Способ определения вязкости разрушения материалов

.А,Скочиньскийие модуляутем испысжатие. -ЯЗ КОСТИ вер ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Институт горного дела им. Аского(56) Ярема С,Я, и др. Определенсцепления хрупких материалов итания дисков .с трещиной наФХММ, ЬЬ 1, 1966, с. 10 - 14.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к технике определения параметров свойств горных пород и может быть использовано для испытания любых хрупких матерйалов, в том числе стекла, бетона, керамики и т.п,Известен способ определения вязкости разрушения материалов, согласно которому в образце в форме диска выполняют концентратоф напряжейия в виде центральной трещины, который нагружают диаметрально сжатием и регистрируют параметры разрушения. В плане нагрузка имеет точечное приложение.Недостатком данного способа является недостаточная достоверность получаемых результатов из-эа невозможности практически выполнить в дисковом образце, внутренней сквозной трещины заданной длины с естественной текстурой поверхности.Цель изобретения - повышение достоности получаемых результатов.(57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения вязкости разрушения материалов. Цель изобретейия - повышение достоверности испытания. В образце в форме диска выполняют концейтратор напряжений в виде центрального сквозного отверстия, диаметр б которого выбирают из условия 0;1000,3 О, где 0 - наружный диаметр диска. Сжимающую йагрузку прикладывают к боковой поверхности диска распределенно на длине, равной радиусу отверстия, и регистрируют параметры разрушения. 1 табл,Поставленная цель достигается. тем, что в способе определения вязкости разрушения материалов, покоторому в образце в .форме диска выполняют концентратор напряжений, нагружаот образец диаметрально сжатием и регистрируют параметры разрушения, концентраторнапряжений вы йолняют в виде центральногосквозного от- О верстия, диаметр б которого выбирают из 0 условия 0,10 б 0,30, где 0 - наружный ( ) диаметр диска, а сжимающую нагрузку прикладывают к боковой поверхности диска распределенно на длине, равной радиусу отверотия,Способ определения вязкости разрушения материалов осуществляется следующим образом,Геологические керновые пробы распиливают на диски толщиной 0,3 - 0,4 диаметра последйих, Каждый керн должен содержать при этом такое количество дисков, которое потребно для оценки вязкостиразрушения данной породы, Обычно бывает достаточно 3 - 5 дисков,Далее в каждом из дисков сверлят сквозное отверстие, центр которого совпадает с его геометрическим центром, при этом для исключения влияния краевых эффектов диаметр отверстия выбирают в диапазоне 0,1 - 0,3 наружного диаметра диска.Образцы с концентраторами напряжений в аиде центрального отверстия нагружают напряжениями сжатия, распределенными по двум диаметрально противоположным боковым поверхностям диска, Длину этих поверхностей нагружения выбирают равной радиусу отверстия. Расчет напряженного состояния диска, проведенный по известным зависимостям, показал, что вблизи отверстия разница в значениях растягивающих напряжений в случае приложения точечной и распределенной указанным способом нагрузок составляет не более 7 - 8 О/. Замена точечной в плане нагрузки распределенной (также в плане) по сегменту позволяет в пределах практически той же точности испытаний достичь повышения стабильности инициируемой из отверстия трещины, Это происходит вследствие возникновения вдоль оси. нагружения области растягивающих напряжений, препятствующей искривлению фронта инициируемой трещины при ее прорастании,Доводят образец до разрушения и рас. считывают вязкость разрушения. При этом эксперимент считается "чистым" в случае разрушения путем разделения образца осевой плоскостью, параллельной оси нагружения, на две практически одинаковые половины.Расчетная зависимость для оценки вязкости разрушения получена из решения теоретицеской задачи нагружения кольца с внутренними надрезами длиной С, ожимающими нагрузками Р, параллельными оси надрезов, путем асимптотического преобразования при условии уменьшения "длин внутренних надрезов трещин С до величин, соизмериМцх с характерным размером микродефектоа, возникающих на внутренней поверхности кольца при сверлении отверстия. Кс-Р -ууО 1 Я(1+ С) 11) 2 Р С 2 Примемво внимание, цто по периметру внутреннего отверстия диска толщиной т иэ горной породы всегда есть микродефекты, размеры кОторых порядка двух диаметров зерен. Тогда для песчаника мелкозернистого сдиаметром зерна 0.3 - 0,5 мм формула (1)принимает вид,/ДГ5 + 2 Р 2Кс =1,1 Р - - -- , Р)Значение поправочной функции Рпринимается из следующей таблицы.с 3/О 01 015 020 025 030Е 1,80 2,00 2,20 2,50 2,90Пример практического использования15 способа.Предлагаемый способ был апробированна двух типах горнйх пород: песчанике мел- .козернистом и мраморе, Иэ кернов диаметром 42 мм и длиной 50 мм отрезаны диски20 толщиной 10,5-12 мм, После этого победитовым сверлом диаметром 8 мм в полученных)(по три штуки на каждую породу дисках)образцах высверлены сквозные отверстия,При этом соотношение диаметров отверОстия и диска составляет о . = 0,2,Сжимающая нагрузка передается на диски через специальные пуансоны, имеющиерадиус закругления 21 мм и длину 4 мм,30 В результате испытаний получены разрушающие нагрузки 190, 190 и 200 кгс дляобразцов ВМ 1, 2, 3 песчаника мелкозернистого и 150, 100 и 130 для образцовММ 4, 5, 6 мрамора, имеющего диаметр35 зерен 0,3 - 0,4 мм.Расчет вязкости разрушения проводится по формулеК 1 с -1,1 Р ---- = 0.13 - ,2 Р г РРезультаты расчетов следующие:Песчаник мелкозернистый,К)1 с = 2,24 кгс/мм45 К( )1 с = 2,33 кгс/ммКЩс 2,22 кгс/мммрамор0 кгс/ммР 2К(5)с = 1196 кгс/сс50 К 1 с - 1,85 кгс/ммфДля сравнения работоспособностипредложенного способа аналогицное количество .образцов каждой из пород былоиспытано по наиболее широко применяю 55 щемуся Методу в практике испытаний горных пород - консольному изгибу балоцек стрещиной; Размеры балочек: 120 х 40 х 20 мм.Трещина наносилась известным способом.Для изготовления одной балочки требовался керн диаметром 60 мм и длиной 150 мм,1747990 Величины вязкости разрушения испытываемых пород, полученных этим точным сйособом, составили: 2,40 кгс/мм - для песчаника мел коэерн исто го; 2,16 кгс/мм - для мрамора.Формула изобретен ия Способ определения вязкости разрушения материалов, по которому в образце е форме диска выполняют концентратор напряжений, нагружают образец диаметрально сжатием и регистрируют параметры разрушения, отличающийся тем,что, с целью повышения достоверности получаемых результатов, концентратор напряжений выполняют в виде центрального сквозного отверстия, диаметр б которого выбирают из условия 0,1 Ь д 0,30, где О - наружный диаметр дйска, а сжимающую нагрузку прикладывают к боковой поверхности диска распределенйо на длине, равной радиусу отверстия. Составитель Ю. МакаровТехред М.Моргентал Корректор М. Пожо Редактор .И. Кзсарда Заказ 2497 . : Тираж:.Подписное , . ВНИИПИ Государственного комйтета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Сопоставление результатов испытаний по предложенному способу и по известному 10 способу. - консольному изгибу балочек с трещиной показывает, что предложенный способ дает величину относительной погрешности в оценке вязкости разрушения в пределах 5-9 для песчаника мелкоэерни стого.и 15 для мрамора. Некоторое увели. чение погрешности при исйытании мрамора можно объяснить большими, чем у хрупких пород пластическими эффектами. В то время как попытки изготовить образцы по ме тоду прототипа (диски с пропилом) не дали положительных результатов ни для одной из испйтанных пород.Предложенный способ в отличие от известного способа имеет следующие преьимущества; повышается достоверность получаемых результатов; существенно снижается расход материалов; при подготовке образца к испытаниям не требуется выполнение трудоемких операций по нанесению краевой трещины и по определению ее длины и формы фронта.