Способ испытаний материала конструкции при случайном циклическом нагружении

(5)5 1 УДАРСТВЕННОЕ ДОМСТВО СССР СПАТЕНТ СССР ЕНТ ИЗС)БРЕТ(93) Гусев А.С. Сопротивленивучесть конструкций при случМ,: Машиностроение, 1989, с(57) Изобретение относитсяиспытаниям. Цель изобрвте Изобретение относится к механическимиспытаниям,Цель изобретения - повышение точности испытания конструкции из полимерныхкомпозиционных материалов за счет устранения погрешностей, связанных с различным изменением диссипативных свойствматериала в условиях эксплуатации конструкции и испытания образцов ее материала,Цель достигается тем, что определяютплотность мощности энергии диссипации итемпературу в зависимости от времени в конструкции в условиях эксплуатации в местенаибольшей скорости роста поврежденности, эквивалентный уровень гармоническогонагружения определяют из условия равенст, . ва плотности мощности диссипация энергии,а равенство температур обеспечивают изменением асимметрии циклов.Нафиг. 1 показан типичный закон слу- .чайного нагружения оболочки пульсирую-.щим внутренним давлением; на фиг. 2 -ние точности испытания конструкции из полимерных композиционных материалов за счет устранения погрешностей, связанных с различным изменением диссипативных свойств материала в условиях эксплуатации конструкции и испытания образцов ее материала. Образцы нагружают при постоянной частоте эквивалентной нагрузкой, уровень которой определяют из условия поддержания заданной плотности мощности диссипирующей из условия поддержания заданной температуры. 4 ил.закон изменения температуры Т и плотно сти мощности диссипации Я энергии во времени; на фиг. 3 - эквивалентный закон нагружейия образцов; на фиг, 4 - схемы устройства для реализации способа,Устройство для реализации способа содержит нагружатеь 1, связанный с образцом 2, программные элементы 3 и 4, управляющий уровнем нагрузки орган 5, связанный с нагружателем 1 и программным элементом 3 через соответствующие блоки сравнения, На образце 2 расположены датчики б напряженно-деформированного состояния, связанные с блоком 7 сравнения, в результате чего образуется первый контур обратной связи, Устройство содержит управляющий асимметрией цикла орган 8. На образце 2 расположен датчик 9 температуры, связанный с программным блоком 10 сравнения, в результате чего образуется второй контур обратной связи.Способ реализуется следующим обра" зом.40 45 5055 Нанатурной конструкции в условиях эксплуатационного случайного нагружения определяют в месте наибольшей скоростинакопления поврежденности зависимости отвремени температуры и плотности мощности 5диссипации энергии, которые закладывают впрограммные блоки, соответственно блок 4 иблок 5, В соответствии с программой, блок7 вырабатывает сигнал на управляющийуровнем нагрузки орган 5, связанный с нагружателем 1. В процессе испытания датчики 6 подают информацию в блок 7 офактическом значении плотности мощностидиссипации, в результате чего происходиткоррекция уровня нагрузки (максимального 15напряжения овах ). В соответствии с программой, блок 10 вырабатывает сигнал науправляющий асимметрией цикла орган 8,связанный с нагружателем 1. В процессеиспытания датчик подает информацию в 20блок 7 об изменении температуры, в результате чего происходит коррекция асимметрии цикла (например, путем управленияуровнем минимального напряжения),В случае использования.в качестве блоков 7 и 10 управляющих ЭВМ, уточнения. управления может быть достигнуто учетом всредствах программного обеспечения ЭВМтекущей температуры при формированиисигнала - реакции на рассогласование текущего и программного значений уровня нагрузки и мощности диссипации приформировании сигнала - реакции на рассогласование асимметрии цикла, для чегопредварительно проводят соответствующие тарировочные испытания, Для этого может быть предусмотрена взаимная связь, каналов обратной связи от соответствующих датчиков к блокам сравнения другого канала для каждого из датчиков. В результате реализуют в образцах условия нагружения, эквиваледтные эксплуатационным,Сущность заявленного способа состоитв следующем.При циклическом нагружении происходят два взаимосвязанных энергетических процесса. Во-первых, диссипация энергии, часть которой идет на повреждение материала, а часть - на разогрев его, и, во-вторых, разогрев материала, в результате чего изменяются физико-механические характеристики материала, что влияет на диссипацию энергии. Для моделирования условий работы материала в составе конструкции, необходимо обеспечить не только одинаковые условия нагружения материала, но и одинаковые температурные условия материала в условиях эксплуатации и испытания. В заявленном спогобе подобие условий нагружения обеспечивают путем обеспечения такого уровня нагружения образцов, при котором одинаковы плотности мощности диссипации, а следовательно, и накопления поврежденности при одинаковой температуре, а одинаковые температурные режимы обеспечивают путем того, что режим нагружения при постоянстве нагрузки делают более или менее "повреждающим" материал путем управления коэффициентом асимметрии (или минимальным напряжением в цикле).П р и м е р. Определялся ресурс стекло- пластиковых труб диаметром 240 мм при действии случайной осевой пульсирующей нагрузки. Нагрузка осуществлялась при среднем уровне 1,2 от предела выносливости на базе 2 млн. циклов в условиях окружающей комнатной температуры. В результате испытания был зафиксирован разогрев до равновесной температуры 18 к,что было скомпенсировано на образцах стеклопластика (ППН+ ЭДТ), которые, имея лучший теплоотвод в силу своей геометрии, размеров и условий закрепления, нагревались при эквивалентном пульсирующем цикле на 11 к изменением минимального напряжения от 0 до (-0,3) от предела выносливости. Максимальный уровень напряжения, определенный по критерию одинаковой средней диссипации, составил 1.3 от предела выносливости, т,е, коэффициент асимметрии изменился от величины со до --3 15 Испытанные при указанных условиях образцы позволили определить среднюю долговечность порядка 35 тыс. циклов, чго удовлетворительно совпало с экспериментально был получен для трубы и составил порядка 39-40 тыс, циклов. Погрешность составила порядка 12, В то же время образцы, испытанные при эквивалентном напряжении без дополнительного поддер" жания температурного режима, показали среднюю долговечность порядка 60 тыс. циклов, т,е. погрешность составила величину порядка 500 ь.Таким образом, заявленный способ позволяет определить более точно усталостные характеристики композиционного материала, При проведении в течение нагружения партии образцов разрушающео определения остаточной прочности, можно определить зависимость остаточной прочности от наработки,Формула изобретения Способ испытаний материала конструкции при случайном циклическом нагруже1826028 Фи оставитель Г. СТехред М.Морген квелидзеКоррек едактор С. Кулаков Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж, Раушская наб., 4/5 аэ 2317ВНИИПИ Го роиэводственно-иэдзтельский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 нии, заключающийся в том, что образцы из материала конструкции нагружают циклически эквивалентной нагрузкой при постоянной частоте нагружения и эквивалентном изменяющемся во времени уровне напря жения, а о циклической поврежденности конструкции судят по поврежденности образцов,отличающийсятем,что,сцелью повышения точности испытания конструкции из полимерных композиционных мате риалов эа счет устранения погрешностей, связанных с различным изменением диссипативных свойств материала в условиях эксплуатации конструкции и испытания образцов ее материала, определяют зависимости от времени температуры и плотности мощности диссипации энергии в месте наибольшей скорости роста поврежденности конструкции, уровень циклической эквивалентной нагрузки определяют из условия равенства плотностей мощности диссипации энергии конструкции и образцов, при нагружении образцов поддерживают в них температуру, равную в каждый момент времени температуреконструкции. путем изменения асимметрии цикла нагружения.