SU1744585A1 - Method of estimating fatigue damage of composite material - Google Patents

Method of estimating fatigue damage of composite material Download PDF

Info

Publication number
SU1744585A1
SU1744585A1 SU904876138A SU4876138A SU1744585A1 SU 1744585 A1 SU1744585 A1 SU 1744585A1 SU 904876138 A SU904876138 A SU 904876138A SU 4876138 A SU4876138 A SU 4876138A SU 1744585 A1 SU1744585 A1 SU 1744585A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
maximum
cycle
binder
filler
frequency
Prior art date
Application number
SU904876138A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Алексеевич Поспелов
Original Assignee
Военная академия им.Ф.Э.Дзержинского
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 Военная академия им.Ф.Э.Дзержинского filed Critical Военная академия им.Ф.Э.Дзержинского
Priority to SU904876138A priority Critical patent/SU1744585A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1744585A1 publication Critical patent/SU1744585A1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Изобретение отне:,у.тс  ч области испытаний , к способам определени  усталостной поврежденное™ композиционных материалов . Цель изобретени  - повышение точности путем учета различи  свойств наполнител  и св зующего. Циклически нагружают в жестком режиме с отнулевыми циклами образец материала. Уменьшают частоту и определ ют предельное максимальное напр жение цикла. Увеличивают частоту и определ ют предельную амплитуду цикла напр жени . Учитыва  изменени  двух указанных величин, расчетным путем определ ют изменени  жесткостей св зующего и заполнител . 3 ил.Invention from: w.tsch test area, to methods for determining fatigue damaged ™ composite materials. The purpose of the invention is to improve the accuracy by taking into account the difference in the properties of the filler and the binder. Cyclically loaded in a hard mode with a nebulized cycle sample material. Reduce the frequency and determine the maximum maximum loop voltage. Increase the frequency and determine the maximum amplitude of the voltage cycle. Taking into account the changes in these two values, changes in the stiffnesses of the binder and filler are determined by calculation. 3 il.

Description

Изобретение относитс  к механическим испытани м, к способам определени  усталостной поврежденное™.The invention relates to mechanical tests, to methods for determining fatigue damaged ™.

Известны способы определени  усталостной поврежденное™, при которых циклически нагружают партию образцов и при различных наработках определ ют остаточную прочность образцов, по которой суд т об усталостной поврежденности материала в зависимости от наработки.Methods are known for determining the fatigue-damaged ™, in which a batch of samples is cyclically loaded and the residual strength of the samples is determined at various operating times, by which material fatigue damage is judged depending on the operating time.

Недостатком таких способов  вл етс  то, что они требуют разрушени  образцов. В результате такие способы не позвол ют получить индивидуальные зависимости усталостной поврежденное™ объектов испытани .The disadvantage of such methods is that they require the destruction of samples. As a result, such methods do not allow to obtain individual dependencies of the fatigue-damaged ™ test objects.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ определени  усталостной поврежденности композиционного материала , при котором материал циклически на- гружают, периодически определ ютClosest to the present invention is a method for determining the fatigue damage of a composite material, in which the material is cyclically loaded, periodically determined

характеристики жесткости, по которым суд  г об усталостной поврежденное.™.stiffness characteristics according to which the court r is about fatigue damaged. ™.

Недостатком прототипа  вл етс  то, то с его помошью определ етс  интегральна  жесткосто материала, что не позвол ет при испытании образцов композиционных материалов достаточно обоснованно судить о накопленной поврежденности, поскольку у композиционных материалов жесткость мен етс  как вследствие изменени  упругих характеристик, так и развити  релаксационных процессов.The disadvantage of the prototype is that with its help the integral hardness of the material is determined, which makes it impossible to judge accumulated damage reasonably when testing samples of composite materials, because the rigidity of composite materials changes as a result of changes in elastic characteristics and development of relaxation processes. .

Цель изобретени  - повышение точности путем учета различи  характеристик наполнител  и св зующего.The purpose of the invention is to improve accuracy by taking into account differences in the characteristics of the filler and the binder.

На фиг, 1 показан вид зависимости деформации от времени; на фиг. 2 - относительное расположение циклов деформации и напр жени  при частотах, близких к нулю; на фиг, 3 - относительное расположение циклов деформации и напр жени  при высоких частотах,Fig, 1 shows the dependence of the strain on time; in fig. 2 — relative arrangement of strain and stress cycles at frequencies close to zero; FIG. 3 shows the relative arrangement of the deformation and stress cycles at high frequencies;

vj Јь i4 СЛ vj i i4 SL

О© About ©

Устройство дл  реализации способа представл ет собой стандартную испытательную машину дл  циклического нагруже- ни  в жестком режиме с регулируемой частотой нагружени , снабженную средст- вами измерени  параметров цикла напр жени .The device for implementing the method is a standard testing machine for cyclic loading in hard mode with adjustable loading frequency, equipped with means for measuring the parameters of the voltage cycle parameters.

Способ реализуетс  следующим образом .The method is implemented as follows.

Образец (или элемент конструкции) на- гружают в жестком режиме пульсирующим циклом до того, как он приобретет некоторую поврежденность, и в состо нии, когда он приобрел усталостную поврежденность. Уменьшают частоту и определ ют отноше- ние максимального напр жени  и максимальной деформации. Определ ют предел этого отношени  при стремлении частоты к нулю. Реально период колебаний должен превосходить врем  релаксации материала, в этом случае указанное отношение близко к предельному. Увеличивают частоту и определ ют отношение амплитуды цикла напр жений . Определ ют предельное отношение при стремлении частоты к бесконечности. Реально, отношение будет близко к предельному при выполнении услови  , где to - врем  раксации материала; ш - кругова  частота нагружени . О поврежденно- сти наполнител  суд т по изменению величиныThe sample (or structural member) is loaded in a rigid mode with a pulsating cycle before it acquires some damage, and in the state when it has acquired fatigue damage. Reduce the frequency and determine the ratio of maximum stress and maximum strain. The limit of this ratio is determined when the frequency tends to zero. In reality, the oscillation period should exceed the relaxation time of the material, in this case the indicated ratio is close to the limiting one. Increase the frequency and determine the ratio of the amplitude of the stress cycle. The limiting ratio is determined when the frequency tends to infinity. In reality, the ratio will be close to the limit when the condition is fulfilled, where to is the time of material oxidation; w - circular load frequency. The damage of the filler is judged by the change in the magnitude

аbut

F °

00 ..00 ..

а limand lim

а (о),a (o)

йЖ)yy)

где а - амплитуда цикла where a is the amplitude of the cycle

а о поврежденности свand about damage sv

изменению величиныchange in magnitude

ОмаксOmax

В А-In A-

где Омакс lim Омакс («) , йЬЮwhere is Omaks lim Omaks (“), yuyu

Омакс - максимальное напр жение цикла.Omax - maximum cycle voltage.

Предлагаемый способ основан на еле- дующих свойствах композиционного материала . Известно, что композиционные материалы про вл ют реологические свойства , При жестком режиме зависимость напр жени  o(t) от деформации е (t) можно описать соотношени ми линейной в зкоуп- ругости с помощью следующего соотношени :The proposed method is based on the desirable properties of the composite material. It is known that composite materials exhibit rheological properties. In the hard mode, the dependence of the stress o (t) on the strain e (t) can be described by the relations of linear viscosity using the following relation:

CT(t) Ee(t)-J R(t-r)e(T)dr, (3) CT (t) Ee (t) -J R (t-r) e (T) dr, (3)

оabout

где R (t) -  дро релаксации;where R (t) is the relaxation core;

Е - модуль упругости.E is the modulus of elasticity.

Ядро релаксации может быть представлено в видеThe relaxation core can be represented as

Н(т.№е 1/г%(4)H (t. No 1 / g% (4)

где Ro - константа материала;where Ro is the material constant;

to - врем  релаксации.to - relaxation time.

При нагружении материала в жестком режиме с отнулевыми циклами деформации деформаци  зависит от времени по законуWhen a material is loaded in a rigid mode with a neutral cycle of deformation, the deformation depends on time according to the law.

s (t) Ј0 (1 - cos ш t),(5)s (t) Ј0 (1 - cos w t), (5)

где со- кругова  частота нагружени .where is the circular loading frequency.

Подстановка (5) и (4) в (3) позвол ет получить зависимостьSubstituting (5) and (4) into (3) allows to obtain the dependence

cr(t) Ее0 -Rot0Јo cr (t) Her0 -Rot0Јo

1-(1 11- (1 1

1 one

) +) +

RO toRO to

+ ( ° ,0 , -E)fibCOSQ t ++ (°, 0, -E) fibCOSQ t +

1 + о} to1 + o} to

+ RofiotoO,e|nu,t+ RofiotoO, e | nu, t

1 one

При увеличении частоты, ливости соотношений With increasing frequency, ratios ratios

ало 1; t to, соотношение (6) приобретет видAlo 1; t to, relation (6) will take the form

o(t) Е е0 - R0 t0 Јо - Е Ј0 cos ш t. Амплитуда колебаний напр женийo (t) Е е0 - R0 t0 Оо - Е Ј0 cos ш t. Amplitude of voltage fluctuations

а°° ЕЈ0. илиa °° EЈ0. or

0000

р Jp j

ЈоTo

3535

4040

45 50 5545 50 55

При уменьшении частоты, при (У to «1,With decreasing frequency, with (Y to "1,

соотношени  (6) приобретает вид 7(t) Ee0 -RO t0Ј0 - (Е ЕС, - RO t0 fio) COS tt t (E - Ro to) Ј (t) .relations (6) takes the form 7 (t) Ee0 -RO t0Ј0 - (E EC, - RO t0 fio) COS tt t (E - Ro to) (t).

Отсюда следует, чтоIt follows that

Омакс ,- рOmax, - p

7,- 1О 7, - 1О

соwith

Таким образом,изменение величины А,оп- редел емой соотношением (1), характеризует изменение упругой части жесткости образца, что, как показали многочисленные исследовани , характеризует в первую очередь поврежденность наполнител . При высоких частотах нагружени  происходит некоторый разогрев материала (как показали проведенные исследовани , разогрев составил величину 30-40 К), что практически не сказываетс  на изменении Е, но существенно (более чем в 2 раза) измен ет характеристики релаксации. Если вычесть из величины А величину В, определ емую из формулы (2), останетс  величина В, изменение которой, как показали исследовани , характеризуют поврежденность св зующего . Таким образом, предлагаемый способThus, the change in the value of A, determined by relation (1), characterizes the change in the elastic part of the specimen rigidity, which, as shown by numerous studies, characterizes, first of all, the damage to the filler. At high loading frequencies, some heating of the material occurs (as shown by the studies performed, heating amounts to 30–40 K), which has practically no effect on the change in E, but significantly (more than 2 times) changes the relaxation characteristics. Subtracting from the value of A the value of B, determined from formula (2), will remain the value of B, the change in which, as studies have shown, characterizes the damage of the binder. Thus, the proposed method

позвол ет раздельно определить повреж- денность наполнител  и св зующего.allows to separately determine the damage of the filler and the binder.

Пример. Циклическому нагружению подвергались образцы стеклопластики (ППН+ЭДТ-Ю), с, кругова  частота на- гружени  1 Гц. Циклическа  поврежден- ность создавалась нагружением в течение 104 циклов.Example. Fiberglass samples (PPN + EDT-Yu) were subjected to cyclic loading, s, the circular frequency of loading was 1 Hz. Cyclic damage was created by loading for 104 cycles.

До и после этого частота увеличивалась до 10 Гц() и уменьшалась до 0,02 Гц(,088«1). Определ лось изменение величины А и В. Изменение величины А составило 2%, а величина В изменилась на 35%, что свидетельствует о том, что наполнитель слабо накопил поврежденность, а св зующее - существенно. После дополнительного нагружени  в течение 2-104 циклов операции определени  изменени  А и В были повторены. В этом случае изменение А составило 7%, а величины В 40%, что означает , что наполнитель начал процесс накоплени  поврежденности, а в св зующем скорость роста приостановилась, поскольку св зующее растрескалось - наступило насыщение роста поврежденности.Before and after this, the frequency increased to 10 Hz () and decreased to 0.02 Hz (, 088 «1). The change in the value of A and B was determined. The change in the value of A was 2%, and the value of B changed by 35%, which indicates that the filler had a slight accumulation of damage, and the binder was significant. After additional loading for 2-104 cycles, the operations for determining changes in A and B were repeated. In this case, the change in A was 7%, and the value of B was 40%, which means that the filler started the damage accumulation process, and in the binder the growth rate stopped, because the binder cracked - the damage growth saturated.

Таким образом, предлагаемый способ позвол ет производить селекцию повреж- денностей наполнител  и св зующего.Thus, the proposed method allows the selection of the filler and binder damage.

00

5five

00

5five

Claims (1)

Формула изобретени  Способ определени  усталостной поврежденности композитного материала, заключающийс  в том, что образец материала циклически нагружают, измен ют параметр цикла и определ ют изменение характеристики жесткости материала, по которому суд т о его поврежденности, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности путем учета различи  свойств наполнител  и св зующего, нагружение осуществл ют в жестком режиме с отнулевыми циклами деформаций при измен ющихс  частотах нагружени , а в качестве характеристики жесткости определ ют параметры А и В жесткости соответственно наполнител  и св зующего из следующих соотношений:Claims The method for determining the fatigue damage of a composite material is that the sample of a material is cyclically loaded, the cycle parameter is changed, and the change in the stiffness characteristic of the material is determined, by which its damage is judged, characterized in that differences in the properties of the filler and the binder, loading is carried out in a hard mode with neural deformation cycles at varying loading frequencies, and as a stiffness characteristic determine the parameters A and B of the rigidity, respectively, of the filler and binder from the following relationships: А а°°/Ј°; В А-ОЙакс/Ј°,And a °° / Ј °; At A-OYax / Ј °, 0000 где а - предельна  амплитуда цикла напр жени  при максимальной частоте нагружени ;where a is the maximum amplitude of the voltage cycle at the maximum loading frequency; е° - максимальна  деформаци  цикла;e ° - maximum cycle deformation; Омакс - предельное максимальное напр жение цикла при минимальной частоте нагружени .Omax - maximum maximum cycle voltage at the minimum loading frequency. Фиг. 1FIG. one && &Cf}+u& Cf} + u S cpS cp tfcp-вtfcp-in Фиг. 2.FIG. 2 .. Фиг. ЗFIG. H
SU904876138A 1990-10-22 1990-10-22 Method of estimating fatigue damage of composite material SU1744585A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904876138A SU1744585A1 (en) 1990-10-22 1990-10-22 Method of estimating fatigue damage of composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904876138A SU1744585A1 (en) 1990-10-22 1990-10-22 Method of estimating fatigue damage of composite material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1744585A1 true SU1744585A1 (en) 1992-06-30

Family

ID=21541636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904876138A SU1744585A1 (en) 1990-10-22 1990-10-22 Method of estimating fatigue damage of composite material

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1744585A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013105995A2 (en) * 2011-02-25 2013-07-18 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Fatigue monitoring for composite materials
RU2668644C1 (en) * 2017-11-30 2018-10-02 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method of determining fatigue failure of structural elements made of polymer composite material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Рейфснайдер К, Повреждение конструкций из композитов в процессе эксплуатации. - Сб. Прикладна механика композитов, М.: Мир, 1989, с. 108-142. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013105995A2 (en) * 2011-02-25 2013-07-18 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Fatigue monitoring for composite materials
WO2013105995A3 (en) * 2011-02-25 2013-10-17 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Fatigue monitoring for composite materials
RU2668644C1 (en) * 2017-11-30 2018-10-02 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method of determining fatigue failure of structural elements made of polymer composite material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4116518C2 (en) Misfire detection device for an internal combustion engine
DE10231153B4 (en) Method for measuring a characteristic of a capacitive sensor, device for measuring a sensor characteristic, capacitive sensor and IC chip for measuring a sensor characteristic
SU1744585A1 (en) Method of estimating fatigue damage of composite material
DE102008051292A1 (en) Method for determining e.g. operating parameter of lift system, involves exciting part of traction rope to oscillation, and detecting generated oscillation at rope, where rope is guided over traction drive
DE2821553A1 (en) PROCEDURE FOR DETERMINING CRACKS ON TEST BODIES DURING DYNAMIC MATERIAL TESTING
DE2429129A1 (en) DETERMINATION OF NATURAL VIBRATION CHARACTERISTICS
DE4033778C2 (en)
DE19601027C2 (en) Method for the analysis of Barkhausen noise curves of multiphase materials
DE10015027B4 (en) Method for failure detection of vibrating components
SU1293539A1 (en) Method of testing for stress relaxation
AT409551B (en) Viscosity decision procedure for density measurement, involves taking peak point of vibration of oscillating type density meter as reference point
DE102021120494B3 (en) METHOD AND DEVICE FOR RESONANCE ANALYSIS OF A VIBRATING MACHINE
Ko Engineering properties of spider silk fibers
SU1728701A1 (en) Method for accelerated vibration survival tests of articles
RU1782319C (en) Method of strength testing of material
SU1142768A1 (en) Method of determination of article material susceptibility to damage under cyclic loading
SU1672277A1 (en) Method of determining endurance limit of a steel specimen
SU905716A1 (en) Method of determination of material elasticity limit
DE404798C (en) Process for balancing rotating machine parts, which can cause pendulum oscillations while rotating
SU1610386A1 (en) Method of determining parameters of long-time strength of rocks
SU991249A1 (en) Material fatigue damage determination method
SU1702235A1 (en) Material elastic limit measuring method and measuring device
DE1773297C3 (en) Method for measuring the rheological properties of elastomeric materials and device for carrying out the method
DE60225131T2 (en) Method and device for testing the pressure acting on a wedge in a stator of a generator
SU1033920A1 (en) Material fatigue damage degree determination method