SU1758490A1 - Method of determining material fatigue characteristic - Google Patents

Method of determining material fatigue characteristic Download PDF

Info

Publication number
SU1758490A1
SU1758490A1 SU904838968A SU4838968A SU1758490A1 SU 1758490 A1 SU1758490 A1 SU 1758490A1 SU 904838968 A SU904838968 A SU 904838968A SU 4838968 A SU4838968 A SU 4838968A SU 1758490 A1 SU1758490 A1 SU 1758490A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
samples
stress
stage
reinforcement
strain
Prior art date
Application number
SU904838968A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вениамин Николаевич Вякин
Геннадий Григорьевич Карташов
Борис Николаевич Ковешников
Владимир Александрович Юдин
Original Assignee
Самарский авиационный институт им.акад.С.П.Королева
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 Самарский авиационный институт им.акад.С.П.Королева filed Critical Самарский авиационный институт им.акад.С.П.Королева
Priority to SU904838968A priority Critical patent/SU1758490A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1758490A1 publication Critical patent/SU1758490A1/en

Links

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относитс  к определению усталостных характеристик композитных материалов, примен емых дл  изготовлени  пластин, оболочек, лопаток ГТД, работающих в услови х высокочастотного динамического нагружени  и позвол ет на образцах простой геометрии получить необходимую дл  проектировани  конструкций информацию по усталостной прочности материалов при их напр женно-деформированном состо нии, близком к реализующемус  в услови х эксплуатации натурных изделий. Цель - повышение точности при испытании композитных материалов за счет учета анизотропии их свойств. Испытани  провод т в три последовательных этапа на пр моугольных пластинах посто нной толщины . На каждом этапе испытывают образцы разной структуры армировани , измен ют размеры и граничные услови  закреплени  образцов, создава  таким образом соответствующее напр женно-деформированное состо ние в материале, определ ют ограниченные пределы выносливости на каждом этапе и по их значени м рассчитывают компоненты критери  прочности, затем наход т выносливость материала при плоском напр женном состо нии с различным соотношением действующих компонентов напр жений (нормальных и сдвиговых). 4 ил.The invention relates to the determination of the fatigue characteristics of composite materials used for the manufacture of plates, shells, gas turbine engine blades operating under high-frequency dynamic loading conditions and provides simple information on the fatigue strength of materials with stress-strain on samples of simple geometry. state, close to the implementation in the conditions of operation of full-scale products. The goal is to increase accuracy when testing composite materials by taking into account the anisotropy of their properties. The tests were carried out in three successive stages on rectangular plates of constant thickness. At each stage, samples of different reinforcement structures are tested, sizes and boundary conditions for fixing the samples are changed, thus creating a corresponding stress-strain state in the material, the limited endurance limits are determined at each stage, and the strength criteria components are calculated by their values the material endurance is found in a flat stress state with a different ratio of active stress components (normal and shear). 4 il.

Description

Изобретение относитс  к исследованию прочностных свойств анизотропных материалов и может найти применение в различных отрасл х машиностроени , авиадвигателест- роени  и турбостроени  при определении выносливости листовых материалов при сложных видах напр женного состо ни .The invention relates to the study of the strength properties of anisotropic materials and can be used in various fields of mechanical engineering, aircraft engine building and turbine construction in determining the endurance of sheet materials in complex types of stress state.

Известен способ определени  выносливости анизотропных материалов на цилинд- рических образцах с помощью двухкомпонентной установки дл  циклических испытаний при сложном нагружении.A known method for determining the endurance of anisotropic materials on cylindrical specimens using a two-component apparatus for cyclic testing under complex loading.

Недостатками способа  вл етс  невозможность определени  выносливости листовых материалов , его низка  производительность вThe disadvantages of this method are the impossibility of determining the endurance of sheet materials, its low productivity in

св зи с малыми частотами испытаний (10-30 Гц), а также сложность изготовлени  образцов .connections with low test frequencies (10-30 Hz), as well as the difficulty of making samples.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ исследовани  усталости листовых материалов на образцах в виде кольцевых пластин, шарнирно опертых по внутреннему контуру, в некоторых возбуждают колебани  по второй осесимметрич- ной форме изгибных колебаний. Способ осуществл етс  на установке, содержащей магнитострикционный возбудитель колебаний .The closest to the present invention is a method for studying the fatigue of sheet materials on samples in the form of annular plates hinged on an internal contour, in some of which excite oscillations in the second axisymmetric form of bending oscillations. The method is carried out on an installation containing a magnetostrictive exciter.

Недостатком известного способа  вл етс  невозможность изучени  выносливости материалов при различном соотношении нормальных напр жений и при сдвиге. Цель изобретени  - повышение точности при испытани х композитных материалов за счет учета анизотропии их свойств.The disadvantage of this method is the impossibility of studying the endurance of materials at different ratios of normal stresses and shear. The purpose of the invention is to improve the accuracy in testing composite materials by taking into account the anisotropy of their properties.

Указанна  цель достигаетс  тем, что провод т испытани  в три последовательных этапа: на каждом этапе измен ют размеры и граничные услови  закреплени  образцов, возбужда  в них соответствующие формы собственных изгибных колебаний . Таким образом на каждом этапе создают соответствующее напр женно-деформированное состо ние (НДС) в материале образцов. По результатам испытаний определ ют ограниченные (обычно на базе N 107 циклов нагружени ) пределы выносливости материалов при изгибе. После чего наход т компоненты критери  прочности, с помощью которых и определ ют выносливость материалов при сдвиге в плоскости листа.This goal is achieved by conducting tests in three successive stages: at each stage, the sizes and boundary conditions of the fixation of the samples are changed, exciting the corresponding forms of their own flexural vibrations. Thus, at each stage, a corresponding stress-strain state (VAT) in the sample material is created. Based on the test results, limited (usually on the basis of N 107 loading cycles) fatigue strengths of materials are determined. After that, the components of the strength criterion are found, with the help of which the endurance of materials is determined at shear in the plane of the sheet.

Возбуждение колебаний на всех этапах осуществл етс  с помощью модулированной струи сжатого воздуха на вибростенде типа КуАИ-ВВ. Испытани  провод т в режиме посто нных относительных деформаций , которые замер ют с помощью тензорезисторов, наклеиваемых на образцы . С помощью них же замер ют и частоту колебаний объектов испытаний, расчет напр жений осуществл ют через значени  этих деформаций Ј по закону Гука. Испытани  ведут в режиме посто нных относительных деформаций в - const. Критерием разрушени  образцов служит снижение резонансной частоты колебаний f на 3-5% по отношению к первоначальному значению. Из фиг.1,2,3 представлены схемы закреплени  образцов посто нной толщины при испытании на каждом этапе и места наклейки тензорезисторов, где 1 - образцы 2 - направление армировани , 3 - узловые линии, 4 - -Еензорезисторы, 5 - контур шарнирного опирани  образцов. Там же приведены виды НДС, возникающие в рабочей зоне образцов (мест наклейки тензорезисторов) и показаны нормальные (7ц , О22 и касательные в плоскости листа напр жени , действующие на материал на каждом этапе испытаний, 6 - свободна  кромка образцов на Фиг,1.The excitation of vibrations at all stages is carried out with the help of a modulated jet of compressed air on a KuAI-BB type vibration stand. The tests are carried out in the mode of constant relative deformations, which are measured using strain gauges glued to the samples. With the help of them, the frequency of oscillations of the test objects is also measured, the stresses are calculated through the values of these strains Ј according to Hooke's law. The tests are carried out in the mode of constant relative deformations in - const. The criterion for the destruction of samples is a decrease in the resonant frequency of oscillations f by 3-5% relative to the initial value. From Figures 1, 2, and 3, there are diagrams of fixing samples of constant thickness when tested at each stage and the place of gluing of resistance strain gages, where 1 - samples 2 - reinforcement direction, 3 - nodal lines, 4 - - Resistance gages, 5 - hinge support circuit . It also shows the types of VAT arising in the working area of the samples (places of the gages of the strain gauges) and shows normal (7ts, O22 and tangents in the plane of the voltage sheet acting on the material at each test stage, 6 - free edge of the samples in Fig. 1).

Способ осуществл етс  следующим образом .The method is carried out as follows.

1 этап. Образцы 1 (фиг.1) в виде пластин посто нной толщины однонаправленной структуры армировани  закрепл ют кон- сольно. Возбуждают в них пластиночную форму колебаний (с двум  узловыми лини ми 3). При этом в центре свободной кромки образцов реализуетс  одноосное НДС в материале . Если направление армировани  материала - 2 совпадает с направлениемStage 1. Samples 1 (Fig. 1) in the form of plates of a constant thickness of the unidirectional structure of the reinforcement are secured with a cantilever. They excite the plate-like oscillations in them (with two nodal lines 3). In this case, in the center of the free edge of the samples, a uniaxial VAT is realized in the material. If the direction of reinforcement material - 2 coincides with the direction

свободной кромки 6 (р 0°) образца, то определ етс  предел выносливости в направлении основы материала - аи (фиг,1а). Если направление армировани  образца ортогонально (р 90°)свободной кромкеthe free edge 6 (p 0 °) of the sample, then the endurance limit in the direction of the material base, au, is determined (Fig. 1a). If the direction of the sample reinforcement is orthogonal (p 90 °) to the free edge

(фиг.1б),реализуетс  одноосное нагружение материала в направлении утка -022 и определ етс  соответствующий ,предел выносливости . С помощью найденных значений ац и О22 определ ют компоненты критери  прочности (в данном случае критери  Мизеса-Хилла) по формулам:(Fig. 1b), uniaxial loading of the material in the weft -022 direction is realized, and the corresponding endurance limit is determined. Using the values of ac and o22 found, the components of the strength criteria (in this case, the Mises-Hill criteria) are determined by the formulas:

ГЯП1 1/011ИГ&22 1/С&. (1)NSG1 1 / 011IG & 22 1 / C &. (one)

2этап. Образец закрепл ют шарнирно в приспособлении по контуру 5 в специальном приспособлении. При этом оси упругой симметрии материала (направление армировани  - 2) совпадают с направлением одной из сторон образца (см. фиг.2).2 stage. The sample is hinged in the fixture along the contour 5 in a special fixture. In this case, the axes of the elastic symmetry of the material (the direction of reinforcement is 2) coincide with the direction of one of the sides of the sample (see Fig. 2).

В образце возбуждают основную форму колебаний. При этом место разрушени  (максимальных нормальных напр жений)The sample excites the main form of vibrations. At the same time the place of destruction (maximum normal stress)

находитс  в центре пластины, а материал в услови х плоского НДС, когда на него действуют одновременно напр жени  ац и О22 Через значени  деформаций, замеренные тензорезисторами 4, наклееннымиis in the center of the plate, and the material is in a flat VAT condition, when it is simultaneously affected by the stresses ac and O22 Through the strain values measured by resistance strain gages 4, pasted

вдоль направлени  армировани  и в ортогональном направлении в центре пластины, рассчитывают величины этих напр жений и соответствующий предел выносливости. Соотношение напр жений аи / 022 регулируетс  выбором отношени  длин сторон образца а/b. Через найденные значени  напр жений аи и 022 на этом этапе испытаний определ ют смешанную компоненту критери  (Мизеса-Хилла)along the direction of reinforcement and in the orthogonal direction at the center of the plate, the values of these stresses and the corresponding fatigue limit are calculated. The ratio of the voltages ai / 022 is controlled by the choice of the ratio of the lengths of the sides of the sample a / b. Through the found values of voltages AU and 022, at this stage of testing, the mixed component of the criterion (Mises-Hill) is determined.

( - Iflll 1 - Г&22 - А2 )/2 А .  (- Iflll 1 - G & 22 - A2) / 2 A.

(2) где А #22/ сп 1 .(2) where A # 22 / cn 1.

3этап. Образец как и на этапе 2 шэр- мирно закрепл ют по контуру (см.фиг.2), но3etap. The sample, as in step 2, is fixed with a contour (see Fig. 2), but

оси его упругой симметрии (направление армировани ) направл ют под углом а к стороне (или оси) пластины. В центре наклеивают 3 тензорезистора (вдоль сторо- ны а, вдоль стороны b и под углом 45° к ним). Возбуждают в образце основную форму колебаний (место максимальных нормальных (7ци Oii , а также касательных в плоскости листа С712 напр жений в центре) и определ ют пределы выносливости материала под воздействием на него одновременно (7ц , 022И 7i2 - напр жений. По их значени м рассчитывают смешанную компоненту критери .The axes of its elastic symmetry (the direction of reinforcement) are directed at an angle a to the side (or axis) of the plate. In the center, 3 strain gauges are glued (along side a, along side b and at an angle of 45 ° to them). In the sample, the main form of oscillations is excited (the place of the maximum normal (7ci Oii, as well as tangents in the plane of the C712 sheet stresses in the center) and the limits of material endurance under the influence of it simultaneously (7ts, 022I and 7i2 - stresses calculate the mixed component of the criterion.

П1212 { 1/011 - Ifllll + Г&22 + + Г$222 С + 2 rflm С/4 В ,P1212 {1/011 - Ifllll + G & 22 + + G $ 222 C + 2 rflm C / 4 V,

(3)(3)

где С О22 аи , В 7ii - компоненты напр жений в центре образца, действующие на материал на этом этапе исследований . Ограниченный предел выносливости материала наход т через эту компоненту по формуле, вытекающей из примен емого критери  (Мизеса-Хилла).where С O22 ai, B 7ii are the components of the stresses in the center of the sample that act on the material at this stage of research. The limited fatigue limit of the material is found through this component according to the formula derived from the applied criterion (Mises-Hill).

(712 1/2 YTK212 .(712 1/2 YTK212.

Дл  расчета предела выносливости 012 могут быть использованы и другие критерии (например критерий прочности Аш- кенази Б.К), тогда выражени  (1 - 4) будут несколько другими.To calculate the fatigue limit 012, other criteria can be used (for example, Ashkenazi B.K. strength criterion), then expressions (1-4) will be somewhat different.

Точность и достоверность получаемых значений по предлагаемому способу может быть повышена путем испытани  образцов одного и того же материала при раз- личных соотношени х напр жений Сети , О22 и U12) в экспериментах. Полученное поле экспериментальных данных далее аппроксимируетс  (например по методу наименьших квадратов) и затем уже подсчитываетс  предел выносливости .The accuracy and reliability of the obtained values of the proposed method can be improved by testing samples of the same material at different ratios of network voltages, O22 and U12) in experiments. The resulting experimental data field is then approximated (for example, by the least squares method) and then the fatigue limit is calculated.

Проведены испытани  на выносливость с целью определени  она борозлюмини  однонаправленной Структуры армировани  с 25% объемной долей содержани  волокон бора. Толщина образцов составл ла 0,8 мм. Частота колебаний образцов в зависимости от этапа испытаний лежала в диапазоне 1000-3600 Гц, замер деформаций осуществл лс  с помощью тензорезисторов типа 2ФКПА-1-5-Б базой 1 мм. Сигнал с тензо- станции (уровень деформации) измер лс  вольтметром Ф564, частота колебаний час Endurance tests have been carried out to determine the boroslumini of a unidirectional reinforcement structure with a 25% volume fraction of boron fibers. The thickness of the samples was 0.8 mm. The oscillation frequency of the samples, depending on the test stage, was in the range of 1000-3600 Hz, the deformations were measured using strain gages of type 2 FKPA-1-5-B with a base of 1 mm. The signal from the strain gauge station (strain level) was measured with a F564 voltmeter;

1515

тотомером 43-33. Форма колебаний контролировалась по фигурам Лиссажу с помощью осциллографа.totomer 43-33. The shape of the oscillations was controlled by the shapes of Lissajous using an oscilloscope.

Нафиг.4 представлены результаты испы- 5 та ний бороалюмини  - зависимость от Мц4рассчитанна  по критерию Мизеса-Хилла. Лини  1 на этом рисунке получена при определении 1$ 122, когда СП 1.267 (а/b 1.388). а лини  2, когда 711/О22 3.535(а/Ь 0,706). Точка 3 на этому рисунке соответствует пределу выносливости этого же бороалюмини  на базе N 107 циклов, полученна  с использованием критери  Аш- кенази. Представленные данные свидетель- ствуют о небольшом разбросе экспериментальных результатов при определении (7i2 по предложенному способу иFigure 4 presents the results of tests of boroaluminium — dependence on Mc4 is calculated by the Mises-Hill criterion. Line 1 in this figure was obtained when defining 1 $ 122, when SP 1.267 (a / b 1.388). and line 2, when 711 / O22 3.535 (a / L 0.706). Point 3 in this figure corresponds to the endurance limit of the same boroaluminium based on N 107 cycles, obtained using the Ashkenazi criterion. The data presented indicate a small variation in the experimental results when determining (7i2 by the proposed method and

„п его практической независимости от примененных критериев. Это говорит о достоверности получаемых экспериментальных результатов.„N its practical independence from the applied criteria. This indicates the reliability of the experimental results obtained.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula «сСпособ определени  усталостной характеристики материала, заключающийс  в том, что образец материала в виде пластины шарнирно закрепл ют в виде консоли, нагружают его путем возбуждени  резонанс ных изгибных колебаний и определ ют параметр усталости материала, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности при испытани х композитных материалов за счет учета анизотропии их свойств, нагружению резонансными изгиб- ными колебани ми подвергают три дополнительных с направлением армировани  у одной, наклонным к ее кромкам под углом 45°С. а у трех других - параллельным соот .Q ветствующим их кромкам, две пластины с параллельным кромкам армированием закрепл ют консольно: одну - по кромке, параллельной армированию, доугую - по кромке, перпендикул рной армированию,"A method for determining the fatigue characteristics of a material, namely, that a sample of a material in the form of a plate is hinged in the form of a cantilever, is loaded by exciting resonant bending vibrations, and the fatigue parameter of the material is determined, characterized in that x of composite materials, by taking into account the anisotropy of their properties, three additional are subjected to loading by resonant bending vibrations with the direction of reinforcement at one angle inclined to its edges WITH. and the other three have parallel respective edges; two plates with parallel edges are reinforced with a cantilever: one along the edge parallel to the reinforcement, one end along the edge, perpendicular to the reinforcement, -с две другие пластины закрепл ют по контуру и определ ют ограниченные пределы их выносливости , с учетом которых суд т о параметре усталости материала.- the two other plates are fixed along the contour and define their limited endurance limits, on the basis of which the fatigue parameter of the material is judged. 3535 4 4 t ff4 4 t ff 4four lflf /://: / WW ЈJ a a 66 ггyy ffff 6tf6tf гg ///////)///////) ////////////// II SiSi Ч)H) 10 10s 1Q6 JO710 10s 1Q6 JO7 Цасло циклов погружени  нцHaze cycles immersion nts ФигЛFy Фиг.ЗFig.Z
SU904838968A 1990-06-11 1990-06-11 Method of determining material fatigue characteristic SU1758490A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904838968A SU1758490A1 (en) 1990-06-11 1990-06-11 Method of determining material fatigue characteristic

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904838968A SU1758490A1 (en) 1990-06-11 1990-06-11 Method of determining material fatigue characteristic

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1758490A1 true SU1758490A1 (en) 1992-08-30

Family

ID=21520778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904838968A SU1758490A1 (en) 1990-06-11 1990-06-11 Method of determining material fatigue characteristic

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1758490A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104316388A (en) * 2014-07-25 2015-01-28 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 A fatigue lifetime measuring method for anisotropic material structural parts
RU189044U1 (en) * 2018-12-21 2019-05-07 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ DEVICE FOR RESEARCH OF STRESSED-DEFORMED STATE OF SHELL

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 308333, кл. G 01 N 3/32, 1968. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104316388A (en) * 2014-07-25 2015-01-28 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 A fatigue lifetime measuring method for anisotropic material structural parts
CN104316388B (en) * 2014-07-25 2016-09-28 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 One carries out method for measuring fatigue life to anisotropic material structural member
RU189044U1 (en) * 2018-12-21 2019-05-07 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ DEVICE FOR RESEARCH OF STRESSED-DEFORMED STATE OF SHELL

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Van Den Abeele et al. Nonlinear elastic wave spectroscopy (NEWS) techniques to discern material damage, Part II: Single-mode nonlinear resonance acoustic spectroscopy
CN109283247A (en) The supersonic damage-free detection method of material micro-crack extension size
Popov et al. Impulse excitation technique and its application for identification of material damping: An overview
Chiba et al. Free vibration of a clamped-free circular cylindrical shell partially filled with liquid—part III: Experimental results
SU1758490A1 (en) Method of determining material fatigue characteristic
RU2086943C1 (en) Method determining logarithmic decrement of oscillations
Gibson Vibration-test methods for dynamic-mechanical-property characterization
RU2443993C1 (en) Method of fatigue tests of metal samples
Gupta et al. A Non-classical analytical approach for vibration analysis of isotropic and Fgm plate containing a star shaped crack
RU2499239C1 (en) Method for experimental detection of frequencies and generalised masses of internal oscillations of tested object
RU2196313C2 (en) Process of dynamic test of blades of tail rotor of helicopter for fatigue strength
RU41865U1 (en) STAND FOR DYNAMIC DESIGN TESTING
SU1601552A1 (en) Method of resonance fatigue tests of sheet composite materials
SU962791A1 (en) Method of testing materials cyclic-extension-compression
SU1462124A1 (en) Method of measuring residual stresses in rod specimens made from composite materials
Matveev et al. Some aspects of vibration of an elastic body with a" breathing" discontinuity of material
CN112697882A (en) Method for detecting elastic modulus of cement-based fiber composite board
Smith et al. An evaluation of three techniques for determining the Young’s modulus of mechanically alloyed materials
RU220766U1 (en) PIEZOELECTRIC VIBRATION STAND FOR FATIGUE TESTING IN THE FREQUENCY RANGE 1-10 kHz
RU2058022C1 (en) Method for determination of elastic construction mass equivalent that corresponds to excitation point and observation point
Sauer et al. Experimental characterization of effective mechanical properties of (micro-) fractured high performance concrete
SU1619115A1 (en) Method of investigating anisotropy of modulus of elasticity and internal friction of materials
SU787945A1 (en) Unit for fatigue testing of material specimens at bending
SU905721A1 (en) Method of material fatigue damage determination
SU1142768A1 (en) Method of determination of article material susceptibility to damage under cyclic loading