ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Изгиб образца. Примеры определения Методика определения критического раскрытия трещины из "Методы оценки трещиностойкости конструкционных материалов " Для определения трещиностойкости конструкционных материалов достаточно перспективным является использование цилиндрического образца с внешней осесимметричной кольцевой трещиной, которую легко получить путем кругового трехточечного или четырехточечного изгиба при жестко фиксированной стреле прогиба в процессе вращения образца [95, 98]. Такой образец в дальнейшем подвергают статическому растяжению, измеряя при этом разрушающую нагрузку Р . После разрушения образца измеряют его геометрические размеры. Располагая исходными данными о силовых и геометрических параметрах для образца с трещиной после его разрушения и пользуясь аналитическими зависимостями для подсчета коэффициентов интенсивности напряжений или критического раскрытия трещины, ойределяют числовые значения трещиностойкости материала. [c.135] Методика образования кольцевых трещин [95, 98]. Процесс образования кольцевых трещин в цилиндрических образцах является, в методическом плане, важным этапом подготовки образцов. Известно [10, 120, 140, 1541 несколько способов образования кольцевых трещин в цилиндрических образцах. Однако эти способы неэффективны и не гарантируют осесимметричности образовавшейся трещины, т. е. получение трещины, круглой в плане они сложны в реализации и др. [c.136] Поперечное нагружение образца нагрузкой Qf обеспечивается приспособлением (рис. [c.137] Вращающийся образец нагружают необходимой нагрузкой Qf, в результате чего на дне кольцевого надреза по всему периметру зарождается, а затем распространяется кольцевая трещина. Контроль за образованием трещины осуществляют по показаниям измерительного прибора, который, собственно, фиксирует изменение жесткости образца в результате зарождения и распространения в нем трещины. При этом если разбаланс моста датчика нагрузки, вызванный нагрузкой ( /, скомпенсировать до нуля, а затем дальнейший разбаланс моста, вызванный нагрузкой А( /, расширить на всю шкалу измерительного прибора при повышении его чувствительности, как это делалось, например, в работе [49], то удается довольно четко фиксировать по показаниям измерительного прибора начало появления, а затем и подрастание кольцевой трещины. [c.137] Описанная методика образования кольцевых трещин опробована [51, 93, 96, 97, 99, 109] в процессе определения трещиностой-кости ряда конструкционных материалов. Она позволяет успешно решать проблему создания искусственных трещин при экспериментальном установлении величины трещиностойкости конструкционных материалов на цилиндрическом образце с кольцевой трещиной. [c.137] Для получения двух трещин образец с двумя кольцевыми концентраторами (рис. 45, б) с одинаковой глубиной, остротой и величиной угла раскрытия подвергают четырехточечному изгибу (см. рис. 43, б) при жестко фиксированной стреле прогиба с вращением до получения двух кольцевых трещин требуемой глубины. При этом поперечное нагружение осуществляют сменной вилкой (рис. 45, а), которая вставляется в приспособление (см. рис. 44) вместо вилки 6. Такую вилку целесообразно также применять, как показывают экспериментальные исследования, при создании одной трещины по схеме рис. 43, 6 на материалах небольпюй твердости и для образцов с большими диаметрами (D 16 мм) для избежания вминания подшипников в материал образца. [c.138] Схемы сменной вилки для осуществления четырехточечного нагружения (а) и образца для создания двух трещин (б). [c.138] Для реализации предложенной методики с большим успехом может быть использован токарный станок любой марки, позволяющий установить и закрепить в центрах выбранный образец длины 2Z/0, а также обеспечить его нагружение необходимой поперечной нагрузкой Qf. Станок долн ен быть оборудован необходимыми приспособлениями и измерительной аппаратурой для осуществления нагружения образца в процессе его вращения, контроля режима образования и глубины кольцевой усталостной трещины (рис. 48). [c.139] Испытательные машины. Испытание по определению трещиностойкости конструкционных материалов можно проводить на различных универсальных машинах, позволяющих но своей мощности осуществить разрушение образца заданных размеров с трещиной. Машина должна обеспечивать плавность нагружения в диапазоне скоростей перемещения активного захвата от 0,05 до 1 мм/сек, должна быть снабжена необходимыми захватами для крепления образцов, обеспечивающих надежное их центрирование. Погрешность измерения разрушающего усилия не должна превышать 1 %. Машина должна быть оборудована тензорезис-торными датчиками нагрузки и перемещения, позволяющими записывать на двухкоординатном самописце одновременно сигналы с датчика нагрузки и датчика перемещения в виде диаграммы разрушения нагрузка — деформация. На рис. 49, а представлен общий вид испытательной машины, оборудованной необходимыми датчиками и аппаратурой для определения трещиностойкости материалов. [c.140] Схема определения трещиностойкости исследуемого материала. Испытания начинают с определения механических характеристик Стт, Ов, ч , б на стандартном образце. Для установления трещиностойкости материала первоначально изготовляют образец диаметром Dq, длиной 2L(, и нарезают кольцевой концентратор глубиной (Dq — i )/2, где Z K — диаметр образца по концентратору. [c.140] Из результатов работы [9] следует, что режим создания трещины должен быть таким, чтобы коэффициент интенсивности напряжений К If в вершине образующейся трещины составлял не более 0,6 Ki , т. е. [c.141] Если приведенные условия выполняются, т. е. реализуемые в эксперименте с о а о jD, то полученное первоначальное значение является достоверной величиной трещиностойкости материала К с. В противном случае оно является условным и для установления значений К с эксперименты необходимо повторить по вышеизложенной схеме на образцах больших размеров. [c.142] В данном параграфе предлагается экспериментальная методика определения трещиностойкости Kia конструкционных материалов, основанная на результатах аналитических исследований задач теории трещин по силовой схеме изгиба цилиндрического образца с внешней кольцевой трещиной. Суть методики сводится к следующему. В изготовленном цилиндрическом образце нарезают кольцевой концентратор и создают усталостную кольцевую трещину. Затем снимают слой материала на глубину кольцевого концентратора. Далее проводят испытание образца на статический трехточечный изгиб, измеряя при этом разрушающую нагрузку. Располагая размерами образца (внешним диаметром D , диаметром d перешейка в плоскости расположения трещины и длиной образца 2L), по установленной ранее аналитической зависимости (III.86) определяют трещиностойкость Ki конструкционного материала. [c.142] Образцы из стали 40Х были изготовлены из прутка диаметрами 20 и 32 мм. Первоначально были изготовлены образцы из этих прутков диаметром соответственно Do = 16 мм и Dq — 21 мм с кольцевыми концентраторами и образованы усталостные трещины (рис. 50, а) по указанной методике (см. параграф 2 данной главы). Затем, удалив слой материала с образца на глубину первоначального концентратора до диаметра образцы подвергали закалке при температуре 850° С в масле и отпуску при температурах 300 и 400° С. После шлифовки образца и дополнительного продвижения трещины уже в термически обработанном материале получали готовые цилиндрические образцы с кольцевыми трещинами для проведения испытаний (рис. 50, б). [c.143] Образцы из стали У8 были изготовлены из прутка диаметром 30 мм. Сначала изготавливались образцы диаметром Dq = 16 мм с кольцевым концентратором. После образования трещины и снятия слоя металла на глубину надреза до диаметра был получен готовый образец с трещиной для испытаний. При этом отметим, что предложенный метод образования кольцевых трещин (см. параграф 2 настоящей главы) позволил создать трещины разной относительной глубины 0,4 Вк 0,9, что дало возможность экспериментально проверить установленную аналитически Л 1-тарировку в широком диапазоне вк. [c.143] Эксперименты проводили на универсальной испытательной машине УМ-5, оснащенной тензорезисторным датчиком для измерения нагрузки. Сигнал с датчика нагрузки подавали на двухкоординатный самописец, на котором записывали диаграмму разрушения в координатах нагрузка — время. [c.143] Подготовленный образец помещали на опорные ролики испытательной машины, к траверсе которой крепился фиксатор для установки плоскости трещины образца на линии действия силы, а на опорных роликах имелись выточки для центровки образца в другой плоскости (рис. 50, е). Заметим, что в дальнейшем это оказалось очень удобным при проведении испытаний в камере холода. [c.144] Испытания образцов из стали 40Х проводили при температуре 20° С со скоростью перемещения активного захвата 10 mmImuh. [c.144] Образцы из стали У8 в состоянии поставки испытывали при температуре жидкого азота. Для этого была изготовлена и установлена на траверсе активного захвата камера холода, на дне которой закрепляли опорные ролики. [c.144] На рис. 51 изображена аналитическая зависимость (8к) в виде сплошной линии, а экспериментальные значения этой функции представлены в виде точек. Из рисунка видно, что экспериментальные данные подтверждают достоверность аналитической зависимости в широком диапазоне изменения относительной глубины трещины Ек. [c.144] Вернуться к основной статье