SU1756803A1

SU1756803A1 - Method for determination of upper boundary of elasticity of material with hysteresis

Info

Publication number: SU1756803A1
Application number: SU904813627A
Authority: SU
Inventors: Станислав Алексеевич Головин; Даниил Михайлович Левин; Александр Николаевич Чуканов; Игорь Валентинович Чуканов
Original assignee: Тульский Политехнический Институт
Priority date: 1990-04-11
Filing date: 1990-04-11
Publication date: 1992-08-23

Abstract

Изобретение относитс к испытанию материалов и может быть использовано дл измерени упругих и нёупругих свойств материалов при статическом и динамическом знакопеременном нагружении. Цель изобретени - повышение точности путем учета эффекта Баушингера. Образец материала нагружают циклически с возрастающей амплитудой так, что противоположные по знаку амплитуды деформаций дл каждого цикла равны по абсолютной величине. Определ ют семейство полных петель механического гистерезиса циклов и по моменту раскрыти полной петли гистерезиса суд т о верхней границе упругого гистерезиса. 2 ил., 1 табл.The invention relates to the testing of materials and can be used to measure the elastic and non-elastic properties of materials under static and dynamic alternating loading. The purpose of the invention is to improve the accuracy by taking into account the Bauschinger effect. The sample of material is loaded cyclically with increasing amplitude so that the amplitudes of deformations opposite in sign for each cycle are equal in absolute value. The family of complete loops of the mechanical hysteresis of the cycles is determined and according to the moment of opening the complete hysteresis loop, the upper limit of the elastic hysteresis is judged. 2 ill., 1 tab.

Description

Изобретение относитс к механическим испытани м металлических материалов и может быть использовано дл измерени упругих и неупругих свойств материалов при статическом и динамическом знакопеременном нагружении.The invention relates to mechanical testing of metallic materials and can be used to measure the elastic and inelastic properties of materials under static and dynamic alternating loading.

Известен способ определени упругого гистерезиса, согласно которому свободный конец консольно закрепленного образца из тонколистового материала устанавливают в захвате с зазором, достаточном дл нарушени контакта между захватом и образцом . Прикладывают к свободному концу образца знакопеременный изгибающий моменте помощью привода. В момент прохождени захватом нейтрального положени привод выключают. После этого измер ют остаточный прогиб образца, по величине которого рассчитывают значение упругого гистерезиса .A known method for determining the elastic hysteresis, according to which the free end of a cantilever specimen of a sheet material is installed in a gripper with a gap sufficient to break the contact between the gripper and the sample. An alternating bending moment is applied to the free end of the sample using a drive. At the moment when the neutral position is passed, the drive is switched off. After that, the residual deflection of the sample is measured, and the value of the elastic hysteresis is calculated from it.

Однако этот способ позвол ет определить только момент конца упругого гистерезиса . Точность определени низка , что св зано с грубой дискретизацией процесса нагружени .However, this method allows only the moment of the end of the elastic hysteresis to be determined. The accuracy of the determination is low, which is associated with a rough discretization of the loading process.

Известно, что в цикле нагрузка-разгрузка за напр жение начала упругого гистерезиса принимают максимальное напр жение, по достижении которого фиксируют замкнутую петлю механического гистерезиса (ПМГ) - предел упругости оь.За напр жение конца упругого гистерезиса принимают максимальное напр жение, по достижении которого замкнута ПМГ переходит в раскрытую ПМГ (предел упругостиIt is known that in a load-unloading cycle, the voltage of the onset of elastic hysteresis takes the maximum stress, after reaching which a closed loop of mechanical hysteresis (PMG) is fixed - the elastic limit ob. SGP goes into the opened SGP (elastic limit

Оа).Oh).

Согласно известному способу образец подвергают статическому знакопеременному нагружению со ступенчатым повышением в каждом последующем цикле конечнойAccording to a known method, the sample is subjected to static alternating loading with a stepped increase in each subsequent cycle of the final

Х|X |

0000

О СОAbout WITH

нагрузки, Измер напр жение и деформацию , стро т петлю механического гистерезиса Поэтапно нагружа образец, получают семейство ПМГ, По изменению вида петель в нем суд т о границах упругого гистерезиса дл данного вида образца.load, Measuring the stress and strain, build a mechanical hysteresis loop. Gradually loading the sample, the PMG family is obtained. To change the type of loops in it, the boundaries of the elastic hysteresis for this type of sample are judged.

Недостатком известного способа вл - етЪ низка точность определени верхней границы упругого гистерезиса. Это обусловлено тем, что не учитывают вли ние эффекта БауШингера. имеющего место при знакопеременном нагружении Указанный эффект заключаетс в том, что при изменении знака нагрузки образец деформируетс значительно легче, чем в случае повторного нагру- жени с тем же (первоначальным) знаком, т.е. имеет место зависимость пластического поведени металла от направлени повторного нагружени . Во всех описанных способах эффект Баушингера не учитываетс . Так, в известном способе при получении каждой ПМГ амплитуда нагрузки (как пр мой , так и обратной) в знакопеременном цикле поддерживаетс посто нной, т.е. место симметрична по нагрузке ПМГ. Поскольку о верхней границе упругого гистерезиса суд т по моменту раскрыти полной ПМГ, то не учитыва эффекта Баушингера , по известному способу фиксируют более раннее раскрытие полной ПМГ. Таким образом, величины параметров верхней границы упругого гистерезиса (напр жение, деформаци ) оказываютс заниженными по отношению к истинным значени м Область упругого гистерезиса сильно сужаетс .The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the upper limit of the elastic hysteresis. This is because they do not take into account the effect of the BauShinger effect. occurring at alternating loading. The indicated effect is that when changing the sign of the load, the sample is deformed much easier than in the case of repeated loading with the same (initial) sign, i.e. There is a dependence of the plastic behavior of the metal on the direction of the reloading. In all the methods described, the Bauschinger effect is ignored. Thus, in the known method, upon receipt of each SGP, the amplitude of the load (both direct and reverse) in the alternating cycle is kept constant, i.e. the place is symmetrical on the SGP load. Since the upper boundary of the elastic hysteresis is judged by the moment the full SGP is opened, without taking into account the Bauschinger effect, the earlier disclosure of the full SGP is recorded by a known method. Thus, the values of the parameters of the upper limit of the elastic hysteresis (stress, strain) become underestimated with respect to the true values. The area of elastic hysteresis is greatly narrowed.

Расширение области существовани упругого гистерезиса имеет дво кое значение . В плане прикладном, более точное определение верхней границы упругого гистерезиса при знакопеременном нагру- жении означает снижение требований к уровню предела упругости, т.е. по вл етс возможность снизить материале- и энергоемкость технологических процессов обработки деталей типа упругих чувствительных элементов. Более того, учитыва вышесказанное , можно изменить технологический процесс так, что предел упругости будет снижен до величины, уточненной по предлагаемому способу, а прочностные и пла- cfM 4e CKue характеристики материала значительно повыс тс ,The expansion of the elastic hysteresis region has a double meaning. In terms of applied, more precise determination of the upper limit of elastic hysteresis under alternating loading means lower requirements for the level of elastic limit, i.e. It is possible to reduce the material and energy intensity of technological processes for processing parts like elastic sensing elements. Moreover, taking into account the above, it is possible to change the technological process so that the elastic limit will be reduced to the value specified by the proposed method, and the strength and flatness of the material 4M CKue material characteristics significantly increase,

С точки зрени вклада в теоретические разработай, увеличение границ упругого гистерезиса потребует более точно очертить пределы действи и строже интерпретировать работу ||$@ханизмов междислокационного и дметгокзцмонно-прммесного взаимодействи , контролирующих эксплуатационныеFrom the point of view of the contribution to theoretical development, increasing the boundaries of the elastic hysteresis will require a more accurate delineation of the limits of action and more strictly interpret the work of the || $ @ interdislocation and multimeter-controlled interaction that control the operational

характеристики упругих чувствительных элементов,characteristics of elastic sensitive elements,

Цель изобретени - повышение точности определени верхней границы упругогоThe purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the upper limit of the elastic

гистерезиса за счет обеспечени равенства абсолютных величин амплитуд деформаций дл каждого цикла.hysteresis by ensuring the equality of the absolute values of the amplitudes of the deformations for each cycle.

Поставленна цель достигаетс тем, что при определении верхней границы упругогоThe goal is achieved by determining the upper limit of the elastic

гистерезиса материала образец нагружают циклически с возрастающей амплитудой знакопеременными усили ми, нагружение дл учета эффекта Баушингера провод т с обеспечением равенства противоположныхmaterial hysteresis, the sample is loaded cyclically with increasing amplitude by alternating forces, loading to account for the Bauschinger effect is carried out with ensuring equality of opposite

по знаку амплитудных значений деформаций в каждом цикле, определ ют семейство полных ПМГ циклов и по моменту раскрыти полной петли гистерезиса суд т о верхней границе упругого гистерезиса.by the sign of the amplitude values of deformations in each cycle, the family of complete PMG cycles is determined and by the moment of opening the complete hysteresis loop, the upper limit of the elastic hysteresis is judged.

На фиг 1 представлено семейство полных петель механического гистерезиса, полученных в упругой, упругопластической и пластической област х нагружени (изображены петли, полученные без учета эффектаFig. 1 shows a family of complete mechanical hysteresis loops, obtained in the elastic, elastoplastic, and plastic loading regions (loops are shown, obtained without taking into account the effect

Баушингера (заштрихованный контур) и с учетом данного эффекта (светлый контур), Oar предел неупругости, полученный при известном способе, Оа - с учетом предлагаемого способа; на фиг 2 - схема получени Bauschinger (shaded contour) and taking into account this effect (light contour), Oar inelasticity limit obtained with the known method, Oa - taking into account the proposed method; FIG. 2 shows the preparation scheme.

полной ПМГ на верхней границе упругого гистерезиса и определение ее характеристик с учетом предлагаемого способа.full SGP at the upper boundary of the elastic hysteresis and determination of its characteristics, taking into account the proposed method.

Пример Определение границ упругого гистерезиса на образцах из промышленного медно-алюминиевого сплава.Example Definition of elastic hysteresis boundaries on samples from industrial copper-aluminum alloy.

Провод т определение границ упругого гистерезиса образцов сплава БрА5. Химический состав сплава соответствует ГОСТ i 8175-78. Образцы проволочные с рабочими размерами длиной 65 мм, диаметром 1 мм предварительно деформированы волочением до деформации е 9% и отожжены при различных температурах (температуры отжигов указаны в таблице).The boundaries of the elastic hysteresis of the samples of the BrA5 alloy are determined. The chemical composition of the alloy corresponds to GOST i 8175-78. Wire samples with working dimensions of 65 mm long and 1 mm in diameter were pre-deformed by drawing to a strain of 9% and annealed at different temperatures (the annealing temperatures are shown in the table).

Образцы деформировали кручением в установке типа обратный крут ильный ма тник |РКМ-ТулПИ-3) Скорость нагружени 5x10 с . Проводили параллельные измерени в выборках из 3 образцов, Точность оп- The samples were deformed by torsion in the installation of the reverse cool tate | PKM-TulPI-3) Loading speed 5x10 s. Parallel measurements were performed in samples of 3 samples. The accuracy of the

0 ределени сдвигового напр жени ( т при доверительной веро тности Р 0,95 соста- вила ,19 МПа, а относительной сдвиговой деформации - 1х отн.ед,0 determination of shear stress (t at a confidence probability of P 0.95 is 19 MPa, and relative shear strain is 1x rel.

Нагружение проводили по двум режи5 мам. Первый режим - нагружение до определенного уровн нагрузки, разгрузка, нагружение с противоположным первоначальному направлению знаком до того же уровн нагрузки. Затем процедура повтор лась . Уровень, до которого проводили на- гружение, в каждом последующем цикле возрастал. Получают ПМГ, симметричные по амплитуде нагрузки,Loading was performed according to two regimes 5 moms. The first mode is loading to a certain load level, unloading, loading with the sign opposite to the original direction up to the same load level. Then the procedure was repeated. The level to which the loading was carried out increased in each subsequent cycle. Get the SGP, symmetrical in amplitude of the load,

Второй режим - нагружение до опре- деленного уровн нагрузки, фиксаци достигнутой величины деформации, соответствующей этому уровню нагрузки, далее разгружение и нагрузка с противоположным знаком до достижени величины де- формации, равной по модулю деформации, зафиксированной при пр мом (первоначальном ) нагружении. В последующих петл х максимальна нагрузка петли (деформаци ) ступенчато возрастала. Фик- сируют петли, симметричные по деформации .The second mode is loading to a certain load level, fixing the achieved strain value corresponding to this load level, then unloading and loading with the opposite sign until reaching a strain value equal to the strain modulus fixed at the direct (initial) load. In subsequent loops, the maximum loop load (deformation) increased stepwise. Loops that are symmetric in deformation are fixed.

Из полученных по указанным режимам серии ПМГ определ ют границы упругого гистерезиса и величины их характеристик, The boundaries of the elastic hysteresis and the magnitude of their characteristics are determined from the obtained PMG series according to the indicated regimes,

Характеристики нижней (н) и верхней (в) границ упругого гистерезиса образцов сплава БрА5 после деформации и отжига при различных температурах представлены в таблице, (ги у - соответственно напр же- ние и деформаци , полученные по известному способу (первый режим, без учета эффекта Баушингера), т и у - напр жение и деформаци , измеренные по предлагаемому способу).The characteristics of the lower (n) and upper (c) boundaries of the elastic hysteresis of the samples of the BrA5 alloy after deformation and annealing at different temperatures are presented in the table, (g y - stress and deformation, respectively, obtained by a known method (the first mode, without considering the effect Bauschinger), t and y - stress and strain, measured by the proposed method).

Таким образом получают существенно отличные значени характеристик верхней границы упругого гистерезиса ( rD га ;Thus, substantially different values of the characteristics of the upper limit of the elastic hysteresis are obtained (rD ha;

У Ув) после различных режимов термической обработки образцов.At Uv) after various modes of heat treatment of samples.

Claims

Claims The method of determining the upper limit of the elastic hysteresis of the material, which consists in loading the sample cyclically with increasing amplitude by alternating efforts, determines the family of complete loops of mechanical hysteresis of the cycles and that, in order to improve accuracy by taking into account the Bauschinger effect, the loading is carried out in such a way that the opposite in sign of the amplitude of deformations for each th cycle are equal in magnitude.

FIG I

Fig 2

loading; -.-- unloading,