Способ усталостных испытаний материала конструкции при случайном эксплуатационном нагружении

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСК ЕСПУБЛИК 3 32(51) 5 6 ПИСАН И ЕТЕН Б К лости и ных на 1989,1 ТАНИЙ И СЛУН АГРУбам ме- сталостучайном повышеГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Гусев А.С. Сопротивление устживучесть конструкций при случаигрузках. - М.; Машиностроенис.183 - 195.(54) СПОСОБ УСТАЛОСТН ЫХ ИСПЬМАТЕРИАЛА КОНСТРУКЦИИ ПРЧАЙНОМ ЭКСПЛУАТАЦИОННОМЖЕНИИ(57) Изобретение относится к спосоханических испытаний, а именно уных ресурсных испытаний при слнагружении. Цель иэобретения -Изобретение относится к способам механических испытаний. а именно к способам усталостных ресурсных циклических испытаний при случайном нагружении.Цель изобретения - повышение точности испытаний конструкций иэ полимерных композиционных материалов за счет обеспечения одинакового изменения физико- механических характеристик материала конструкции в условиях эксплуатации и испытаний,Для этого обеспечивается одинаковый температурный режим в месте максимальной скорости накопления поврежденности конструкции в условиях эксплуатации и испытания, для чего определяют эквивалентную частоту иэ условия одинаковой скорости разогрева на каждом уровне нагружения. ние точности испытания конструкций из полимерных композиционных материалов за счет обеспечения одинакового измене-ьния физико-механических характеристИк материала конструкции в условиях эксплуатации и испытания. Определяют уровень эквивалентного гармонического нагруженияна каждом этапе эксплуатации конструкции. Определяют разностную температуру разогрева конструкции и подбирают на каждом этапе такую частоту, чтобы в образце реализовалась такая же температура разогрева, Об уровне поврежденности конструкции судят по зависимости Остаточной прочности образцов, отнесенной к начальной прочности. 3 ил. В заявленном техническом решении положительный эффект. достигается за счет того, что на каждой ступени нагружения . определяют частоту, при которой равновесная температура равна равновесной температуре на соответствующем этапе случайного эксплуатационного нагружения.На фиг. 1 показан закон нагружения в условиях эксплуатации; на фиг, 2 - закон изменения температуры; на фиг, 3 - эквивалентный режим нагружения.Устройство для реализации способа представляет собой стандартную установку для нагружения образцов или элементов конструкций циклической нагрузкой при различных значениях частоты и уровня нагрузки. Поскольку такие установки широко известны, схема устройства для реализации способа на чертежах не показана.Способ реализуется следующим способом.Конструкцию нагружают циклически вусловиях эксплуатации, определяют параметры зависимости напряжения от времени 5и равновесную температуру, соответствующую каждому этапу циклического нагружения, Затем объекты испытания (например,образцы или модели конструкции) нагружа.ют на эквивалентном уровне нагрузки, который определяют известным методом(А.С.Гусев. Сопротивление. усталости и живучесть конструкции при случайных нагрузках, М., Машиностроение, 1989, с. 183-195) на,.каждом этапе эксплуатационного случайного нагружения,При этом изменяя частоту нагружения,при каждом уровне нагружения определяютзависимость равновесной температуры обьекта испытания, например образца, от частоты нагружения. Данную зависимостьопределяют следующим образом. Первуюпартию образцов нагружают на первом эквиалентном уровне 01 напряжения при различных частотах и определяют частоту в 1 25нагружения первого блока, при которомравновесная температура разогрева образца совпадает с температурой Т 1 на первомэтапе эксплуатациив месте наибольшейскорости накопления поврежденности, После этого вторую партию образов нагружают при уровне напряжений о 1 и частотеин в течение числа циклов, соответствующего первому этапу эксплуатациононого нагружения, при этом образцы второй партииприобрели поврежденность такую же, какконструкция после первого этапа нагруже-"ния. Поскольку разогрев конструкции зависит от ее поврежденности, изменяющейусловия диссипации энергии в материале, 40определять аависимость равновесной температуры от частоты на втором этапе необходимо с помощью образцов, имеющихтакую же поврежденность, как конструкцияпосле первого этапа эксплуатационного нагружения, После того, как образцы второйпартии нагружают при уровне напряжений02 при различных частотах, определяют час.тоту о)г,при которой равновесная температура образца соответствует равновесной 50температуре второго этапа эксплуатацииконструкции, Образцы третьей партии нагружают последовательно на уровне о 1 счастотой ии и науровне осчастотой са втечение чисел циклов Й 1 и М 2,соответствующих длительностям нагружейий на первоми втором этапах эксплуатационного нагружения. Данная процедура повторяетсястолько раз, сколько этапов содержит эксплуатационное нагружение, В результате такого нагружения определяют характеристику поврежденности, например остаточную прочность, в зависимости от наработки. Для этого часть образцов каждой партии перед началом нагружений соответствующего этапа нарушают и дополнительную партию разрушают после нагружения. В результате получают значения остаточной прочности от нагружения в момент, соответствующие переходу нагружения от этапа к этапу, а также - началу и концу эксплуатационного нагружения, что позволяет определить зависимость остаточного ресурса эксплуатационной конструкции. Для получения более частой сетки значений наработки, можно дополнительно испытывать образцы по полученной программе нагружения и разрушать их с определением остаточной прочности в требуемые моменты времени.Пример раелизации способа, Определялся ресурс стеклопластиковых труб диаметром 240 мм при действии осевой пульсирующей нагрузки. Случайная нагрузка состояла из трех этапов, эквивалентные уровни которых соответствовали 1,1;1,2 и 1,4 от предела выносливости на базе 2 млн. циклов. Прирост температуры при испытании труб в условиях окружающей комнатной температуры составил соответственно 8 К, 18 К и 46 К, Испытание трех партий образцов из материала оболочек (ППН, связующие ЭДТ) позволило определить эквивалентные частоты 6 Гц, 7 Гц и 4 Гц соответственно. Длительности нагружения составляли соответственно 20 тыс., 20 тыс, и 10 тыс, циклов. В результате получили зависимость остаточной прочности, отнесенной к начальной прочности: после первого этапа 0.95; после второго этапа 0,92, после третьего этапа 0,82, В результате нагружения партии труб эксплуатационной нагрузкой (часть иэ этой партии разрушили осевой силой до начала циклического нагружения, в часть - после) получили остаточную прочность 0,805 + 0,025. Если нагружать партию образцов при одной средней частоте 6 Гц, то остаточная прочность, отнесенная к начальной, составила 0,76 вследствие сильного ,разогрева на последнем этапе (93 К),Таким образом, погрешность в определении повреждейности. согласно заявленному способу, составляет величину порядка 8 (0,015/0,195), а при испытании согласно прототипу погрешность составляет 187 О (0,035/0,.195), т.е, заявленный способ позволяет повышать точность определения остаточного ресурса конструкции.Формула изобретения Способ усталостных испытаний материала конструкции при случайном эксплуатационном нагружении, заключающийся в том, что определяют уровни гармонического нагружения и эквивалентные нагружения на различных этапах эксплуатационного нагружения конструкции, циклически нагружают образцы из материала конструкции в месте наибольшей скорости накопления повреждений последовательно при указанных уровнях и определяют ресурс конструкции по накоплению поврежденности в образцах, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности испытаний конструкции из полимерных композиционных материалов за счет обеспечения одинакового изменения физико-механических характеристик материала в условиях эксплуатации и испытания, определяют равновесную тем пературу каждого этапа в месте наибольшейскорости накопления поврежденности конструкции, нагружение образцов при каждом уровне напряжения осуществляют с частотой, при которой равновесная температура 10 образца совпадает с равновесной температурой соответствующего этапа эксплуатационного нагружения конструкции, а о накоплении поврежденности в образцах судят по изменению по времени их остаточной 15 прочности, отнесенной к начальной прочности,1826027 жко еда кто Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 аз 2317 ВНИИП Составитель Г. СулаквелидзеТехред М. Мор гентал Корректор И, Шмакова Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5