Способ определения усталостной поврежденности материала

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХСПУБЛИК 96986 9) (1) 01 й 3/32 51 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕдОмстВО ссса(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТЕНИЯ ТАЛО СТРИАЛАмеханиче алостных вышениеежденно Изобретение относится к механическим одной из. Характеристик напряженнодефориспытаниям, к способам усталостных испы- мированного состояния, Для этого образец Б таний.. " :,. нагружают в мягком режиме, поддерживаяИзвестны способы усталостных испыта-, постоянной амплитуду напряжения, опрений, при которых партию образцов матери-. деляют спектральные характеристики цикалв.циклически нагружают и определяют ла деформации и судят о накоплении 4 степень поврежденности материала как: усталостной поврежденности по сдвигам О функцию наработки по остаточной статиче-. фаз гармонии центра цикла деформации от- О ской прочности образцов.:.,: .. носительно гармонии цикла напряжения. 0Недостатком таких способов является .: . , . .Со то, что они требуют разрушения объектов: Недостаткомпрототипаявляетсято,что0 испытания. В результате такие способы не с его йомощью крайне трудно провести сепозволяют получить индивидуальные зави- лекцию изменений физико-механическиху симости накойления поврежденноСти, по; . характеристик материала, поскольку все из- ф скольку при каждой величине наработки ;,. менения трактуются какповреждения. В то необходимо разрушить соответствующий же время при нагружении Образцов из образец,что не допускает его повторного : композиционных материалов имеет месиспользования.: . та как изменение свойств, являющеесяНаиболее близким к предлагаемому яв.- . следствием развития повреждений - расляется способ усталостных испытаний, при . трескиваний, расслоений, проскальзываний котором о накопленйи усталостной.повреж- слоев и т,д., так и являющееся следствием денности судят по снижению формы цикла "тренировки" материала;(56) Авторское свидетельство ССС(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСНОЙ ПОВРЕЖДЕННОСТИ МАТЕ(57) Изобретение относится к ским испытаниям, к способам уст испытаний, Цель изобретения - подостоверности определения повр сти путем исключения погрешностей, связанных с влиянием обратимых изменений структуры материала и изменений; обусловленных фактором тренировки при циклическом нагружении, Образец материала циклически нагружают и определяют сдвиг по фазе между отнулевым.циклом напряжения й циклом деформации, среднюю и минимальную деформации, по которым определяют в качестве характеристики повреждейности.изменение жесткостной характеристики материала. 3 ил.Целью изобретения является повышение достоверности путем исключения погрешностей, связанных с влиянием обратимых изменений структуры материала, иизменений, обусловленных фактором тренировки.На фиг. 1 - 3 представлены характерныезависимости от времени; на фиг, 1 - напряжения, на фиг. 2 - . деформации, на фиг. 3 -модули упругости материала,Устройство для реализации способапредставляет собой испытательную машину, позволяющую циклически нагружать образцы в мягком режиме, снабженнуюсредствами регистрации параметров цикла 15деформации и напряжения и сдвиг фаз между ними,Способ реализуется следующим образом.Образец устанавливают е испытательную машину и нагружают в мягком режимепульсирующей циклической нагрузкой.Максимальное напряжение в цикле оо, тогданапряжение оменяется по закону.25 О = Оо(1 - СОЗ СО 1) 1= Яср -- 19 фа 22(2) 40Изменение Л, как показали прямые эксперименты, характеризует изменение обратной жесткости. Для теоретического обоснования соотношения(2) приведем следующие выкладки, Пусть напряжение в ма- "5 териале, проявляющем вяэкоупругие свойства, изменяется по закону (1). Примем закон связи напряжений с деформацией в форме е Ь) - - ф). + ) и (1 - т) а (т) б т, . (3) где П(с) - ядро полэучести, 55В качестве ядра релаксации для композиционного полимерного материала широкое распространение получили экспоненциальные функции, поэтому примем ядро в виде где в - кривая частоты нагружения;1 - время.Определяют зависимость от времени амп литуды деформации а, средней деформации асср и сдвига фаз ф запаздывания цикла деформации относительно цикла напряжения. В качестве характеристики поврежденности определяют изменение величины 3, оп ределяемой из соотношения(5) е(с) = асср - а сов(и 1 - ф где Яср - средняя деформация;а - амплитуда деформации:ф - сдвиг фаз.ПРи выполнении Условий в Ь 1 и 1 1 олегко получить соотношения оасср = -- +оо По 1 о,оЕ2 По 0 оа=о)2 о19 ф =бдло(6) с учетом которых получаем соотношение (2);в котором деформационный параметр материала=оо/Е. Поскольку изменение А связано с изменением Е, Х может служить мерой поврежденности. На фиг. 3 участоксоответствует тренировке материала - на нем поврежден- ность не возрастает, хотя характеристики формы цикла деформации меняются. На участкепроисходит устойчивое накопление поврежденности - плавно уменьшается. На участкежесткость резко снижается, что свидетельствует о возникновении макродефектов. Таким образом, заявленный способ позволяет повысить достоверность результата за счет того, что в отличие от прототипа позволяет определить границу между участкамиии судить о поврежденности материала по характеристике, учитывающей различие причин, приводящих к искажению формы цикла деформации. Циклическому нагружению подвергались образцы стеклопластика (ППН + ЭДТ - 10), время 1 о " 7 с, с частотой 10 Гц на базе порядка 100 тыс. циклов при 300 С, На участкежесткостьобразцов повысилась примерно на 8-10. Часть образцов была разрушена предварительно, часть - после наработки порядка 1000 циклов,чгосоответствовалоучастку , Остаточная прочность образцов, подвергнутых такому циклическому нагружению - "тренировке", повысилась на 5-7 о , т.е. говорить о где П, - константа, ь - время релаксации. В .этом случае прямой подстановкой (1) и (4) в(3) легко получить закон изменения деформации1796986 15 повышении его поврежденности нет оснований, смешение циклов деформации относительноо на и ряжения имело место. При прерывании циклического нагружения на участке И, где параметр А увеличился при мерно на 4 (т.е, модуль Е уменьшается примерно на 4 О,.). остаточная прочность образцов оказалась меньше на 4-5,. При прерывании нагружения на участке Ч на шлифах отчетливо были видны макродефек ты в виде расслоений, раковин или макро- трещин. Формула изобретения Способ определения усталостной поврежденности материала, заключающийся в том, что образец материала циклически нагружают при постоянном цикле напряжения, определяют смещение фаз цикла деформации относительно цикла напряжения, но которому определяют деформационный параметр материала, а о поврежденности судят по укаэанному параметру, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности путем исключения погрешностей, связанных с влиянием обратимых изменений структуры материала и изменений, обусловленных фактором трениров-Таким образом, но основе иллюстрирующего способ примера, можно видеть то, что способ позволяет повысить достоверность результата, так как более обоснованно позволяет делать вывод о развитии поврежденности или изменении характеристик материала без изменения поврежден- ности.Способ можно применять при неразрушающем контроле циклически деформируемых конструкций в процессе их эксплуатации без прерывания эксплуатации. ки при циклическом нагружении, нагружение осуществляют при откулевом цикле напряжения и определяют минимальную и среднюю деформации в цикле, а деформационный параметр определяют по следующему соотношению: где А - деформационный параметр;яср - средняя деформация в цикле;а - амплитуда деформации;ф - смешение фазы цикла деформацииотносительно цикла напряжения.евская роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 647 Тираж П ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и о 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4писноеытиям при ГКНТ С