | Способ определения относительного сужения после разрыва | |
RU2590941C1 (ru) | Способ испытания плоских образцов из органического стекла на чистый сдвиг | |
Shlyannikov et al. | Surface and through thickness crack growth in cruciform specimens subjected to biaxial loading | |
RU2773418C1 (ru) | Устройство для испытания на сжатие образца материала на стержне гопкинсона-кольского | |
RU2706106C1 (ru) | Способ определения ресурса стальных изделий | |
RU2570237C1 (ru) | Способ определения вязкости металлических материалов | |
Tretyakova et al. | Complex study of the Portevin-Le Chatelier effect by uniaxial tension of axisymmetric specimens with ring concentrators of various geometries | |
RU2727068C1 (ru) | Способ определения предельного равномерного сужения | |
Zhu et al. | Fatigue Strength of Shaft with Diameter Enlarged Partially by Cyclic Bending and Axial Compressive Loading | |
CN106290559A (zh) | 发动机剩余寿命预测系统 | |
Klepaczko et al. | Rate sensitivity of copper at large strains and high strain rates |