SE413438B

SE413438B - SET AND APPARATUS FOR EXECUTING THE SET TO DETERMINE THE MINIMUM LOAD SCOPE OF A MATERIAL FOR CRACK GROWTH, IT WILL SAY IT THROUGH TIRE

Info

Publication number: SE413438B
Application number: SE7809119A
Authority: SE
Inventors: L A Jilken
Original assignee: Stangakonsult
Priority date: 1978-08-30
Filing date: 1978-08-30
Publication date: 1980-05-27
Also published as: DE2953044C2; GB2050630B; SE7809119L; GB2050630A; NO144940B; DE2953044T1; NO144940C; NO792806L; EP0016205A1; WO1980000493A1

Description

'7809119-6 of Mechanical Engineering Science, Vol l5, nr 4, l973, sid 27l-273. '7809119-6 of Mechanical Engineering Science, Vol. 15, No. 4, 1973, pp. 271-273.

I uppsatsen beskrivs otksâ en metod och ett system för automatisk gradvis reducering av en cyklisk belastning på en provkropp tills en utmattningsspricka slutar att växa, varigenom.tröskelvärdet för omfånget hos spänningsintensitetsfaktorn kan bestämmas.The thesis describes a method and a system for automatic gradual reduction of a cyclic load on a specimen until a fatigue crack stops growing, whereby the threshold value for the magnitude of the stress intensity factor can be determined.

En nackdel med den i uppsatsen beskrivna metoden är att förhållan- det mellan den cykliska belastningens minsta, Pmiñ, och största, Pmax, värden varierar under reduceringen av belastningen, se fig la, något som innebär att det uppmätta tröskelvärdet kommer att bero av nämnda varierande förhållande. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att undanröja ovannämnda I nackdelar vid bestämning av ett materials tröskelvärde vid utmatt-. ning. Detta åstadkommes på det sätt och med den anordning som fram- går av bifogade patentkravs kännetecken.A disadvantage of the method described in the thesis is that the ratio between the minimum, Pmiñ, and maximum, Pmax, values of the cyclic load varies during the reduction of the load, see Fig. 1a, which means that the measured threshold value will depend on said varying relationship. The object of the present invention is to obviate the above-mentioned disadvantages in determining the threshold value of a material at fatigue. ning. This is achieved in the manner and with the device which appears from the features of the appended claims.

Uppfinningen skall i det följande förklaras ytterligare med hänvis- 'ning till bifogad ritning på vilken den tidigare nämnda fig la visar förloppet hos en i tiden växlande belastning enligt den inlednings- vis nämnda uppsatsen. Fig lb visar utsignalen hos en mätgivare medelst vilken detekteras avståndet mellan tvenne punkter på ömse sidor av en sprickanvisning (CGD) hos en provkropp för utmattningsprov. Fig lc illustrerar förloppet hos en i tiden växlande belastning enligt föreliggande uppfinning. Fig 2 visar ett utförande av en konventionell provkropp för utmattningsprov. Fig 3 visar schematiskt en uppställ- ning för utmattningsprov av en provkropp enligt fig 2.The invention will be further explained in the following with reference to the accompanying drawing, in which the previously mentioned figure 1a shows the course of a time-varying load according to the essay mentioned in the introduction. Fig. 1b shows the output signal of a measuring sensor by means of which the distance between two points on either side of a cracking instruction (CGD) of a fatigue test specimen is detected. Fig. 1c illustrates the course of a time-varying load according to the present invention. Fig. 2 shows an embodiment of a conventional test body for fatigue tests. Fig. 3 schematically shows an arrangement for fatigue test of a specimen according to Fig. 2.

Vid utmattningsprov på känt sätt utsätts en provkropp enligt fig 2 -för en i tiden växlande belastning P. Provkroppen har en sprickanvis- ning l som propagerar under förutsättning att den växlande belast- ningen är tillräckligt stor. På provkroppen kan man definiera tvenne punkter 2, 3 på ömse sidor om sprickanvisningen l. Under provets gång strävar man efter att låta avståndet (CGD) mellan punkterna 2 och 3, under inverkan av belastningsvariationen, växla mellan två värden, fig lb. Som en följd härav och av att sprickan propagerar '7809119~6 kommer belastningen P att sjunka så som visas i fig ia. Pmin/Pmax som i det följande benämns R-värdet varierar under provets gång till följd av att Pmín är konstant. Härav följer att tröskelvärdet blir upptaget för ett slutligt R-värde som inte gär att förutsäga vid utmattningsprovets början.In fatigue tests in a known manner, a test specimen according to Fig. 2 is subjected to a time-varying load P. The specimen has a cracking instruction 1 which propagates provided that the alternating load is sufficiently large. On the test piece, two points 2, 3 can be defined on either side of the cracking instruction 1. During the test, the aim is to allow the distance (CGD) between points 2 and 3, under the influence of the load variation, to switch between two values, Fig. 1b. As a result, and because the crack propagates, the load P will drop as shown in Fig. 1a. Pmin / Pmax, hereinafter referred to as the R-value, varies during the course of the test due to the fact that Pmín is constant. It follows that the threshold value is taken for a final R-value that is not predictable at the beginning of the fatigue test.

Enligt uppfinningen ser man till att R-värdet är konstant under ut- mattningsprovets gång. Detta åstadkoms på så sätt att man bestämmer ett R-värde och att maxvärdet, Pmax, för belastningen P väljs så stort att propagering åstadkommes. Härigenom är även Pmín bestämt. Även här låter man avståndet mellan punkterna 2, 3 växla mellan tvenne värden enligt fig ih.According to the invention, it is ensured that the R-value is constant during the course of the fatigue test. This is achieved in such a way that an R-value is determined and that the maximum value, Pmax, for the load P is chosen so large that propagation is achieved. In this way, Pmín is also determined. Here, too, the distance between the points 2, 3 is allowed to change between the two values according to Fig. 1h.

I fig 3 är 4 en belastningsmaskin medelst vilken en i belastnings-- maskinen inspänd provkropp 5, av det slag som visas i fig 2, ut- sättes för en i tiden växlande belastning P. Ett styrsystem 6, för vilket skall redogöras nedan, styr belastningen så att den i tiden varierar sä som i fig ic.In Fig. 3, 4 is a loading machine by means of which a test body 5 clamped in the loading machine, of the type shown in Fig. 2, is subjected to a time-varying load P. A control system 6, to be described below, controls the load so that it varies in time as in fig ic.

Beiastningsmaskinen 4 innehalier en beiastningsram 7 och tvenne backar 8, 9 för inspänning av provkroppen 5, Den övre backen 8 är via en iastgivare l0 förbunden med en i belastningsramen 7 gängad spindel ll, som har en ratt l2 medelst vilken avståndet mellan backarna kan ställas in. Den undre backen 9 är förbunden med en i belastningsramen 7 glidbart lagrad del l3 som är operativt för- bunden med ett hydrauldrivet cylinder-kolvaggregat i4, streckat i figuren, i vilken aggregatets kolvstâng l5 är utritad.The loading machine 4 contains a loading frame 7 and two jaws 8, 9 for clamping the test body 5. The upper jaw 8 is connected via a loading sensor 10 to a spindle 11 threaded in the loading frame 7, which has a knob 12 by means of which the distance between the jaws can be adjusted. . The lower jaw 9 is connected to a part 13 slidably mounted in the load frame 7 which is operatively connected to a hydraulically driven cylinder-piston assembly 14, dashed in the figure, in which the piston rod 15 of the assembly is drawn.

Styrsystemet 6 innefattar i sig två beräkningssiingor av vilka den ena har till uppgift att alstra en mot beiastningens momentana Pmin-värde svarande signal och den andra är inrättad att alstra en styrsignal för styrning av cylinder-kolvaggregatet l4 i avseende på belastningens momentana Pmax- och Pmin-värden. Den förstnämnda beräkningsslingan består av ett beräkningsorgan l6 till vilket är _kopplad en manuellt instäilbar börvärdesgivare i7, för inställning 7809119-6 av ett önskat R-värde, samt den tidigare nämnda lastgivaren 10. Den andra beräkningsslingan består ay ett till cylinder-kolvaggregatet l4 kopplat styrorgan 18. Till styrorganet är beräkningsorganet l6, en börvärdesgivare l9 för manuell inställning av Pmax samt en med provkroppen anordnad lägesgivare 20 anslutna. Lägesgivaren 20 kan vara av optisk eller mekanisk typ och är inrättad att alstra en mot ändringen av avståndet (CGD) mellan punkterna 2, 3, fig 2, svarande signal. ' Vid bestämning av tröskelvärdét vid utmattning för det material prov- kroppen 5 är tillverkad av förfares på följande sätt. Manuellt stäl- ler man pâ börvärdesgivarna l6 och l9 in börvärden pägR resp Pmax. l beräkningsorganet l6 behandlas signalerna fran lastgivaren l0 och börvärdesgivaren l7 samt ett mot det inställda Pmax-värdet svarande Pmín-värde erhålles. Med hjälp av beräkningsorganets l6 och läges- -givarens 20 utsignaler och av en yttre styršignal, i fig 3 antydd med en pil 21, vilken styrsignal kan vara exempelvis en sinus-, -fyrkant, eller sågtandssignal, alstrar styrorganet l8 en signal medelst vilken cylinder-kolvaggregaten 14 bringas belasta provkroppen med en enligt styrsignalen varierande belastning. Förhållandet mel- lan belastningens min-, och maxvärde är härvid konstant och lika med det inställda R-värdet. Belastningens max- och min-värden bringas härvid antaga sådana värden att avståndet (CGD) mellan punkterna 2, 3 är konstant trots sprickpropageringen. ' Uppfinningen får ej anses begränsad till ovan beskrivna utförings- exempel utan kan varieras på många sätt inom ramen för uppfinnings- tanken. Uppenbart är också att sådana förutsättningar som normalt' skall vara uppfyllda vid dylika tröskelvärdesbestämningar, t ex konstant temperatur, även skall vara uppfyllda vid bestämning av tröskelvärdet vid utmattning enligt föreliggande uppfinning.The control system 6 itself comprises two calculation rings, one of which has the task of generating a signal corresponding to the instantaneous Pmin value of the load and the other is arranged to generate a control signal for controlling the cylinder-piston assembly 14 with respect to the instantaneous Pmax and Pmin of the load. values. The first-mentioned calculation loop consists of a calculation means 16 to which is connected a manually adjustable setpoint sensor i7, for setting 7809119-6 of a desired R-value, and the previously mentioned load sensor 10. The second calculation loop consists of a control means connected to the cylinder-piston assembly 14 18. The calculation means 16, a setpoint sensor 19 for manual setting of Pmax and a position sensor 20 arranged with the test body are connected to the control means. The position sensor 20 can be of optical or mechanical type and is arranged to generate a signal corresponding to the change of the distance (CGD) between the points 2, 3, Fig. 2. In determining the threshold value at fatigue for the material the sample body 5 is made of, the procedure is as follows. The setpoints l6 and l9 are set manually on setpoints pägR and Pmax respectively. In the calculating means 16, the signals from the load sensor 10 and the setpoint sensor 17 and a Pmín value corresponding to the set Pmax value are obtained. By means of the output signals of the calculation means 16 and the position sensor 20 and of an external control signal, indicated in Fig. 3 by an arrow 21, which control signal may be, for example, a sine, square or sawtooth signal, the control means 18 generates a signal by means of which cylinder the piston assemblies 14 are caused to load the test body with a load which varies according to the control signal. The ratio between the minimum and maximum value of the load is constant and equal to the set R-value. The maximum and minimum values of the load are hereby assumed to be such values that the distance (CGD) between the points 2, 3 is constant despite the crack propagation. The invention must not be considered limited to the embodiments described above, but can be varied in many ways within the scope of the inventive idea. It is also obvious that such conditions which should normally be met in such threshold value determinations, for example constant temperature, must also be met in determining the threshold value in case of fatigue according to the present invention.

Claims

A patent method for determining the minimum load range of a material, the range between the maximum and minimum loads of the load, for crack growth, i.e. its fatigue threshold, wherein a specimen (5) of the material which has a cracking instruction ( l), is subjected to a time-varying load (P) causing crack propagation which by a gradually decreasing load mean value is given a retarded and finally stopping crack propagation and thereby ensuring that the distance between two points (2, 3), on either side of the crack instruction ( l), switches between two values characterized in that the ratio (R) between the minimum and maximum values of the load is kept constant during the determination. Device for carrying out the method according to claim 1, comprising a loading machine (4) in which a test body (5) is clamped with a cracking instruction (1), which loading machine (4) is arranged to expose the body (5). a load (P), a position sensor (20) arranged to generate a signal which unambiguously corresponds to the distance between two points (2, 3) on either side of the cracking instruction (1), the means (18) arranged to, depending on said signal control the load so that this, from initial value entraining crack propagation, has a gradually decreasing mean value which in the test body (5) gives a retarded and finally stopping crack propagation, and so that the distance between "points (2, 3) alternates between two values, characterized in that an electronic control means (18) is arranged to control the load machine (4) so that the ratio (R) between the minimum and maximum values of the load is kept constant during the determination.