RU2696934C1 - Способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении - Google Patents
Способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении Download PDFInfo
- Publication number
- RU2696934C1 RU2696934C1 RU2018138173A RU2018138173A RU2696934C1 RU 2696934 C1 RU2696934 C1 RU 2696934C1 RU 2018138173 A RU2018138173 A RU 2018138173A RU 2018138173 A RU2018138173 A RU 2018138173A RU 2696934 C1 RU2696934 C1 RU 2696934C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- heads
- working part
- load
- tensile
- 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
Изобретение относится к методам определения механических характеристик керамики и может быть использовано для оценки предела прочности при растяжении хрупких материалов. Сущность: осуществляют растяжение образца путем приложения к нему статической растягивающей нагрузки, измерение разрушающей образец нагрузки. Растягивающую нагрузку в рабочей части образца создают путем приложения статической сжимающей нагрузки к реверсивному приспособлению, с установленным в нем образцом с плоскими взаимно перпендикулярными головками, с образованием зазоров между ними и скобами. Верхней головкой образец свободно опирается на опорную скобу, а сжимающая нагрузка передается нагружающей скобой на нижнюю головку образца. Размеры поперечного сечения рабочей части образца, габариты головок, радиусы скругления галтелей в переходных частях образца от его головок к рабочей части, определяемые расчетным путем из построенной конечно-элементной модели напряженного состояния образца, удовлетворяют условию отношения максимальных растягивающих напряжений в его рабочей части при соблюдении однородного напряженного состояния к максимальным главным напряжениям в головках и переходных частях образца значению не менее 2,0. Технический результат: обеспечение возможности и повышение эффективности определения предела прочности при осевом растяжении высокопрочной конструкционной керамики. 1 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к методам определения механических характеристик керамики и может быть использовано для определения предела прочности при растяжении конструкционных керамических материалов в ответственных изделиях, требующих периодического контроля прочностных свойств материала при их производстве, например, керамических оболочек обтекателей летательных аппаратов.
Известен способ испытаний на растяжение металлов, в том числе и хрупких (ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение). Известен также способ испытаний на растяжение керамики (ASTM С 1273 - 05 Метод испытания для определения прочности при растяжении монолитной керамики при температуре окружающей среды).
Сущность методов заключается в определении разрушающей силы при растяжении, закрепленного в захватах испытательной машины, образцам Основным недостатком этих методов является наличие погрешностей, возникающих при испытании хрупких материалов: изгибающий момент в рабочем сечении образца из-за эксцентриситета приложения нагрузки, сложность крепления образца в испытательной машине и т.д., а для высокопрочной керамики реализация этих методов может быть вообще проблематичной и в паспортах на эти материалы приводятся значения прочности, определенные при изгибе.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является способ определения предела прочности при растяжении образца, в котором образец испытывают в составе лабораторной сборки, включающей в себя накладки одинаковых с образцом размеров и формы, наклеенные на двух противоположных поверхностях образца. Сборку размещают в цанговых захватах испытательной машины, прикладывают растягивающую нагрузку, измеряют разрушающую сборку нагрузку, получают кривую «деформация-напряжение», из которой восстанавливают диаграмму деформирования образца и определяют предел прочности при растяжении образца (Патент на изобретение RU №2540460, 09.07.2013. Способ определения механических свойств хрупких материалов при растяжении).
К недостаткам прототипа можно отнести то, что напряжение в образце выражают через напряжения лабораторной сборки, что может привнести определенные погрешности в результаты определения предела прочности хрупких материалов при осевом растяжении, особенно при испытании высокопрочной конструкционной керамики, прочность которой при растяжении на порядок выше прочности рассмотренного в прототипе материала.
Задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности определения предела прочности при осевом растяжении высокопрочной конструкционной керамики и повышение эффективности его определения.
Поставленная задача достигается тем, что предлагается способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении, включающий растяжение образца путем приложения к нему статической растягивающей нагрузки, измерение разрушающей образец нагрузки, отличающийся тем, что растягивающую нагрузку в рабочей части образца создают путем приложения статической сжимающей нагрузки к реверсивному приспособлению, состоящему из опорной и нагружающей скоб с вертикально установленным в нем образцом, выполненным с плоскими взаимно перпендикулярными головками, с образованием зазоров между ними и скобами, верхней головкой образец свободно опирается на опорную скобу, при этом сжимающая нагрузка передается нагружающей скобой на нижнюю головку образца, а размеры поперечного сечения рабочей части образца, габариты головок, радиусы скругления галтелей в переходных частях образца от его головок к рабочей части, определяемые расчетным путем из построенной конечно-элементной модели напряженного состояния образца, удовлетворяют условию отношения максимальных растягивающих напряжений в его рабочей части при соблюдении однородного напряженного состояния к максимальным главным напряжениям в головках и переходных частях образца значению не менее 2,0.
Предлагаемый способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении реализуется следующим образом.
Для обеспечения выполнения заданного в заявляемом способе условия определения предела прочности керамики при осевом растяжении создается расчетная модель напряженного состояния образца (в подавляющем большинстве случаев основанная на приближенных численным методах - конечно-элементном подходе) по которой определяют оптимальные размеры образца.
Схематичное изображение используемого для реализации заявляемого способа образца с круглым поперечным сечением рабочей части приведено на фиг. 1. Образец состоит из плоских взаимно перпендикулярных головок 1, продольные плоскости симметрии которых повернуты на угол 90 градусов по центральной оси относительно друг друга (условно верхней 1в и нижней 1н), рабочей части 2 и переходных частей 3, представляющих собой сопряженные галтели от головок образца к его рабочей части с радиусами R1 и R2.
Схематичное изображение реверсивного приспособления, включающего в себя нагружающую 4 и опорную 5 скобы с вертикально установленным в нем образцом 6, свободно опирающегося верхней головкой на опорную скобу, приведено на фиг. 2, где 7 - зазоры между скобами и торцами головок образца (условно верхний 7в и нижний 7н).
Реверсивное приспособление устанавливают между опорами стандартной универсальной испытательной машины, прикладывают усилие сжатия на нагружающую скобу при скорости нагружения V≤1 мм/мин. Нагружающая скоба передает усилие на нижнюю головку образца, при этом опорная скоба остается неподвижной. Таким образом, создаются в образце растягивающие осевые напряжения. Нагрузку увеличивают вплоть до разрушения образца и определяют разрушающую образец нагрузку, Рmах. По полученному результату определяют предел прочности испытуемого материала при осевом растяжении.
Для получения дополнительных данных по свойствам материала образцы испытывают с записью диаграммы «нагрузка-перемещение».
Оптимизированные размеры образца круглого поперечного сечения рабочей части приведены в таблице.
Диаграмма распределения напряжений на внешней поверхности образца вдоль центральной оси, рассчитанная по построенной конечно-элементной модели напряженного состояния образца с круглым поперечным сечением рабочей части, приведена на фиг. 3.
Из представленных результатов следует, что в рабочей части образца реализуется однородное напряженное состояние одноосного растяжения при соблюдении заданного в заявляемом способе условия: отношения максимальных растягивающих напряжений в его рабочей части при соблюдении однородного напряженного состояния к максимальным главным напряжениям в головках и переходных частях образца удовлетворяют значению не менее 2,0.
При проведении испытаний по определению предела прочности керамики при растяжении по заявляемому способу испытуемые образцы разрушались только в рабочей части, при этом коэффициент вариации полученных результатов составил 10-12%, что вполне сопоставимо со значениями коэффициентов вариации результатов при определении прочности керамики при изгибе, например, стеклокерамики ОТМ -357 и свидетельствует о соответствии построенной конечно-элементной модели напряженного состояния образца, поставленной в заявляем способе задаче.
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 предел прочности керамики при осевом растяжении определяют при прямом растяжении рабочей части образца, а не через напряжения лабораторной сборки по которым восстанавливают диаграмму деформирования образца испытываемого хрупкого материала и определяют его предел прочности при растяжении.
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 заданного технического результата изобретения - обеспечение возможности определения предела прочности при осевом растяжении высокопрочной конструкционной керамики, повышение эффективности определении предела прочности высокопрочной конструкционной керамики как в процессе производства изделий, так и при аттестации вновь разрабатываемых керамических материалов.
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, при аттестации по прочности при растяжении вновь разрабатываемых конструкционных керамических и других хрупких материалов, при проведении опытно-конструкторских работ по созданию ответственных изделий в различных областях машиностроения.
Claims (1)
- Способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении, включающий растяжение образца путем приложения к нему статической растягивающей нагрузки, измерение разрушающей образец нагрузки, отличающийся тем, что растягивающую нагрузку в рабочей части образца создают путем приложения статической сжимающей нагрузки к реверсивному приспособлению, состоящему из опорной и нагружающей скоб с вертикально установленным в нем образцом, выполненным с плоскими взаимно перпендикулярными головками, с образованием зазоров между ними и скобами, верхней головкой образец свободно опирается на опорную скобу, при этом сжимающая нагрузка передается нагружающей скобой на нижнюю головку образца, а размеры поперечного сечения рабочей части образца, габариты головок, радиусы скругления галтелей в переходных частях образца от его головок к рабочей части определяют расчетным путем из построенной конечно-элементной модели напряженного состояния образца и удовлетворяют условию отношения максимальных растягивающих напряжений в его рабочей части при соблюдении однородного напряженного состояния к максимальным главным напряжениям в головках и переходных частях образца значению не менее 2,0.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018138173A RU2696934C1 (ru) | 2018-10-29 | 2018-10-29 | Способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018138173A RU2696934C1 (ru) | 2018-10-29 | 2018-10-29 | Способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2696934C1 true RU2696934C1 (ru) | 2019-08-07 |
Family
ID=67587141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018138173A RU2696934C1 (ru) | 2018-10-29 | 2018-10-29 | Способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2696934C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2757758C1 (ru) * | 2020-11-12 | 2021-10-21 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" | Устройство для закрепления хрупких образцов в прессе для проведения прочностных испытаний на растяжение |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62134538A (ja) * | 1985-12-09 | 1987-06-17 | Toshiba Corp | セラミツクスの高温引張試験方法およびその装置 |
RU2540460C1 (ru) * | 2013-07-09 | 2015-02-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ определения механических свойств хрупких материалов при растяжении |
RU2620775C1 (ru) * | 2016-04-25 | 2017-05-29 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Способ оценки прочности при сдвиге клеевого соединения керамического обтекателя |
RU2662251C1 (ru) * | 2017-09-25 | 2018-07-25 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Способ оценки предела прочности керамики при растяжении |
-
2018
- 2018-10-29 RU RU2018138173A patent/RU2696934C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62134538A (ja) * | 1985-12-09 | 1987-06-17 | Toshiba Corp | セラミツクスの高温引張試験方法およびその装置 |
RU2540460C1 (ru) * | 2013-07-09 | 2015-02-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ определения механических свойств хрупких материалов при растяжении |
RU2620775C1 (ru) * | 2016-04-25 | 2017-05-29 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Способ оценки прочности при сдвиге клеевого соединения керамического обтекателя |
RU2662251C1 (ru) * | 2017-09-25 | 2018-07-25 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Способ оценки предела прочности керамики при растяжении |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2757758C1 (ru) * | 2020-11-12 | 2021-10-21 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" | Устройство для закрепления хрупких образцов в прессе для проведения прочностных испытаний на растяжение |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kallas et al. | Interfacial stress state present in a “thin-slice” fibre push-out test | |
Shokrieh et al. | Investigating the transverse behavior of Glass–Epoxy composites under intermediate strain rates | |
Shokrieh et al. | Investigation of strain rate effects on in-plane shear properties of glass/epoxy composites | |
CN108195679B (zh) | 一种测量线材微小试样抗拉强度的装置及试验方法 | |
Johnson et al. | The role of matrix cracks and fibre/matrix debonding on the stress transfer between fibre and matrix in a single fibre fragmentation test | |
CN112730056B (zh) | 一种脆性固体材料非均匀性力学性能预测方法 | |
Cravero et al. | Further developments in J evaluation procedure for growing cracks based on LLD and CMOD data | |
CN105675419A (zh) | 双锥形压入预测材料单轴本构关系测定方法 | |
RU2696934C1 (ru) | Способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении | |
Tandon et al. | Evaluation of interfacial normal strength in a SCS-0/epoxy composite with cruciform specimens | |
Lee et al. | Characterization of matrix damage in metal matrix composites under transverse loads | |
Charkviani et al. | Interlaminar strength and stiffness of layered composite materials | |
RU2662251C1 (ru) | Способ оценки предела прочности керамики при растяжении | |
Kohri et al. | Residual stress measurement of the engineering plastics by the hole-drilling strain-gage method | |
Mokhtar et al. | Finite element modeling of Arcan testing method for ductile and brittle material under different loading configuration | |
Purnowidodo et al. | The effect of hold time of overload on crack propagation behavior emerging from notch root | |
RU2792195C1 (ru) | Способ определения влияния предварительного пластического деформирования на сопротивление усталости материала детали | |
HODHOD et al. | Effect of state of stress at the grips and matrix properties on tensile strength of CFRP rods | |
Gunavan | Static and dynamic debonding strength of bundled glass fibers | |
Xu et al. | Free-edge stress singularities and edge modifications for fiber pushout experiments | |
RU2773418C1 (ru) | Устройство для испытания на сжатие образца материала на стержне гопкинсона-кольского | |
Mohr et al. | High strain rate tensile testing using a split Hopkinson pressure bar apparatus | |
RU2798326C1 (ru) | Образец из слоистых композиционных материалов для испытаний на растяжение в направлении толщины образца | |
Kreider | Mechanical testing of metal matrix composites | |
Qin et al. | A theoretical model for electroelastic analysis in piezoelectric fibre push-out test |