Способ определения физико-механических характеристик материала

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСГ 1 УБЛИК . 3/08 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Институт механики АН УССР и Украинский научно-исследОвательский и конструкторский институт йЬ разработке машин и оборудования для переработки пластических масс, резины и Искусственной кожи (72) Ю. Н. Шевченко Р. Г. Терехов, Е. Н. Востров, М. Е. Бебешко и В. С. Одинец (53) 621.785.79 (088,8)(56) Гусенков А. П. и др. Сопротивление деформированию при циклическом нагружении с малым числом циклов. - Заводская лаборатория, 1961, т. ХХИ 11, 2, с. 1123 - 1129.Шевченко Ю. Н, и др. Определение функциональной зависимости между напряжением деформацией И температурой при одноосном нагружении на основе нелинейной теории наследственной среды. - Проблемы прочности, 1977,2, с. ЗЗ - 36. ЯО 1381364 А 1(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО- МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к способам определения физико-механических Характеристик материалов и может быть использовано для опредеЛения напряженно-деформированного состояния элементов конструкций, подвергающихся циклическому нагружению. Цель изобретения - уменьшение затрат времени при расширении объема получаемых физико-механических характеристик материалов, рабОтающих в условиях процессов с существенИой величиной деформации ползу- чести, Способ заключается в том, что образцы, находящиеся в процессе нагружения под постоянным напряжением, разгружают до нулевого значения напряжения, регистри- Ж руют величину деформации образцов во времени, поЛучая диаграммы ползучести и возврата, и по результатам испытаний судят о зависимости деформации образца от напряжения в нем при любом заданном законе нагружения и нагрева как в период активного начального нагружения, так и в периоды разгрузки и повторного нагружения. При этом используют ряд уравне- йф ний нелинейной теории наспедственной сре- (3 С ды, строят графики активного начального мю и повторного нагружения, разгрузки. 3 ил 5 табл.Ж20 где(е, Т) - мгновенная термомеханическаяповерхность, которой соответствует серия диаграмм мгновенного растяжения;о- напряжение, получаемое в процессе нагрузки за время 1:,Т - температура материала образца в момент времени 1;о - напряжение;в - деформация,т - текущее значение времени,а функции 14 и 1. представляют собой ядраползучести и имеют следующий вид:ЗгО,Т40 Параметры 41, 142 и и соотношений (2) Определяют, пользуясь диаграммами ползу- чести и возврата и диаграммами мгновенного растяжения. Вычисляя интегралы в уравнении (1) при условии п=сопз 1, Т= - ==сопз 1, 1,)10, где 1 - момент времени разгрузки, получают уравнение, описывающее диаграмму ползучести Пример 1. Серию (4 шт) образцов (диаметром 5 мм) из стали 40 Х нагружают со скоростью Р - 96 кг/с в течение 20 с г;ри 20 С. Регистрируют величину деформации. Результаты испытаний усредняют. Вторую серию образцов нагружают при 20 С с той же скоростью Р - 196 кг/с до заданного на 1Изобретение относится к металлургии и может быть иепользовано для определения напряженно-деформированного состояния элементов конструкций, подвергающихся циклическому нагружению.Цель изобретения - уменьшение затрат времени при расширении объема получаемых физико-механических характеристик материалов, работающих в условиях процессов с существенной величиной деформации ползучести. 10На фиг. 1 изображена диаграмма мгновенного активного растяжения образца стали 40 Х при 20 С; на фиг. 2 - диаграмма ползучести и возврата той же стали при 20 С; фиг, 3 - теоретические и фактические (сплошные линии) диаграммы мгно 15 венного активного нагружения стали 40 Х.Способ осуществляют с использованием соотношений нелинейной теории наследственной среды, имеющий вид1( СТ) = в+ )(в, Т,1 - ; ) б ( ) а,о+51(О,Т, - т) о(т) от, (1) о 2пряжения о=300 МПа в образце. Выдерживают образец под этим напряжением 50 мин, затем мгновенно разгружают до о=-0 и регистрируют величину деформации еще в течение 60 мин. Третью и четвертую серию образцов вначале нагружают со скоростью 196 кг/с до напряжений о=-314 МПа и в=-340 МПа соответственно, выдерживают при этих напряжениях 50 мин, затем мгновенно разгружают до нулевого значения О и продолжают регистрировать деформацию образцов еще 60 мин.Результаты испытаний представляют в виде диаграмм (фиг. 1 и 2). На фиг. 1 изображена диаграмма мгновейного растяжения стали 40 Х при 20 С (зависимость деформации от напряжения, полученная при испытании первой серии образцов по известному способу). Общее время, необходимое для проведения экспериментов и получения требуемых данных, 6440 мин. На фиг. 2 изображена диаграмма ползучести и возврата стали 40 Х при 20 С (кривые 1, 2, 3 соответствуют результатам испытаний второй, третьей и четвертой серии образцов). По полученным результатам испытаний определяют зависимость деформации в образце в процессе активного начального напряжения и в процессах разгрузки и повторного нагружения с любым законом нагружения. Общее время, необходимое для получения требуемых данных, составляет 4338 мин. На фиг, 3 приведены такие диаграммы для стали 40 Х. Методика определения этой зависимости, на- ПРИМЕР, В ПРОЦЕССЕ, КОГДа СКОРОСТЬ В ПЕРИО- ды активного начального нагружения разгрузки и повторного нагружения соответствует Р(=9,8 кг/с, следующая (на фиг. 3 эта зависимость изображена кривой 2).По результатам испытаний второй серии образца (О=300 МПа) устанавлива 1 от величины деформации образца при значении Вр( мени 1= 1 О мин, 2= 40 м ин, 13= - 60 ма н. ,ЦЕфорМация В 2 ( НДСКС ВКИЗу уКаЗЫВаЕт На номер серии образца) соответственно имеет следующие значения: в 2(1) =0,375 10 - ; в 2(2)=0,51 10 , е 2(3)==-0,09 10 (на фиг. 2 точки А, Ь и В,. ПО этим данным из Оезультатов Испытаний первой серии Образца зходят напряжение, соответствующее. е 1 =- =36 М 1 а; 1,в 2.2) 1=-324 МПа; 1 в 2(1.3)=. - =180 МПа (на фиг. 1 точки Г, Д и Е).Аналогично по резульгатам испытаний т:;е.тьей и четвертой серии образцов имеют е 3(1) - =0,51 10; в 3(1) ==-0,86 10 , в 3(а 3)1381364 4Определение координат других точек диаграммы зависимости деформации от времени получают аналогично координатам точки К.По предлагаемому способу определяют зависимости при нагружении образца 1 Р = 23,6 кг/с (кривая 1, фиг. 3).На кривой 3 (фиг. 3) изображена диаграмма зависимости е от о при более сложном законе нагружения, разгрузки и повторного нагружения, который задан табл. 2.10 Пунктирной линией изображены диаграммы зависимости деформации от напряжения в образце, полученные при испытании образцов по заданным законам нагружения.Расхождение результатов испытания образцов с результатами, полученными предлагаемым способом, составляет 0-10%. Таблица 843 300 0,59 9,15 5,96 314 0,42 б,42 1,20 340 0,29 1,35 Таблица 2 Процесс активного Процесс разгрузки Процесс повторногонагружения начального нагружения 1 9 мин Р 9 кг С 9 мин Ру кг мин Р, кг 0 310 0 50 50 50 300 90 100 100 10 250 95 150 150 бО 220 250 65 250 20 110 300 150 300 30 70 100 115 320 340 40 80 120 340 Пример 2. Серию образцов диаметром 5 мм из сплава ЭИ - 437, каждый образец которой нагревают соответственно до 400, 500, 600 С., нагружают со скоростью Р=208 кг/с до заданного напряжения в об разцах (о=600 МПа), выдерживают 100 мин а затем разгружают мгновенно до о=О и еще в течение 20 мин регистрируют деформацию образцов, Аналогично испытывают образцы третьей, четвертой и пятой серий при возрастании напряжения в образ цах до о=660, 680 и 700 МПа.Результаты испытаний приведены в табл. 3 и 4.По результатам испытаний определяют зависимость деформации от напряжения в 55 образцах при любых реальных процессах нагружения, разгрузки и повторного нагружения, и нагрева в пределах изменеб, МПа Ы. 1 с, 10 Е 10 ния температуры 0 - 600 С и напряжения 0 - 720 МПа.В табл. 5 приведены законы нагружения и нагрева и установленные предлагаемым способом физико-механические характеристики сплава ЭИ - 437. Законы нагружения и нагрева образцов выбраны таким образом, чтобы в процессе их выполнения величина деформации ползу- чести в образце была значительной. Данные, приведенные в таблицах, показывают, что предлагаемый способ при меньших затратах времени обеспечивает определение физико-механических характеристик материалов при любых реальных законах нагружения и нагрева как в процессе активного начального нагружения, так и в процессах нагрузки и повторного нагружения.1381364 Форму а изобретения Таблица 3 Результаты испытаний первой сериииз сплава ЭИ 5 о 6 , МПа, при Т, С400 500 600 10 380 380 625 633 755 782 796 20 ГДЕ (81, Т) -800 817 825 845 845 866 б - в - 1 1, 1 С 2 И (7 885 862 883 4,8 900 30 Таранда ое пинта си исиътаикй образцов кз спаяна ОИнтороп, трстнлй, четвертой и пято( серйй 1(оядвдтедн 11 Серия одрадион(,ь 8 0,96 0,68 0 73 0,17 11 О 1,65 0139 0,59 1,20 120 0,95 О О 0,2 400 0,4 606 0,8 740 1,2 764 1,6 780 2,4 795 3,2 820 4,0 834 Способ определения физико-механических характеристик материала, включающий нагрев образцов, растяжение при мгновенных скоростях нагружения, нагружение постоянным усилием, измерение деформации во времени и оценку ее зависимости от напряжения и нагрева, отличаюиийся тем, что, с целью уменьшения затрат времени при расширении объема получаемых физико- механических характеристик материалов, образцы после нагружения разгружают до нулевого значения напряжения, регистрируют изменение величины деформации во времени, а о величине деформации ползучести судят по изменению деформации во времени от напряжения и температуры нагрева в периоды активного нагружения и разгрузки по зависимости) (8 Т) =(71+ 1 - (1- - 1 )Я +1 нл) 1 - а 1 - а мгновенная термомеханическая поверхность, которой соответствует серия диаграмм мгновенного растяжения;температура метариала образца в момент времени 1;напряжение;деформ ация;текушее значение времени;коэффициентыопределяемыеиз диагра 91 м ползучести и возврата;момент времени разгрузки.(с), иг Е 10 мин Проверка редлагаеый способ,98 0,94 00 00 02,1 102,2 0 0,80 0,905 94,47 3,10 20 0,91 0,97 300 102,1 102,1 08,7423,11 Таблица 5 Процесс активного нагружения роцесс повторного нагружени1381364 10 Продолжение табл, 5 Т(ь), С 6 (т)МПА102 мин 400 237,28 251,56 1,10 1,03 500 1,16 1,12 600 1,23 1,23 700 1,50 1,55 1,65 1,80 Е О Е. 7 Р яия Л А. Осмаес СоставительТехред И. ВерТираж 847ного комитета СССРМосква, Ж - 35, Раушграфическое предприя едактор Е. Копчааказ 839/38НИИПИ Государстве113035,ПроизводСТвенно-пол о делам изо ская наб., ие. г. Ужгор етен 4/5 д, ули и откргити Проектная,265,83 280,1282,24 335,7 419,6 503,5 5874 600,0 Предлагае- Проверкамый способ вКорректор М Пож Подписное