SU1756801A1 - Method of studying mechanical properties of constructional materials with consideration of loading history - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к испытательной технике. Цель изобретени  - расширение диапазона напр женных состо ний при испытани х на стандартных разрывных машинах . Испытывают образцы материала по различным программам нагружени , состо щим из двух этапов Используют плоские образцы толщиной t и шириной Ь. На первом этапе испытание осуществл ют при одноосном нагружении одинаковых образцов вдоль их продольной оси до различной дл  каждого образца величины деформации. Перед вторым этапом испытани  каждый образец разгружают и на его широких гран х рабочей части выполн ют симметрично два плоских надреза, наклоненных под острым углом © к продольной оси образца на глубину 5 и шириной I, величины которых удовлетвор ют соотношени м 0 arcctg (г/о); (Ь-2 5) t sin 0если 0 G 0 или (Ь-2д) b/10 sfn 9, если 0 $ . I (3.. 5) (t - 2(5), где 0 arcsin (/ bTWt; с и а - касательное и нормальное напр жени  в сечении надрезов на втором этапе нагружени , а испытание на ётором этапе нагружени  осуществл ют одноосным нагруженном вдоль продольной оси образца вплоть до разрушени . 3 ил.This invention relates to a testing technique. The purpose of the invention is to expand the range of stress conditions when tested on standard bursting machines. Test samples of the material under different loading programs, consisting of two stages. Use flat samples with a thickness t and a width of b. At the first stage, the test is carried out under uniaxial loading of identical samples along their longitudinal axis to a different strain value for each sample. Before the second stage of testing, each sample is unloaded and on its wide edges of the working part two flat cuts are made symmetrically, inclined at an acute angle C to the longitudinal axis of the sample to a depth of 5 and width I, the values of which satisfy the ratios 0 arcctg (g / o ); (L-2 5) t sin 0 if 0 G 0 or (L-2d) b / 10 sfn 9 if 0 $. I (3 .. 5) (t - 2 (5), where 0 arcsin (/ bTWt; c and a are the tangential and normal stresses in the cross section of the cuts in the second loading stage, and the test at the loading stage is carried out uniaxially loaded along the longitudinal axis of the sample until destruction. 3 Il.

Description

Изобретение относитс  к испытательной технике, в частности к исследованию прочностных свойств твердьГ материалов.The invention relates to a test technique, in particular to the study of the strength properties of solid materials.

Известен способ исследовани  механических свойств конструкционного материала с учетом истории нагруженйй, который заключаетс  в том, что стандартный образец-заготовку испытывают по За - данной программе. Затем из него вырезают стандартные образцы, имеющие одинаковую историю изменени  напр женно-деформированного состо ни . На этих образцах определ ют механические свойства материала. Если на образце-заготовке нанести концентратор, то из негоThere is a known method for studying the mechanical properties of a structural material with regard to the loading history, which is that a standard sample blank is tested according to this program. Then, standard specimens having the same history of changes in stress-strain state are cut out of it. The mechanical properties of the material are determined on these samples. If a sample concentrator is applied on a sample, then from it

можно вырезать стандартные образцы, имеющие разную историю нагружени .standard specimens having a different loading history can be cut out.

Известен также способ, заключающийс  в том, что образец в форме цилиндрического стержн  с кольцевой канавкой в рабочей части раст гивают до определенной степени пластической деформации, после чего профиль кольцевой канавки механической обработкой корректируют, а затем образец вновь раст гивают вплоть до разрушени There is also known a method in which the specimen in the form of a cylindrical rod with an annular groove in the working part is stretched to a certain degree of plastic deformation, after which the profile of the annular groove is machined and then the specimen is again stretched until fracture

Наиболее близким техническим решением  вл етс  способ заключающийс  в том, что на первом этапе образец без концентратора напр жений нагружают до заданного значени  усили ; затем выполн ют на образце концентратор напр жений, поеле чего увеличивают нагрузку на образец вплоть до его разрушени .The closest technical solution is the method consisting in the fact that at the first stage the sample without a stress concentrator is loaded to a predetermined force value; then a stress concentrator is performed on the sample, which then increases the load on the sample until it collapses.

Однако известный способ имеет следующий недостаток. Концентратор на образце выполн етс  в виде трещины, вследствие чего вид напр женно-деформированного состо ни  в зоне концентратора на втором этапе нагружени  в значительной степени предопределен толщиной образца. Этот способ предназначен дл  исследовани  закономерностей , св занных с возникновением и развитием трещины в образце материала, и не может быть использован дл  оценки вли ни  истории нагружени  на другие аспекты механического поведе 1м  пластичных материалов: сопротивление пластическому деформированию , кратковременна  и длительна  статическа  прочность, предельна  пластичность, ползучесть, малоциклова  усталость и др.However, the known method has the following disadvantage. The concentrator on the specimen is made in the form of a crack, as a result of which the appearance of the stress-strain state in the concentrator zone at the second loading stage is largely predetermined by the specimen thickness. This method is designed to investigate the laws associated with the occurrence and development of cracks in a material sample, and cannot be used to assess the impact of loading history on other aspects of the mechanical behavior of plastic materials: short-term and long-term static strength, ultimate plasticity. , creep, low-cycle fatigue, etc.

Цель изобретени  - расширение диапазона напр женных состо ний при испытани х на стандартных разрывных машинах на втором этапе испытани .The purpose of the invention is to expand the range of stress conditions when tested on standard discontinuous machines in the second test stage.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что используют плоские образцы толщиной t и шириной Ь; на первом этапе испытание осуществл ют при одноосном нагружении одинаковых образцов вдоль их продольной оси до различной дл  каждого образца величины деформации. Перед вторым этапом испытани  каждый образец разгружают и на его широких гран х рабочей части выполн ют симметрично два плоских надреза, наклоненных под острым углом Ок продольной оси образца, на глубину 6 и шириной 1. Указанные размеры надрезов определ ютс  по приведенным ниже формулам . Угол наклона надрезов назначают в зависимости от требуемого вида напр женного состо ни  в зоне надрезов на втором этапе испытани .The goal is achieved by using flat samples with a thickness t and a width b; in the first stage, the test is carried out under uniaxial loading of identical samples along their longitudinal axis to a different strain value for each sample. Before the second stage of testing, each sample is unloaded and on its wide edges of the working part two flat cuts are made symmetrically, inclined at an acute angle C of the longitudinal axis of the sample, to a depth of 6 and a width of 1. The specified cuts are determined using the formulas below. The inclination angle of the cuts is prescribed depending on the type of stress required in the cuts area at the second test stage.

На фиг.1 изображена схема первого этапа испытани  призматического образца; на фиг.2 - схема второго этапа испытани  того же призматического образца после выполнени  на его широких гран х двух наклоненных симметричных надрезов; на фиг.З - сечение А-А на фиг,2.Fig. 1 shows a diagram of the first stage of testing a prismatic sample; Fig. 2 is a diagram of the second stage of testing the same prismatic sample after making two inclined symmetric cuts on its wide faces; on fig.Z - section aa on fig, 2.

Величина угла наклона ©симметричных надрезов к продольной оси образца определ етс  из равенстваThe angle of inclination © of symmetrical cuts to the longitudinal axis of the sample is determined from the equality

г/а ctg 0.. (1)r / ctg 0 .. (1)

Отношение между касательным ги нормальным а напр жени ми, действующими в сечении образца вдоль надрезов, регламентировано программой сложного нагружени  дл  данного образца. Из формулы (1) следует, что 0 0 90°.The relationship between the tangential hype of the normal and the stresses acting in the cross section of the specimen along the cuts is regulated by the complex loading program for this specimen. From formula (1) it follows that 0 0 90 °.

Призматический образец изготавливают , как правило из листового или полосового материала.A prismatic sample is made, usually from sheet or strip material.

Ширина образца равна Ь, а его толщинаThe width of the sample is equal to b, and its thickness

в рабочей части равна t (фиг.1). Наклонныеin the working part is equal to t (figure 1). Inclined

симметричные надрезы 1 и 2 выполн ют иаsymmetric cuts 1 and 2 are made

широких гран х 3 и А образца (фиг.2 и 3).wide facets x 3 and A of the sample (Fig.2 and 3).

Толщина призматического образца в зонеPrismatic sample thickness in the zone

наклонных надрезов должна быть такой,sloped cuts should be such

0 чтобы, во-первых, площадь сечени  образца0 so that, firstly, the sample cross section area

вдоль надрезов была не больше площадиalong the cuts there was no more area

поперечного сечени  образца в зоне безthe cross section of the sample in the zone without

надрезов, т.е.cuts, i.e.

t - 2 5 bt,(2)t - 2 5 bt, (2)

5 а, во-вторых, длина надрезов L должна удовлетвор т ь условию5 a, secondly, the length of the cuts L must satisfy the condition

L 10(t-2(5).(3)L 10 (t-2 (5). (3)

чтобы с достаточной дл  инженерной практики точностью исключить вли ние на результаты испытаний локальной неоднородности напр женно-деформированного состо ни  на концах надрезов, примыкающих к боковым гран м образца, Учитыва , чтоwith sufficient accuracy for engineering practice to exclude the effect on the test results of the local inhomogeneity of the stress-strain state at the ends of the cuts adjacent to the lateral edges of the sample, Considering that

L-b/sin 0,(4)L-b / sin 0, (4)

из услови  (2) получаемfrom the condition (2) we obtain

д 0,5(b-tsin 0),(5)d 0.5 (b-tsin 0), (5)

а из услови  (3)but from the condition (3)

д 0,5(b-b/10sln 0),(6)d 0.5 (b-b / 10sln 0), (6)

Приравн в правые части неравенств (5) и (6), получаемEqual to the right side of inequalities (5) and (6), we obtain

© - arcsln fb/10t.(7)© - arcsln fb / 10t. (7)

При 0 0t величину д следует определ ть по формуле (5), а при 0 0 - по формуле (6). Формулы (5) и (6) можно объединить одной формулойAt 0 0t, the value of g should be determined by formula (5), and at 0 0 - by formula (6). Formulas (5) and (6) can be combined with one formula

,5( 0), еслиО © 0,, 5 (0), if O © 0,

(8)„(eight)"

0,5 (Ь - b/10 sin 0), если 0с 0 900.5 (b - b / 10 sin 0) if 0 s 0 90

Например, при Ь 15 мм, 1 3 мм угол . Пусть по программе нагружени  наFor example, when L 15 mm, 1 3 mm angle. Let the program load on

втором дтапе задано - 2. Тогда из формулы Ј1) находим 0 26,5°, Поскольку 0the second step is given - 2. Then, from the formula Ј1) we find 0 26.5 °, Since 0

5 ®; по Ф°РмУле (8) получаем д 0,83 мм.5 ®; on Ф ° РмУле (8) we receive d 0,83 mm.

Минимальна  ширина 1 надрезов (без учета переходных галтелей, фиг. 3} должна быть такой, чтобы отсутствовало вли ние переходных галтелей на напр женно-дел формированное состо ние в среднем сечении вдоль надрезов. Этому требованию в соответствии с принципом Сен-Венанэ удовлетвор ет условиеThe minimum width 1 of the cuts (without taking into account transition fillets, Fig. 3} must be such that there is no effect of transition fillets on the stress-forming state in the middle section along the cuts. The condition in accordance with the Saint-Venane principle satisfies

l (3...5)().(9)l (3 ... 5) (). (9)

5 В случае действи  на образец с надрезами на втором этапе раст гивающей нагрузки , как показано на фиг.2, размер выполн ют ближе к верхней границе диапазона , определ емого условием (9), а в случае действи  сжимающей нагрузки - ближе к5 In the case of an impact on a sample with notches in the second stage of a tensile load, as shown in Fig. 2, the size is performed closer to the upper limit of the range defined by condition (9), and in the case of a compressive load, closer to

00

5five

00

5five

00

нижней границе. Кроме того, чтобы предотвратить потерю устойчивости тонкой перемычки в зоне наклонных надрезов при действии осевой сжимающей нагрузки, ис- пы гание образца можно производить в специальном приспособлении, которое должно предотвратить смещение двух половин образца в направлении его толщины и не ограничивать относительное поперечное смещение этих половин образца в направлении его ширины, поскольку оно неизбежно происходит вследствие деформации сдвига вдоль наклонных надрезов.lower bound. In addition, to prevent the loss of stability of a thin bridge in the area of inclined cuts under the action of an axial compressive load, the sample can be squeezed in a special device that should prevent the two halves of the sample from moving in the direction of its thickness and not limit the relative lateral displacement in the direction of its width, since it inevitably occurs due to shear deformation along inclined cuts.

Выполнение надрезов необходимо производить на фрезерном или строгальном станке с последующей обработкой на шлифовальном станке. Ввиду относительно малой толщины образца в зоне надрезов режимы механической обработки должны быть минимальными, с обильным охлаждением зоны обработки эмульсией, чтобы предотвратить структурные превращени  в материале образца и максимально снизить глубину наклепанного поверхностного сло .Making cuts must be made on a milling or planing machine with subsequent processing on a grinding machine. Due to the relatively small thickness of the sample in the notch zone, the machining regimes should be minimal, with abundant cooling of the emulsion treatment zone, to prevent structural transformations in the sample material and to minimize the depth of the peeled surface layer.

Claims (1)

Формула изобретени  Способ исследовани  механических свойств конструкционных материалов с учетом истории нагружени . по которому испытывают образцы материала по различнымThe invention The method of studying the mechanical properties of structural materials, taking into account the history of loading. on which material samples are tested for various 00 5five 00 5five 00 программам нагружени , состо щим из двух этапов, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона напр женных состо ний при испытани х на стандартных разрывных машинах, используют плоские образцы толщиной t и шириной Ь, на первом этапе испытание осуществл ют при одноосном нагружении одинаковых образцов вдоль их продольной оси до различной дл  каждого образца величины деформации, перед вторым этапом испытани  каждый образец разгружают и на его широких гран х рабочей части выполн ют симметрично два плоских надреза, наклоненных под острым углом ©к продольной оси образца на глубину б и шириной I, выбираемым из соотношений 0 arcctg(r/cr)loading programs consisting of two stages, characterized in that, in order to extend the range of stress conditions in tests on standard discontinuous machines, flat samples with a thickness t and width b are used, in the first stage tests are carried out under uniaxial loading of identical samples along their longitudinal axis to the deformation magnitude different for each specimen, before the second stage of testing each specimen is unloaded and on its wide faces of the working part two flat cuts are made symmetrically, inclined below acute angle © to the longitudinal axis of the sample to a depth b and width I, selected from the ratios 0 arcctg (r / cr) ft sin 0,еслиО 0 0 Ь-2д )ft sin 0 ifo 0 0 b-2d) b/10 sin 0, если 0 0 л/2 b / 10 sin 0 if 0 0 l / 2 -(3.,.5)(t-2d).- (3.,. 5) (t-2d). где 0 arcs nVb7lOt;where 0 arcs nVb7lOt; г и о- касательное и нормальное напр жени  в сечении надрезов на втором этапе нагружени ,r and tangential and normal stress in the section of notches in the second stage of loading, а испытание на втором этапе нагружени  осуществл ют одноосным нагружением вдоль продольной оси образца вплоть до разрушени .and the test at the second loading stage is carried out by uniaxial loading along the longitudinal axis of the specimen up to destruction. Фиг.11 Фиг 2Fig 2 А-АAa