RU2267767C2 - Method of determining characteristics of crack resistance of material - Google Patents
Method of determining characteristics of crack resistance of material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2267767C2 RU2267767C2 RU2004103015/28A RU2004103015A RU2267767C2 RU 2267767 C2 RU2267767 C2 RU 2267767C2 RU 2004103015/28 A RU2004103015/28 A RU 2004103015/28A RU 2004103015 A RU2004103015 A RU 2004103015A RU 2267767 C2 RU2267767 C2 RU 2267767C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crack
- sample
- length
- artificially created
- critical length
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к исследованию процессов разрушения хрупких композитных материалов и может быть использовано при определении критической длины макротрещины, при которой дальнейшее увеличение растягивающей нагрузки, действующей перпендикулярно развивающейся магистральной трещине, приводит к неустойчивому ее развитию и окончательному разрушению образца материала.The claimed invention relates to the study of fracture processes of brittle composite materials and can be used to determine the critical length of a macrocrack, in which a further increase in the tensile load acting perpendicularly to the developing main crack leads to its unstable development and the final destruction of the material sample.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ определения критической длины магистральной трещины путем испытания партии образцов с искусственно созданной трещиной, вдвое превышающей максимальный размер включений композитного материала, и партии образцов, не имеющих такой трещины. По величинам предельных напряжений определяют критическую длину трещины [а.с. № 819618, 1981 г. - прототип].The closest in technical essence and the achieved result to the claimed invention is a method for determining the critical length of a main crack by testing a batch of samples with an artificially created crack, twice the maximum size of inclusions of the composite material, and a batch of samples without such a crack. The critical crack length [a.s. No. 819618, 1981 - prototype].
Недостатком способа является недостаточная точность и достоверность определения критической длины макротрещины ввиду того, что пределы прочности испытываемых образцов с искусственной трещиной и без нее определялись только при одной (стандартной) скорости нагружения. Однако вязкость разрушения и длина магистральной трещины зависят от скорости нагружения.The disadvantage of this method is the lack of accuracy and reliability of determining the critical length of a macrocrack due to the fact that the tensile strength of the test specimens with and without artificial crack was determined only at one (standard) loading speed. However, the fracture toughness and the length of the main crack depend on the loading rate.
При испытании композитного материала, в частности бетона, полученное значение критической длины макротрещины по прототипу, равное максимальному размеру включений бетона и в 10 раз меньшее линейного размера образца, по которому развивалась трещина, не может считаться достоверным. Многочисленными экспериментальными исследованиями установлено, что критическая длина трещины развивалась примерно до 1/2 и более размера сечения бетонного образца, что связано с торможением трещины при попадании ее на более прочный крупный заполнитель. Дальнейшее продвижение макротрещины происходило только при увеличении действующей на образец растягивающей нагрузки.When testing a composite material, in particular concrete, the obtained value of the critical length of the macrocrack according to the prototype, equal to the maximum size of the inclusions of concrete and 10 times smaller than the linear size of the specimen along which the crack developed, cannot be considered reliable. Numerous experimental studies have established that the critical length of the crack developed to about 1/2 or more of the cross-sectional area of the concrete sample, which is associated with braking of the crack when it hits a more durable coarse aggregate. Further advancement of the macrocrack occurred only with an increase in the tensile load acting on the specimen.
Задачей заявляемого изобретения является повышение точности и достоверности определения критической длины магистральной трещины.The task of the invention is to increase the accuracy and reliability of determining the critical length of a main crack.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения характеристики трещиностойкости материалов, включающем нагружение растягивающим усилием и доведение до разрушения образцов с искусственно созданной трещиной с длиной, превышающей не менее чем вдвое максимальный размер включений композитного материала и перпендикулярной этому усилию, и идентичных образцов, не имеющих таковой трещины, - по величинам коэффициентов динамического упрочнения, полученным в результате испытания образцов при различных скоростях нагружения определяют критическую длину магистральной трещины по следующей формуле:The problem is solved in that in a method for determining the fracture toughness characteristics of materials, including loading by tensile force and bringing to failure specimens with an artificially created crack with a length exceeding at least twice the maximum size of the inclusions of the composite material and perpendicular to this force, and identical samples that do not have of such a crack, according to the values of the dynamic hardening coefficients obtained as a result of testing the samples at various loading rates, The critical length of the main crack is determined according to the following formula:
где lкр. - критическая длина макротрещины;where l cr. - critical length of macrocracks;
h - линейный размер образца (толщина или высота);h is the linear size of the sample (thickness or height);
- функция, зависящая от формы образца и схемы испытания (растяжение); - a function depending on the shape of the sample and the test design (tension);
а - длина искусственно созданной трещины;a is the length of the artificially created crack;
К/ Д.У. - коэффициент динамического упрочнения образца с искусственно созданной трещиной;C / D.U. - coefficient of dynamic hardening of a specimen with an artificially created crack;
КД.У. - коэффициент динамического упрочнения образца, не имеющего начальной искусственно созданной трещины.To D.U. - dynamic hardening coefficient of a sample that does not have an initial artificially created crack.
Как известно, коэффициент динамического упрочнения показывает отношение предела прочности образца, полученной при максимальной скорости нагружения (т.е. при которой рост прочности прекращается), к пределу прочности, полученному при минимальной (ниже стандартной) скорости нагружения (т.е. при которой прочность минимальная). Использование вместо предела прочности, определяемого только при одной (стандартной) скорости нагружения, коэффициента динамического упрочнения позволяет более точно определить момент старта макротрещины (минимальная прочность при самой низкой скорости нагружения) и момент достижения образцом предельного механического состояния, т.е. разрушения (максимальная прочность при максимальной скорости нагружения), что является новым техническим эффектом заявляемого способа, повышает точность и достоверность полученных результатов.As is known, the dynamic hardening coefficient shows the ratio of the tensile strength of a specimen obtained at the maximum loading speed (i.e., at which the strength growth stops), to the tensile strength obtained at the minimum (below standard) loading speed (i.e. at which the strength minimum). Using instead of the tensile strength, determined only at one (standard) loading speed, the dynamic hardening coefficient allows you to more accurately determine the start time of a macrocrack (minimum strength at the lowest loading speed) and the moment the specimen reaches its ultimate mechanical state, i.e. fracture (maximum strength at maximum loading speed), which is a new technical effect of the proposed method, increases the accuracy and reliability of the results.
Чем больше разница в прочностях, полученных на образцах с искусственной трещиной и без нее, или чем меньше К/ Д.У./КД.У., тем выше чувствительность материала к образованию трещины и тем меньше ее критическая длина. Чем больше К/ Д.У./КД.У., тем меньше материал чувствителен к образованию макротрещины и тем больше ее критическая длина lкр..The greater the difference in strengths obtained on specimens with and without artificial crack, or the less K / D.U. / To D.U. , the higher the sensitivity of the material to cracking and the less its critical length. The more K / D.U. / To D.U. , the less sensitive the material to the formation of macrocracks and the greater its critical length l cr. .
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Изготавливают две партии идентичных образцов, в частности бетона, в одной из которых выполняют искусственную трещину путем установки специальной пластины в процессе изготовления образца или посредством надреза специальным диском с алмазным покрытием после окончания твердения и набора прочности материала. При этом, размер искусственной трещины а не менее чем в 2 раза превышает максимальный размер включений композитного материала dmax, а отношение длины трещины к высоте сечения образца a/h равно 0,2-0,4. Размеры образца превосходят dmax не менее чем в 10 раз. Испытание двух партий образцов проводят растягивающей нагрузкой в широком диапазоне скоростей нагружения. С увеличением скорости нагружения прочность образцов бетона возрастает до некоторой величины. Дальнейшее увеличение скорости нагружения не приводит к росту прочности в связи с отсутствием роста трещины.Two batches of identical samples are made, in particular concrete, in one of which an artificial crack is made by installing a special plate during the manufacturing process of the sample or by notching with a special diamond-coated disk after curing and curing of the material. Moreover, the size of the artificial crack a is no less than 2 times the maximum size of the inclusions of the composite material d max , and the ratio of the length of the crack to the height of the sample cross section a / h is 0.2-0.4. The dimensions of the sample exceed d max not less than 10 times. The test of two batches of samples is carried out by tensile load in a wide range of loading speeds. With an increase in the loading speed, the strength of concrete samples increases to a certain value. A further increase in the loading speed does not lead to an increase in strength due to the absence of crack growth.
По полученным значениям прочностей определяют коэффициент динамического упрочнения в каждой партии образцов, а по ним находят критическую длину магистральной трещины.The obtained values of the strengths determine the coefficient of dynamic hardening in each batch of samples, and from them find the critical length of the main crack.
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
Образцы-балочки размером 100×100×400 мм изготавливали из бетона состава 1:1,8:3,65 и В/Ц=0,51. Максимальный размер гранитного заполнителя dmax=10 мм. В качестве вяжущего использовали портландцемент марки «500». Искусственную трещину выполняли алмазным диском после затвердения образца длиной а=40 мм и толщиной 2 мм. Таким образом, отношение длины трещины к высоте сечения образца a/h, по которому будет развивалась магистральная трещина составило 0,4.Sample beams with a size of 100 × 100 × 400 mm were made of concrete with a composition of 1: 1.8: 3.65 and W / C = 0.51. The maximum size of the granite aggregate is d max = 10 mm. As a binder used Portland cement brand "500". An artificial crack was performed with a diamond disk after hardening of the sample with a length of a = 40 mm and a thickness of 2 mm. Thus, the ratio of the crack length to the height of the sample cross section a / h, along which the main crack will develop, was 0.4.
Испытания растягивающей нагрузкой проводили на двух партиях образцов (с надрезом и без него) со скоростями нагружения от 10-7 м/с до 10-1 м/с. Определяли средние значения пределов прочности при различных скоростях нагружения. Для каждой партии образцов находили коэффициенты динамического упрочнения, которые составляли: К/ Д.У.=1,1 и КД.У.=1,8. Значение функции - для краевой трещины в случае растяжения составляет 1,12. В соответствии с предложенной формулой критическая длина магистральной трещины lкр. составила 68 мм, т.е. более половины размера сечения бетонного образца. Таким образом, в бетоне, являющемся грубонеоднородным материалом, образовавшаяся магистральная трещина постоянно встречает на своем пути более прочный крупный заполнитель с площадью сечения в несколько раз превышающей размер (ширину раскрытия) трещины. Это способствует замедлению разрушения и увеличению критической длины макротрещины.Tensile loading tests were carried out on two batches of samples (with and without notches) with loading speeds from 10 -7 m / s to 10 -1 m / s. The average values of tensile strengths were determined at various loading rates. For each batch of samples found the coefficients of dynamic hardening, which were: K / D.U. = 1.1 and K D.U. = 1.8. Function value - for an edge crack in the case of tension is 1.12. In accordance with the proposed formula, the critical length of the main crack l cr. amounted to 68 mm, i.e. more than half the size of the cross section of the concrete sample. Thus, in concrete, which is a grossly inhomogeneous material, the resulting main crack constantly encounters a more durable coarse aggregate with a cross-sectional area several times the size (opening width) of the crack. This helps to slow down the fracture and increase the critical length of the macrocrack.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004103015/28A RU2267767C2 (en) | 2004-02-02 | 2004-02-02 | Method of determining characteristics of crack resistance of material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004103015/28A RU2267767C2 (en) | 2004-02-02 | 2004-02-02 | Method of determining characteristics of crack resistance of material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004103015A RU2004103015A (en) | 2005-07-10 |
RU2267767C2 true RU2267767C2 (en) | 2006-01-10 |
Family
ID=35837967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004103015/28A RU2267767C2 (en) | 2004-02-02 | 2004-02-02 | Method of determining characteristics of crack resistance of material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2267767C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2589523C1 (en) * | 2015-05-07 | 2016-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of determining critical crack length for finding fracture toughness |
RU2627939C2 (en) * | 2012-09-04 | 2017-08-14 | Снекма | Method for determining threshold of fatigue crack nonproliferation at high frequency |
CN107144639A (en) * | 2017-05-12 | 2017-09-08 | 江苏师范大学 | A kind of coupling model of coal sample intensity and loading speed and characteristics of Acoustic Emission parameter |
RU2754438C1 (en) * | 2020-12-07 | 2021-09-02 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) | Method for determining parameters of surface cracks, depths and angles of inclination, in metals and alloys |
RU2807407C1 (en) * | 2023-05-30 | 2023-11-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Method for determining characteristics of material crack resistance |
-
2004
- 2004-02-02 RU RU2004103015/28A patent/RU2267767C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2627939C2 (en) * | 2012-09-04 | 2017-08-14 | Снекма | Method for determining threshold of fatigue crack nonproliferation at high frequency |
RU2589523C1 (en) * | 2015-05-07 | 2016-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of determining critical crack length for finding fracture toughness |
CN107144639A (en) * | 2017-05-12 | 2017-09-08 | 江苏师范大学 | A kind of coupling model of coal sample intensity and loading speed and characteristics of Acoustic Emission parameter |
CN107144639B (en) * | 2017-05-12 | 2019-09-03 | 江苏师范大学 | The method for building up of the coupling model of coal sample intensity and loading speed and acoustic emission parameters |
RU2754438C1 (en) * | 2020-12-07 | 2021-09-02 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) | Method for determining parameters of surface cracks, depths and angles of inclination, in metals and alloys |
RU2807407C1 (en) * | 2023-05-30 | 2023-11-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Method for determining characteristics of material crack resistance |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004103015A (en) | 2005-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Micromechanics-based durability study of polyvinyl alcohol-engineered cementitious composite | |
Bisschop | Drying shrinkage microcracking in | |
Wu et al. | Study on the AE characteristics of fracture process of mortar, concrete and steel-fiber-reinforced concrete beams | |
De Koker et al. | Extrusion of engineered cement-based composite material | |
Chen et al. | Compressive strength of concrete cores with different lengths | |
Nunes et al. | Mechanical and Fracture Behaviour of an HPFRC | |
RU2267767C2 (en) | Method of determining characteristics of crack resistance of material | |
Bisschop et al. | Effect of aggregate size and paste volume on drying shrinkage microcracking in cement-based composites | |
RU2324916C1 (en) | Technique for determining critical stress intensity coefficient in a body | |
Shah et al. | Control of cracking with shrinkage-reducing admixtures | |
Torrent et al. | Application of the highly stressed volume approach to correlated results from different tensile tests of concrete | |
Hibbert et al. | Toughness of fibre cement composites | |
Shaheen et al. | Cyclic loading and fracture mechanics of Ductal® concrete | |
Carmona et al. | Study of the post-peak behavior of concrete in the splitting-tension test | |
Mechtcherine et al. | Stress-strain behaviour of strain-hardening cement-based composites (SHCC) under repeated tensile loading | |
Yan et al. | Strain-rate sensitivity analysis of the fracture behaviour of polyoxymethylene-fibre-reinforced airport-pavement concrete | |
Lokajíček et al. | Dynamic elastic properties of hardened experimental mortar bars affected by accelerated alkali–silica reactivity test: a laboratory approach | |
Klink et al. | Age dependence of cracking and deformability of a strain-hardening cement-based composite | |
Arslan et al. | Effects of glass fiber usage on fracture energy and mechanical behavior of concrete: An experimental approach | |
Hilsdorf et al. | 5.1 FRACTURE ENERGY OF CONCRETE | |
Siregar | Measuring the Effect of Strengthened Concrete on the Fracture Characteristics of Notched Concrete Beams through a Three-Point Beam Test | |
Ahlborn et al. | Comparative bond study of stainless and high-chromium reinforcing bars in concrete | |
Hanafi et al. | The Efficiency of Micro Steel Fiber (MSF) in Concrete Performance by Using Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) | |
Hilsdorf et al. | Fracture energy of concrete | |
Ghosni et al. | Experimental Evaluation of Dynamic Properties of Fibre Reinforced Polymer Modified Concrete |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060203 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060203 |
|
RZ4A | Other changes in the information about an invention |