Способ определения усталостной характеристики материала

)5 8 01 Й 3/3 ПИСАН И БРЕ Е АВТОР У СВ ЛЬСТВ териало ванном муся в издели испытэ учета а ный институ(54) СПОСОБ НОЙ ХАРАКТ (57) Иэобрет усталостных материалов, ния пластин ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЕРИСТИКИ МАТЕ ние относится к о характеристик к применяемых дл болочек, лопато ловиях высоко о нагружения и и стой геоме проектиро по усталос и о с тающих в у динамическо образцах про ходимую для информацию трии пованиятной и спытэний (10-30 товления образИзобретение относится к исс дованию прочностных свойств аниэотропн материалов и может найти применение в различных отраслях машиностроения, авиадвигателестроения и турбостроения при определении выносливости листовых материалов при сложных видах напряженного состояния.Известен способ определения вынослиности аниэотропных материалов на цилиндрических образцах с помощью двухкомпонентной установки для циклических испытаний при сложном нагружении.Недостатками способа является невозможность определения выносливости листовых материалов, его низкая производительность в ле ых свзис м Гц), а такцов.)ми частотам сложность и пр ому яв ти лис в вид метричСпособ ржа щей колебаявл лив ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) А е УСТАЛ О СТРИАЛА пределению омпозитных я изготовлек ГТД, рабочастотного озволяет на лучить необконструкций рочности мав при их напряженно-деформиросостоянии, близком к реалиэующеусловиях эксплуатации натурныхй, Цель - повышение точности при нии композитных материалов зэ счет низотропии их свойств. Испытания проводят в три последовательных этапа на прямоугольных пластинах постоянной толщины. На каждом этапе испытывают образцы разной структуры армирования, зменяют размерь 1 и граничные условия закрепления образцов, создавая таким образом соответствующее напряженно-деформированное состояние в материале, определяют ограниченные пределы выносливости на каждом этапе и по их значениям рассчитывают компоненты критерия прочности, затем находят выносливость материала при плоском напряженном состоянии с различным соотношением действующих компонентов напряжений (нормальных и сдвиговых). 4 ил. Наиболее близким к едлэгаемляется способ исследования усталостовых материалов на образцахкольцевых пластин, шарнирно опевнутреннему контуру, в некоторыхдают колебания по второй осесимной форме изгибн ых коле ба ний.осуществляется на установке, содемэгнитострикционный возбудительний,Недост бется невоз н5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сти материалов при различном соотношении нормальных напряжений и при сдвиге.Цель изобретения - повышение точности при испытаниях композитных материалов за счет учета анизотропии их свойств,Указанная цель достигается тем, что проводят испытания в три последовательных этапа: на каждом этапе изменяют размеры и граничные условия закрепления образцов, возбуждая в них соответствующие формы собственных изгибных колебаний. Таким образом на каждом этапе создают соответствующее напряженно-деформированное состояние (НДС) в материале образцов, По результатам испытаний определяют ограниченные (обычно на базе7К = 10 циклов нагружения) пределы выносливости материалов при изгибе. После чего находят компоненты критерия прочности, с. помощью которых и определяют выносливость материалов при сдвиге в плоскости листа.Возбуждение колебаний на всех этапах осуществляется с помощью модулированной струи сжатого воздуха на вибростенде типа КуАИ - ВВ. Испытания проводят в. режиме постоянных относительных деформаций, которые замеряют с помощью тензорезисторов. наклеиваемых на образцы. С помощью них же замеряют и частоту колебаний объектов испытаний, расчет напряжений осуществляют через значения этих деформаций я по закону Гука. Испытания ведут в режиме постоянных относительных деформаций е = солями. Критерием разрушения образцов служит снижение резонансной частоты колебаний 5 на 3 - 5 по отношению к первоначальному значению, На фиг.1,2,3 представлены схемы закрепления образцов постоянной толщины при испытании на каждом этапе и места наклейки тензорезисторов, где 1 - образцы 2 - направление армирования, 3 - узловые линии, 4 - тензорезисторы, 5 - контур шарнирного опирания образцов, Там же приведены виды НДС, возникающие в рабочей зоне образцов (мест наклейки тензорезисторов) и показаны нормальные о 1, огг и касательные в плоскости листа напряжения, действующие на материал на каждом этапе испытаний, б - свободная кромка образцов на фиг.1,Способ осуществляется следующим образом.1 этап. Образцы 1 (фиг,1) в виде пластинпостоянной толщины однонаправленной структуры армирования закрепляют консольно, Возбуждают в них пластиночную форму колебаний (с двумя узловыми линия Г 6111 = 1/01 и Г 6222 = 1/022(1) 2 этап, Образец закрепляют шарнирно в приспособлении по контуру 5 в специальном приспособлении. При этом оси упругой симметрии материала (направление армирования - 2) совпадают с направлением одной иэ сторон образца (см. фиг.2),В образце возбуждают основную форму колебаний. При этом место разрушения (максимальных нормальных напряжений) находится в центре пластины, а материал в условиях плоского НДС, когда на него действуют одновременно напряжения с 711 и о 22, Через значения деформаций, замеренные тензорезисторами 4, наклеенными вдоль направления армирования и в ортогональном направлении в центре пластины, рассчитывают величины этих напряжений и соответствующий предел выносливости. Соотношение напряжений о 11 / Огг регулируется выбором отношения длин сторон образца а/Ь. Через найденные значения напряжений о 11 и о 22 на этом этапе испытаний определяют смешанную компоненту критерия (Мизеса-Хилла)П 122 = (1/011 - 0111 - Г 6222 - А )/2 А,) где А - аг/ о 113 этап, Образец как и на этапе 2 шарнирно закрепляют по контуру (см.фиг.2), но оси его упругой симметрии(направление армирования) направляют под углом а к стороне (или оси) пластины. В центре наклеивают 3 тензорезистора (вдоль стороныа, вдольстороны Ьиподуглом 45 к ним).Возбуждают в образце основную форму колебаний (место максимальных нормальных о 11 и 022, а также касательных в плоскости листа о 12 напряжений в центре) и опредеми 3). При этом в центре свободной кромки образцов реализуется одноосное НДС в материале, Если направление армирования материала - 2 совпадает с направлением свободной кромки 6 ( р = Оо) образца, то определяется предел выносливости в направлении основы материала - о 11 (фиг,1 а). Если направление армирования образца ортогонально (у =90 О) свободной кромке (фиг.16),реализуется одноосное нагружение материала в направлении утка -о 22 и определяется соответствующий, предел выносливости. С помощью найденных значений 011 и огг определяют компоненты критерия прочности (в данном случае критерия Мизеса-Хилла) по формулам:ляют пределы выносливости материала под воздействием на него одновременно (711, ваги 012 - напряжений. По их значениям рассчитывают смешанную компоненту критерия.П 1212 = ( 1/81 -ТЯ 111 + Г 8222 ++ 16222 С + 2 П 1 122 С/4 В, (3)где С = Фг О 11, В =О 12(О 11 - компоненты напряжений в центре образца, действующие на материал на этом этапе исследований. Ограниченный предел выносливости материала находят через эту компоненту по формуле, вытекающей из применяемого критерия (Мизеса-Хилла),012 = 1/2 %212ФДля расчета .предела выносливости а 12 могут быть использованы и другие критерии (например, критерий прочности Ашкенази Е,К), тогда выражения (1 - 4) будут несколько другими.Точность и достоверность получаемых значений о 12 по предлагаемому способу может быть повышена путем испытания образцов одного и того же материала при различных соотношениях напряжений (011, агг и о 12) в экспериментах. Полученное поле экспериментальных данных далее аппроксимируется (например по методу наименьших квадратов) и затем уже подсчитывается предел выносливости 012,Проведены испытзния нз выносливость с. целью определения о 12 борозлюминия однонаправленной Структуры армирования с 25 О обьемной долей содержания волокон бора. Толщина образцов составлялз 0,8 мм, Частота колебаний образцов в зависимости от этапа испытаний лежала в диапазоне 1000 - 3600 Гц, замер деформаций осуществлялся с помощью тензорезисторов типа 2 ФКПА-5-Б базой 1 мм. Сигнал с тензостанции (уровень деформации) измерялся вольтметром Ф 564, частота колебаний час 45 С, а у трех других - параллельным соответствующим их кромкам, две пластины с параллельным кромкам армированием закрепляют консольно: одну - по кромке, параллельной армированию. доугую - по кромке, перпендикулярной армированию, две другие пластины закрепляют по контуру и определяют ограниченные пределы их выносливости, с учетом которых судят о параметре усталости материала. 4 О45 тотомером ЧЗ-ЗЗ, Форма колебаний контролировалась по фигурам Лиссажу с помощью осциллографа,На фиг.4 представлены результаты испы таний бороалюминия - зависимость а 12 отЙц,рассчитанная по критерию Мизеса-Хилла.Линия 1 на этом рисунке получена при определении П 1122,когда о 11/пгг =1,267 (а/Ь=1,388), а линия 2, когда о 11/аг = 3,535 (а/Ь - 0,706). Точка 3 нз этому рисунке соответствует пределу выносливости этого же бороалюминия на базе й = 10 циклов, полученная с использованием критерия Ашкенази. Представленные данные свидетельствуют о небольшом разбросе экспериментальных результатов при определении О 12 по предложенному способу и его практической независимости от примененных критериев. Это говорит а достоверности получаемых экспериментальных результатов.Формула изобретения Способ определения усталостной характеристики материала, заключающийся в том, что образец материала в виде пластины шарнирно закрепляют в виде консоли, нагружают его путем возбуждения резонансных изгибных колебаний и определяют параметр усталости материала, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности при испытаниях композитных материалов за счет учета анизотропии их свойств, нагружению резонансными изгиб- ными колебаниями подвергают три дополнительных с направлением армирования у одной, наклонным к ее кромкам под углом1758490 ктор О,Спесивых ктор С Патрушева Т ССС Производств каэ 2993 ВНИИП 10 10 10"Чцсвс цакяйнагружюнцю ц оставитель В.Вякинехред М.Моргентал Тираж Подписное осударственного комитета по изобретениям и открытиям п 113035, Москва, Ж, Рауаская наб 4/5