SU1730562A1 - Способ создани усталостной трещины заданной длины - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к испытани м материалов и может быть использовано при настройке средств неразрушающего контрол  и дл  определени  механических характеристик материалов Цель изобретени  - повышение точности за счет обеспечени  посто нной скорости роста при формировании несквозных трещин. Провод т предварительные испытани  образца, заключающиес  в циклическом нагружении образца до разрушени  и определении средней скорости роста усталостной трещины . Нагружение провод т в жестком режиме нагружени , затем провод т испытани  на эталонных образцах при тех же услови х нагружени . В процессе циклического нагружени  определ ют момент возникновени  усталостной трещины и фиксируют число циклов, соответствующих этому моменту. О текущей длине L усталостной трещины после регистрации момента ее возникновени  суд т по соотношению: L (VAN. 4 ил. (Л

Description

Изобретение относитс  к испытани м материалов и может быть использовано при настройке средств неразрушающего контрол  и дл  определени  механических характеристик материалов.

Известен способ определени  длины усталостной трещины, заключающийс  в том, что провод т циклическое нагружение образца, довод т его до разрушени  и производ т фрактографические измерени , по которым суд т о длине и скорости роста усталостной трещины.

Длину усталостной трещины определ ют только после разрушени  образца.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ определени  длины усталостной трещины, заключающийс  в том, что провод т циклические наг ру ени  образца, через образец с трещиной пропускают несто нный электрический ток и регистрируют разности электрических потенциалов между двум  парами точек, фиксированных на образце.

Недостатком данного способа  вл етс  то, что он имеет недостаточную точность не учитывающую посто нную скорость роста трещины.

Цель изобретени  - повышение точности за счет обеспечени  посто нной скорости роста при формировании несквозных трещин.

Поставленна  цель достигаетс  гем, что в способе создани  усталостной трещины заданной длины, заключающемс  в том, что нагружают образец циклической нагрузкой, с момента зарождени  трещины определ ют параметры этого роста, с учетом которых суд т об ее длине, нагружение осуществл XI

ы о ел о ю

ют при посто нной деформации, в качестве параметра роста трещины регистрируют скорость ее роста, а длину трещины определ ют из следующего соотношени :

L d-AN,

где L - текущее значение длины усталостной трещины;

5- средн   скорость роста усталостной трещины в цикле;

ДМ - разница между текущим значением числа циклов и числом циклов соответствующих моменту возникновени  усталостных трещин.

На фиг, 1 изображена схема нафужаю- щего устройства; на фиг. 2 - схема расположени  датчиков на испытываемом образце; на фиг. 3 - график суперпозиции длины (L мм) и скорости (V мкм) роста усталостной трещины в зависимости от числа циклов на- гружени  (N), полученные в результате фрактографических измерений после предварительных испытаний; на фиг. 4 - график информативного параметра акустической эмиссии (А), зарегистрированный в процессе испытаний эталонного образца в зависимости от числа циклов (N).

Пример. При реализации данного способа использовалось нагружающее устройство , обеспечивающее жесткий режим циклического нагружени  при испытании на изгиб по трехточечной схеме (фиг. 1). Оно состоит из опорных роликов 1, перестраиваемого эксцентрика 2, толкател  3 и направл ющих перемещени  толкател  4. В качестве приемников акустической эмиссии использовались датчики дифференциального типа расположение которых показано на фиг. 2, где на образце 5 с концентратором 6 установлены охранные датчики 7 и информативный датчик 8.

Проверка предлагаемого способа проводилась на образцах пр моугольного сече- ни  из алюминиевого сплава с геометрическими размерами 10x30x250 мм3 На образце 5 наносили несквозной концентратор полуэллиптической формы прот женностью по поверхности 5 мм и глубиной 1 мм. Концентратор наносили электроискровым способом, что практически исключает наличие остаточных напр жений . Воспроизводимость минимального и максимального прогибов от испытани  к испытанию достигалась за счет изменени  диаметров опорных роликов 1 и изменени  величины эксцентриситета у перестраиваемого эксцентрика 4.

В качестве метода, позвол ющего определ ть момент возникновени  усталостной трещины и следить за ее ростом, использовалась акустическа  эмисси . Датчики 7 выполн ли функции охранных датчиков, т.е. сигналы, которые во времени принимались этими датчиками раньше чем информативным датчиком 8, отфильтровывались и в обработке не участвовали. Контроль акустической эмиссии осуществл лс  по схеме временной селекции. С целью получени  количественно сопоставимых результатовприпроведении

акустико-эмиссионного контрол  в каждом испытании об зательно выполн лс  контроль качества акустического контакта с целью его воспроизводства.

При проведении предварительных испытаний , выполн емых с целью определени  скорости роста усталостной трещины в заданных услови х нагружени , испытываемый образец 5 циклически нагружали в жестком режиме нагружени . Испытани  заканчивали при разрушении образца, На участке образца с усталостной трещиной проводили фрактографические измерени  с целью определени  средней скорости роста

усталостной трещины в цикле и ее длины. Результаты измерений приведены на фиг. 3, где 1 - крива  скорости роста усталостной трещины, а 2 - крива  длины усталостной трещины. До некоторой длины скорость роста остаетс  практически посто нной и ко леблетс  в пределах 0,8 - 2,0 мкм. Таким образом, средн   скорость усталостной трещины при данных услови х испытаний с момента возникновени  и до некоторой

критической длины (в услови х эксперимента критическа  длина составл ла 5,6 мм) в среднем составл ет 0,15 мкм за цикл

После предварительного испытани  переходили к испытани м на эталонных образцах .

Дл  этого проводили циклическое на- гружение эталонного образца при тех же услови х нагружени  и том же качестве акустического контакта. В процессе циклического нагружени  определ ли момент возникновени  усталостной трещины и фиксировали число циклов, соответствующих этому моменту. На фиг. 4 приведен график изменени  информативного параметра акустической эмиссии А от числа циклов нагружени  N. На графике отчетливо виден момент возникновени  усталостной трещины (отмеченный на графике символом/). О текущей длине усталостной трещины после

регистрации момента ее возникновени  судили по соотношению

L- б-ДМ,

где L - текущее значение длины усталостной трещины;

д- средн   скорость роста усталостной трещины в цикле;

ДМ- разница между текущим значением числа циклов и числом циклов, соответствующих моменту возникновени  усталостной трещины.

В соответствии с предлагаемым соотношением длина трещины, рассчитанна  по результатам испытаний, составл ет

1 0,15 х (39662 - 9917)71000 4,46 мм.

Значение чисел циклов, используемых в вычислени х, определ етс  непосредственно из приведенного графика (фиг, 4).

Достоверность результатов провер ли в следующей последовательности.

После окончани  испытаний (испытани  заканчивались раньше, чем трещина достигнет критической длины 5,6 мм) образец подвергали капил рному методу неразрушающего контрол , который  вл етс  наи- более чувствительным к поверхностным дефектам. Затем образец доламывали и на металлографическом микроскопе определ ли длину трещины. Было установлено, что длина трещины составл ет 4,2 мм. Таким образом, погрешность не превышает 6%.

Использование изобретени  позвол ет создавать усталостные трещины заданной длины на образцах, которые могут быть использованы при настройке средств нераз-

Claims (2)

1. рушающего контрол  и дл  определени  механических характеристик материалов. Формула изобретени 

   1,Способ создани  усталостной трещины заданной длины, заключающийс  в том, что нагружают образец материала циклической нагрузкой и с момента зарождени  трещины определ ют параметры этого роста, с учетом которых суд т об ее длине, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности путем обеспечени  посто нной скорости роста при формировании несквозных трещин, нагружение осуществл ют при посто нной деформации, в качестве параметра роста трещины регистрируют среднюю скорость ее роста в цикле, а длину трещины определ ют из следующего соотношени :

   L 5-ДМ,

   где L-текущее значение длины усталостной трещины;

   (5- средн   скорость роста усталостной трещины в цикле;

   А N - разница между текущим значением числа циклов и числом циклов, соответствующих моменту зарождени  трещины.
2. 2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что момент зарождени  трещины определ ют методом акустической эмиссии.

   Фаг. 1 7

   L

   /Фч ,

   1-Г

   s s

   Фиг. 2

   Ф

   Sample Tl, D-16 (test o-f method) A

   J

   AJJ-JA-X---.-AF

   9917 19835

   2975

   11/29/S9 14:09:39

   29752

   3966$

   N

   Фиг.4