Способ создания усталостной трещины заданной длины

(51)5 0 01 М 3/32 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯ БРЕТЕНИЯ,У постоянной скорости роста при формировании несквозных трещин. Проводят предварительные испытания образца, заключающиеся в циклическом нагружении образца до разрушения и определении средней скорости роста усталостной трещины, Нагружение проводят в жестком режиме нагружения, затем проводят испытания на эталонных образцах при тех же условиях нагрукения, В процессе циклического нагружения определяют момент возникновения усталостной трещины и фиксируют число циклов, соответствующих этому моменту, О текущей длинеусталостной трещины после регистрации момента ее возникновения судят соотношению: 1 = д Л М. 4 ил,следоваиациивский и ОСТНОЙ пытаниям овано при его контеских хабретения спечения по Изобретение относится к испытаниям материалов и может быть использовано при настройке средств неразрушающего контроля и для определения механических характеристик материалов.Известен способ определения длины усталостной трещины. заключающийся в том, что проводят циклическое нагружение образца, доводят его до разрушения и производят фрактографические измерения, по которым судят о длине и скорости роста усталостной трещины.Длину усталостной трещины определяют только после разрушения образца,Наиболее близким к предлагаемому яв-: ляется способ определения длины усталостной трещины, заключающийся в том, что проводят циклические нагружения образца, через образец с трещиной пропускают постоянныи электрическии ток и регистрируют разности электрических потенциалов между двумя парамй точек, фиксированных на образце.Недостатком данного способа является то, что он имеет недостаточную точность не учитывающую постоянную скорость роста трещины,Цель изобретения - повышение точноения постоянной мировании неск сти за счет обеспеч сти роста при фор трещин.Поставленная ц в способе создани заданной длины, занагружают образец с момента зарожде ют параметры этого судят об ее длине, н скоро- возных ОПИСАНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(56) Авторское свидетельство СССМ 1357780, кл, 6 01 И 3/32, 1986.(54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ УСТАЛТРЕЩИНЫ ЗАДАННОЙ ДЛИНЫ(57) Изобретение относится к исматериалов и может быть использнастройке средств неразрушающроля и для определения механичрактеристик материалов. Цель изо- повышение точности за счет обе ель достигается тем, что я усталостной трещины ключающемся в том, что циклической нагрузкой, ния трещины определяроста, с учетом которых агружение осущес 1 вля 1730562ют при постоянной деформации, в качестве параметра роста трещины регистрируют скорость ее роста, а длину трещины определяют из следующего соотношения:=дЛ 1,где- текущее значение длины усталостной трещины;д- средняя скорость роста усталостной трещины в цикле;Ь Й - разница между текущим значением числа циклов и числом циклов соответствующих моменту возникновения усталостных трещин,На фиг, 1 изображена схема нагружаю- щего устройства; на фиг. 2 - схема расположения датчиков на испытываемом образце; на фиг, 3 - график суперпозиции длины (1 мм) и скорости (Ч мкм) роста усталостной трещины в зависимости от числа циклов нагружения (Й), полученные в результате фрактографических измерений после предварительных испытаний; на фиг. 4 - график информативного параметра акустической эмиссии (А), зарегистрированный в процессе испытаний эталонного образца в зависимости от числа циклов (М).П р и м е р, При реализации данного способа использовалось нагружающее устройство, обеспечивающее жесткий режим циклического нагружения при испытании на изгиб по трехточечной схеме (фиг. 1). Оно состоит из опорных роликов 1, перестраиваемого эксцентрика 2, толкателя 3 и направляющих перемещения толкателя 4, В качестве приемников акустической эмиссии использовались датчики дифференциального типа, расположение которых показано на фиг. 2, где на образце 5 с концентратором б установлены охранные датчики 7 и информативный датчик 8.Проверка предлагаемого способа проводилась на образцах прямоугольного сечения из алюминиевого сплава с геометрическими размерами 10 х 30 х 250 ммНа образце 5 наносили несквозной концентратор полуэллиптической формы протяженностью по поверхности 5 мм и глубиной 1 мм. Концентратор наносили электроискровым способом, что практически исключает наличие остаточных напряжений. Восп роизводимость минимального и максимального прогибов от испытания к испытанию достигалась за счет изменения диаметров опорных роликов 1 и изменения величины эксцентриситета у перестраиваемого эксцентрика 4.В качестве метода, позволяющего определять момент возникновения усталостной трещины и следить за ее ростом, использо валась акустическая эмиссия, Датчики 7 выполняли функции охранных датчиков, т,е.сигналы, которые во времени принимались этими датчиками раньше чем информативным датчиком 8, отфильтровывались и в обработке не участвовали, Контроль акустической эмиссии осуществлялся посхеме временной селекции. С целью получения количественно сопоставимых ре 10 эультатов при проведении акустико-эмиссионного контроля в каждомиспытании обязательно выполнялся контроль качества акустического контакта сцелью его воспроизводства,15 20 30 35 40 45 50 55 При проведении предварительных испытаний, выполняемых с целью определения скорости роста усталостной трещины в заданных условиях нагружения, испытываемый образец 5 циклически нагружали в жестком режиме нагружения. Испытаниязаканчивали при разрушении образца, На участке образца с усталостной трещинойпроводили фрактографические измерения с целью определения средней скорости роста усталостной трещины в цикле и ее длины, Результаты измерений приведены на фиг. 3, где 1 - кривая скорости роста усталостной трещины, а 2 - кривая длины усталостнойтрещины. До некоторой длины скорость роста остается практически постоянной и колеблется в пределах 0,8 - 2,0 мкм. Таким образом, средняя скорость усталостной трещины при данных условиях испытаний с момента возникновения и до некоторой критической длины (в условиях эксперимента критическая длина составляла 5,6 мм) в среднемсоставляет 0,15 мкм за цикл,После предварительного испытания переходили к испытаниям на эталонных образцах,Для этого проводили циклическое нагружение эталонного образца при тех же условиях нагружения и том же качестве акустического контакта. В процессе циклического нагружения определяли момент возникновения усталостной трещины и фиксировали число циклов, соответствующих этому моменту. На фиг. 4 приведен график изменения информативного параметра акустической эмиссии А от числа циклов нагружения й, На графике отчетливо виден момент возникновения усталостной трещины (отмеченный на графике символом/), О текущей длине усталостной трещины после регистрации момента ее возникновения судили по соотношению.= д Ь,где- текущее значение длины усталостной трещины;д - средняя скорость роста усталостнойтрещины в цикле;Ь Й - разница между текущим значением числа циклов и числом циклов, соответствующих моменту возникновения 5усталостной трещины.В соответствии с предлагаемым соотношением длина трещины, рассчитанная по результатам испытаний, составляет3 "0,15 х(39662 - 9917)/1000 = 4,46 мм. 10Значение чисел циклов, используемых ввычислениях, определяется непосредственно из приведенного графика (фиг, 4),Достоверность результатов проверялив следующей последовательности. 15После окончания испытаний (испытаниязаканчивались раньше, чем трещина достигнет критической длины 5,6 мм) образецподвергали капилярному методу неразрушающего контроля, который является наиболее чувствительным к поверхностнымдефектам, Затем образец доламывали и наметаллографическом микроскопе определяли длину трещины. Было установлено, чтодлина трещины составляет 4,2 мм. Таким 25образом, погрешность не превышает 6 О,Использование изобретения позволяетсоздавать усталостные трещины заданнойдлины на образцах, которые могут бытьиспользованы при настройке средств нераз-. 30 рушающего контроля и для определения механических характеристик материалов.Формула изобретения 1. Способ создания усталостной трещины заданной длины, заключающийся в том, что нагружают образец материала циклической нагрузкой и с момента зарождения трещины определяют параметры этого роста, с учетом которых судят об ее длине, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности путем обеспечения постоянной скорости роста при формировании несквозных трещин, нагружение осуществляют при постоянной деформации, в качестве параметра роста трещины регистрируют среднюю скорость ее роста в цикле, а длину трещины определяют из следующего соотношения;=дЬ,где Е - текущее значение длины усталостной трещины;д - средняя скорость роста усталостной трещины в цикле;Л Й - разница между текущим значением числа циклов и числом циклов, соответствующих моменту зарождения трещины.2. Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи й с я тем, что момент зарождения трещины спределяют методом акустической эмиссии,1730562 Вавр 1 е Т 1, 0-16 (1 еМ о 1 аеТЬод)29/89 14:695 17Составитель А.Шанявский Редактор Н.Горват Техред М.Моргентал Корректор О.КравцоваЗаказ 1509 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035; Москва, Ж, Раущская наб., 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1