Способ определения усталостной долговечности деталей из полимерных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1798655 А 1 51)5 6 3 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОБР ОП ВТОРСКОМУ СВ ЛЬС 1 2(21)4872898/28 . ления долговечности деталей и элементов (22) 20.07,90 конструкций. Цель изобретения состоит в (46) 28.02,93. Бюл, М 8 повышении достоверности прогнозирова- (71) Ленинградский политехнический инсти- ния ресурса полимерных деталей. Цель дотут.им, М.И.Калинина . стигается тем, что в известном способе (72) В.И,Веттегрень, С.О.Лазарев, В.Д.Са- определения ресурса деталей из полимервельев и В,А.Трошкинных материалов йутем регистрации диагно- (56) 1, Тамуж В.ПКуксенко В.С. Микроме- стическрто параметра детали с ханика разрушения полимерных мэтериа- последующим расчетным определением ислов. Рига,"Зинатне",1978. комой величийы, для уточнения значений , 2; Михайлов Ю,КИванов Б,С; Муфты с текущей (С 1) и предельной (С+) концентранеметэллическими упругими элементами. - ции повреждений проводят совместное из- Л.: Машиностроение, 1987. мерение модуля упругостиВеттегрень В.ИЛазарев С,ОПетров диагностируемой детали и поверхностной В.А, Физические основы кинетики разрушв- концентраций концов полимерных молекул, ния материалов. - Л., 1989,: образующихся при их разрыве вследствиепроцесса трещинообразования, методом (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧ- нарушенного полного внутреннего отраже- НОГО РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПОЛИМЕР- ния (НПВО) инФракрасной спектроскопии. НЫХ МАТЕРИАЛОВ:Затем, решая уравнение долговечности, на- (57) Изобретение относится к неразрушаю- ходят время достижения концентрацией пощим способам испытания деталей из пол- вреждений С 1 критической величины С, т,е, Я имерных материалов нэ длительную остаточный ресурс диагностируемой детэпрочность, в частности к способам опреде- ли 2 ил. Изобретение относится к неразрушающим способам испытания деталей из полимерных материалов на длительную прочность, в частности к способам определения долговечности деталей и элементов конструкций.Цель изобретения состоит в повышении достоверности прогнозирования ресурса полимерных деталей и в расширении границ применимости метода,В основе предлагаемого. способа оценки остаточного ресурса лежит кинетическая теория разрушения твердых тел 1). согласно которой разрушение представляет собой процесс термофлуктуационного образования и накопления в твердом теле микроскопических разрывов сплошности (так называемых "зародышевых микротрещин"). По достижении концентрацией микротрещин предельной (критической) величины С происходит их слияние в магистральную трещину, которая приводит к разделению массива тела нэ части, Скорость процесса трещинообразования описывается следующим выражением:-12 где то = 10 с - соответствует периоду собственных колебаний атомов; В = 8,314 х х 10 Дж/кмоль К - газовая постоянная;3 оТ - рабочая температура; Оо - энергия акти- изделия возрастает, как показано на фиг.1.вации и у- активационный объем процесса Поскольку зависимости модуля от времениобразования микротрещин; С - предель- старения известны практически для всехная концентрация микротрещин: температур и видов применяемых полимер 5 ных материаловто по измеренному значе(С )= е 1, (2) нию модуля Е (см. Фиг, 1, кривая 3) ие - 2,7 - основание натуральных логариф- изменению модуля, обусловленному термомов; 1 - размер микротрещин. Поскольку старением Е(Т) (кривая 1), путем вычитанияпроцесс прорастания магистральной тре- находим значение модуля Е(С 1), соответстщины дополного разделения тела на части "0 вующее текущей концентрации микротрезанимает:не более 10 Д общего времени до щин Сс размера 1. Аналитическаяразрушения, а 90 О времени приходится на зависимость модуля.от величины .поврежпроцесс накопления микройовреждений, то денности изделия дается выражением;выражение(2) является концентрационным16 С,1 зкритерием разрушения (13. Совмещая (1) и "5 Е(С 1)= Ею 1+ - 3 (1-р)) (4)(2), можно найти время достижения концен- где Ео - исходное значение модуля;котрацией повреждений критической величи- эффицйент Пуассона; Ч - обьем диагностины С,т.е. остаточный ресурс изделия с: руемого изделия. Текущее значение модуляС Ф О - 0 т 20 упругости можно измерять по любой из обС = С+ехР (Т. 1 щепринятых методик.После этого методом НПВО инфракрасе а нения долговечности 3 ной спектроскопии нужно измерить конценРешение уравнения долговечности (3),относительно 1 дано в щ, Параметры урав- . трацию концов разорванных молекулнения то, О и у являются константами матеявляются константами мате полимера й которая определяется Формуриала и определены практически для. всехлой:полимеров, применяемых.для изготовления . 11 С 1 тР (5)где ц - . концентрац я разорванных концов: ределения остаточного ресурса иэделий изи ии из пОлимерных мОлекУл по берегам микротренестандартных полимерных материалов нещины, которая определяется отношениемобходимо предварительно получить значее но пол чисть значе- Размеров тРещины и диаметра полимерныхб д ред ар е но получиь значе- молекул ц); с,р - площадь трещины,ния указанных параметров уравнениядолговечности путем испытания стандарте спытания стан а т- Далее, Решая совместно уравнения(4) иных.образцов на разрушение статическимб о аз ение статическим (5) находим текущую концентрацию порастяжением при различных температурах 35аз чных темпе ат ах 35 вреждений С и Размер микротрещин 1, чтопометодике, изложенной в 12), позволяет с помощью выражений (1) - (3)определить остаточный ресурс диагностируемой детали.точный ресурс изделия при известных режи. мах нагружения а(т) и рабочей температуреняется чертежами и примером его конкретТ, необходимо найти величины критической 40С+ и текущей (начальной) Ст концентраций .ной реализации.На фиг,1 показано изменение модуля.микроповреждений в изделии,т я и о е а за- упругости детали из полимерного материаДля этого предлагается процедура, за-.. ключающаяся в совместном измерейии мо 1) и трещинообразованием в процессе эксдуля упругости конкретного изделия, а 45меряемая на практике результатирующаявследствие процесса трещинообразования, кр ва Р) обус о е д о ре енным. методом НПВО инфракрасной спектроско- .воздействием указанных факторов.пии.На фиг,2 сеао показа алгоритмИзвестно (3 что изменение модуля упреализации способа.ругости изделия в процессе его эксплуатации вызвано двумя, одновременнотали можно измерять любым из известных.способов, но для снижения погрешности изпротекающими и конкурирующими процесмерений желательно применять прецизионсами: термостарение обусловливает повыные измерители перемещения ишение модуля и одновременно происходитзадаваемых усилий (оптиметры, динамометснижение модуля в результате процессары и т.д.).трещинообразования, причем обычно проДля измерения концентрации концовцесс термостарения превалирует и Резуль- .полимерных молекул, образующихся вследтирующий (то есть измеряемый) модульствие процесса трещинообразования, методом нарушенного полного внутреннего отражения необходимо применятьинфракрасные спектрометры, оснащенныеприставкой НПВО для регистрации спект.- 5ров ".на отражение", так как регистрацияспектров пропускания возможна лишь дляузкого класса "прозрачных" полимерныхматериалов и только для тонких образцов, ареальные изделия обычно имеют интенсивное поглощение.Определение остаточного ресурса осуществляется следующим образом,Проводят измерение модуля упругостиЕс диагностируемой детали и выделяют 15частьмодуля, обусловленную трещинообразованием. Как видно из фиг,1, она даетсявыражением;Е(С 1) = Е - ЕЩ+ Ео.Проводят измерение концентрации 20концов полимерных молекул, образовавшихся в результате трещинообразования,методом НПВО инфракрасной спектроскопии.25 Далее решают систему уравнений (4) и (5) и находят размеры и влекущую концентрацию трещин С диагностируемой детали, из формулы (2) определяют предельную предраэрывную) концентрацию микротрещин С и, решая (3) относительно 1, находят остаточный ресурс детали,формула изобретенияСпособ определенияусталостной долговечности деталей из полимерных материалов, по которому нагружают испытуемую деталь, регистрируют ее диагностические параметры и по ним судят о усталостной долговечности, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности, определяют модуль упругости материала детали и поверхностную концентрацию концов полимерных молекул, образующихся при разрыве полимерных молекул в процессе эксплуатации детали, а о усталостной долговечности судят по этим двум параметрам,1798655 оставитель В. Трошкехред М.Моргентал едак рректор С,диси оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 766Тираж: Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5