Материал: Механика материалов. Методы и средства экспериментальных исследований
Рис. 5.22. Тренды пиковых нагрузок в испытаниях на МЦУ:
σmax – сплошная линия, σmin – штриховая линия,
σr – пунктирная линия
6)графики-тренды зависимостей пиковых нагрузок σmax ,
σmin и размаха напряжений σr = σmax – σmin в цикле от их общего
числа (рис. 5.22).
5.6. ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ РОСТА УСТАЛОСТНОЙ ТРЕЩИНЫ
Цель работы
Знакомство с методикой проведения испытаний на циклическую трещиностойкость.
Объект исследования
При проведении испытаний на циклическую трещиностойкость используются металлические образцы, чертёж и внешний вид которых приведены на рис. 5.23 и 5.24 соответственно. Стандартом ASTM [30] накладываются ограничения на размеры образцов. В частности, минимальный размер W должен быть не менее 25 мм, а толщина выбирается из диапа-
зона |
W |
≤ B≤ |
|
W |
. |
|
4 |
||||
20 |
|
|
|||
146 |
|
|
|
|
|
Рис. 5.23. Чертёж образца для испытаний на циклическую трещиностойкость
Рис. 5.24. Внешний вид образца для испытаний на циклическую трещиностойкость
147
Перед началом экспериментов следует произвести определение размеров образца W и B с точностью до 0,01 мм и занести полученные данные в приведённую ниже табл. 5.11.
Таблица 5 . 1 1
Размеры образцов для испытаний на циклическую трещиностойкость
Номер |
Маркировка |
Длина рабочей части |
Толщина рабочей |
|
образца |
части образца |
|||
образца |
образца |
|||
W, мм |
B, мм |
|||
|
|
|||
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
Испытательная установка
Испытания на малоцикловую усталость проводятся на сервогидравлической испытательной системе Instron 8801 с использованием датчика раскрытия трещины COD.
Содержание работы
Выполнение эксперимента включает в себя пять основных этапов:
1)подготовка к работе испытательного оборудования,
2)выращивание предварительной усталостной трещины,
3)создание метода испытания на циклическую трещиностойкость,
4)проведение испытания,
5)обработка результатов и подготовка отчёта.
Подготовка и проведение испытаний выполняются толь-
ко в присутствии инженера, обслуживающего испытательную систему.
I. Подготовка к работе испытательного оборудования Для подготовки к работе необходимо включить компью-
тер и контроллер испытательной машины, запустить программу управления Console и убедиться, что все датчики системы (дат-
148
чики силы, экстензометр) подключены и откалиброваны. Затем включить маслостанцию и прогреть испытательную машину в течение одного часа.
Перед проведением серии циклических испытаний для минимизации изгибных деформаций (изгибная деформация не должна превышать 5 % амплитуды минимальной деформации) захваты необходимо выровнять с помощью устройства AlignPRO, рисунок которого и схема установки в испытательную машину
приведены в параграфе 5.5. |
|
|
Образцы для испытаний |
|
|
необходимо устанавливать в за- |
|
|
хваты согласно рис. 5.25 в сле- |
|
|
дующем порядке: образец 4 ус- |
|
|
танавливается в вилки 2 и фик- |
|
|
сируется с помощью пальцев 3; |
|
|
на вилки накручиваются адапте- |
|
|
ры 6; полученная сборка фикси- |
|
|
руется с |
помощью накидной |
|
гайки 5 на тяге 1; пальцы фик- |
|
|
сируются шпильками 7. |
|
|
В экспериментах на цик- |
|
|
лическую |
трещиностойкость |
|
в качестве параметра управле- |
|
|
ния испытательной машиной |
|
|
используется полная амплиту- |
|
|
да осевой силы. Перед испы- |
|
|
таниями необходимо произве- |
|
|
сти настройку обратной свя- |
|
|
зи (PID-параметров) машины. |
Рис. 5.25. Схема установки |
|
С этой целью проводятся проб- |
образца в захватах: 1 – тяга, |
|
ные циклические нагружения |
2 – вилка, 3 – палец, 4 – компакт- |
|
с формой волны в виде синуса, |
ный образец, 5 – накидная гайка, |
|
в процессе которых подбира- |
6 – адаптер, 7 – шпилька |
|
|
||
ется коэффициент пропорцио-
149
нальности для обеспечения соответствия величины заданной и реализуемой на испытательной машине амплитуды осевого усилия.
II. Выращивание предварительной усталостной трещины Перед проведением испытаний на циклическую трещиностойкость необходимо прорастить в образцах предварительную трещину до длины a0 ≈ 14,5 мм (при длине надреза 12 мм).
При этом частота циклического нагружения должна составлять 20 Гц, а отношение минимальной и максимальной нагрузки в цикле Pmin / Pmax = 0,1.
Предварительное проращивание трещины осуществляется в несколько этапов. Амплитуда циклического нагружения на каждом последующем шаге должна уменьшаться на 20 % по сравнению с предыдущим [30]. Продолжительность каждого этапа определяется приращением трещины не менее чем на величину
∆ a= |
3 |
Kmax′ |
2 |
|
|
|
|
|
, |
(5.11) |
|
π |
|
||||
|
σв |
|
|
||
где Kmax′ – конечное значение Kmax предыдущего шага. |
|
||||
Процесс циклического нагружения прекращается |
в мо- |
||||
мент, когда длина проращиваемой трещины достигает заданного значения a0 . На рис. 5.26 показана схематизация процедуры проращивания трещины. Максимальный коэффициент интенсивности напряжений Kmax в конце предварительной процедуры проращивания равнялся Kmax в начале испытания.
После проращивания трещины производится измерение ее длины при помощи переносного микроскопа с рекомендуемым увеличением х56. Размер трещины необходимо измерять с двух сторон компактного образца. Если разница между измеренными значениями не превышает 0, 25 B (для используемого в данной
лабораторной работе образца – 2,5 мм), образец признается при-
150