книги / Основы экспериментальной механики разрушения

Задача № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕЩИНОСТОИКОСТИ

КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы

1.Ознакомление с особенностями разрушения конструкцион­ ных металлических материалов при наличии трещин.

2.Овладение экспериментальными методами определения характеристик трещиностойкости.

Содержание работы

Испытания проводятся да образце из малоуглеродистой ста­ ли типа 4 по схеме трехточечного изгиба (рис. 6.5) до разруше­ ния. Для создания нагружающего усилия Р используется уни­ версальная испытательная машина, снабженная тензометричес­ ким динамометром повышенной жесткости.

Скорость нагружения устанавливается по скорости переме­ щения активного захвата испытательной машины в пределах от 0,02 до 0,2 мм/с с таким расчетом, чтобы средняя скорость увеличения коэффициента интенсивности напряжений находи­ лась в пределах (0,5—1,5) МПа м|/2/с на линейном участке ди­ аграмм Р— V и Р—f.

Измерение смещений (раскрытия трещины на поверхности образца) V и перемещений точки приложения силы (прогибов) f производится с помощью двухконсольных датчиков. Схема ус­ тановки датчика на образец при измерении V показана на рис. 5.5. При измерении f датчик устанавливается на опорных призмах, одна из которых жестко закреплена на нагружающем ноже, а другая — на траверсе испытательной машины. Запись диаграмм Р— V и Р—f производится на двухкоординатных потенциометрах, режим работы которых должен обеспечивать не менее чем 25-кратное увеличение по осям V и f. При этом тангенс угла наклона линейного участка диаграмм должен на­ ходиться в пределах 1—3. Анализ и обработка диаграмм при нахождении критического коэффициента интенсивности напря­ жений проводится в соответствии с изложенной в разделе 5.1 методикой. Номинальное разрушающее напряжение по лигаментному сечению определяется формулой oc=6Pcblt(b—I)2.

Уточненный размер начальной трещины /о измеряется после разрушения образца на поверхности излома в трех точках фронта, соответствующих 0,25*, 0,5* и 0,75*. Доли хрупкого Fx и вязкого Рь изломов оцениваются непосредственным измерени­ ем на поверхности излома.

Критическое раскрытие в вершине трещины ôic вычисляется по формуле (3.26). Для определения h c (или Jc) используется методика, основанная на формуле (3.45) с планиметрированием диаграммы Р—f.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с разделом 5.1 и теми частями разделов

3.3 и 3.5, которые посвящены методике экспериментального оп­ ределения Ô и /.

2.Изучить схему проведенных измерений, используемое эк­ спериментальное оборудование и приборы.

3.Произвести предварительный подбор размеров образца.

4.Проверить испытательную машину по максимальной на­ грузке, установить требуемую скорость перемещения активного захвата.

5.Проверить работу двухконсольиых датчиков, подобрать масштабы диаграмм Р— V и Р—f.

6.Измерить размеры образца и длину начальной трещины (предварительно).

7.Установить образец в испытательную машину, закрепить двухкоисольные датчики.

8.Нагрузить образец до разрушения и записать диаграммы

P— V и P—f.

9.Измерить уточненную длину начальной трещины, на по­ верхности разрушения, доли хрупкого и вязкого излома.

10.Определить тип диаграммы Р— V методом секущей.

11.Определить расчетную нагрузку PQ.

12.Провести вычисление величины Kic (или Кс), проверить условия корректности.

13.Вычислить критическое раскрытие трещины Ьс.

14.Планиметрированием диаграммы Р—f определить вели­ чину /ic (или Je).

15.Заполнить протокол испытаний.

16.Составить отчет о работе.

Требования к отчету Отчет по работе должен состоять из следующих разделов:

1)теоретическое введение, содержащее краткие сведения об измеряемых характеристиках трещиностойкости и об области их применимости;

2)цель работы;

3)описание методики испытаний и проведения измерений;

4)подробное изложение методики обработки эксперимен­ тальных данных и проведения вычислений с анализом их ре­ зультатов;

5)заключение по работе в целом.

Котчету прилагаются:

1)экспериментальные диаграммы Р—V и Р—f испытанного образца;

2)протокол испытаний по форме табл. 7.2.

Т а б л и ц а 7.2

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИИ

1

2.Цель испытания —

3.Схема нагружения образца —

4.Скорость нагружения, мм/мин —

5.Размеры образца, мм

6. Длина начальной треп;ины, мм

7. Доля хрупкого и вязкого излома,

9.Выполнение условий корректности —

10.Трещиносто(йкость К;с(/(с), кгс/см3/2 —

11.Критическое раскрытие трещины ас, мм —

12.Работа разрушения АС| кгс/см —

13.Критическое значение 7-интеграла, кгс/см —

14.Выводы —

9.Определить величину д К / д [ .

10.Вычислить трещиностойкость Gjc.

11.Заполнить протокол испытаний.

12.Составить отчет о работе.

Требования к отчету

Отчет по работе должен состоять из следующих разделов:

1) краткие сведения об определении характеристик трещиностойкости материалов методом податливости;

2)цель работы;

3)методика испытаний;

4)результаты испытаний и их обработки;

5)заключение по работе.

Котчету прилагаются:

1)экспериментальные диаграммы Р—/;

2)диаграмма %—/;

3)протокол испытаний по форме табл. 7.3.

Т а б л и ц а 7.3 ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

1.Испытываемый материал —

2.Цель испытаний —

3.Тип испытуемых образцов н схема их нагружения —

4.Скорость нагружения, мм/мин —

5.Размеры образцов, мы

7.Значение д\1д1, кгс“ 1 —

8.Трещиностойкость G]с, кгс/см —

9.Выводы —

Требования к отчету

Отчет по работе должен состоять из следующих разделов: 1) краткие сведения о пределе трещииостойкости и области:

его применимости;

2)цель работы;

3)методика обработки экспериментальных данных, резуль­

таты испытаний; 4) заключение по работе.

Котчету прилагается протокол испытаний по форме табл„

7.4и график 1С—Ос/оь.

Т а б л и ц а 7.4

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

1.Испытываемый материал —

2.Цель испытаний —

3.Тип образца н схема нагружения —

4.Скорость нагружения —

5.Размеры образцов, мм

/с, кгс/см3/2

7.Выводы —

Подписи исполнителей работьи

Задача № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН В ОРГАНИЧЕСКОМ СТЕКЛЕ

Цель работы

1. Овладение техникой проведения измерений в условиях; циклического нагружения.

2. Апробация соотношений теории усталостных трещин.

Содержание работы

Испытания проводятся на образце из органического стекла с односторонним начальным надрезом (тип 5). Режим нагруже­ ния — циклическое растяжение по пульсирующему закону с по­ стоянной по нагрузке амплитудой.

Измерение длины трещины производится оптическим мето­ дом в стробоскопическом освещении.

По результатам испытаний строится зависимость длины тре­ щины от прошедшего числа циклов I—п и определяется уста­ лостная долговечность образца N. Полученные данные сопостав­ ляются • теоретическими зависимостями, приведенными в кон­ це § 4. Параметры С и т , входящие в формулу Пэриса, задают­ ся преподавателем.

'Порядок проведения работы

1.Ознакомиться с § 4.

2.Измерить размеры образца.

3.Провести измерения роста усталостной трещины, доведя образец до разрушения.

4.Построить экспериментальную кривую I—п и сопоставить

еес расчетной (формула типа (4.10)).

5.Сопоставить экспериментально определенную долговеч­ ность образца с расчетной по формуле (4.9).

6.Заполнить протокол испытаний.

7.Составить отчет по работе.

Требования к отчету

Отчет по работе должен состоять из следующих разделов: 1 ) основные положения теории усталостных трещин;

2)цель работы;

3)результаты измерений;

4)сопоставление экспериментальных данных с расчетными;

5)выводы по работе.

К отчету прилагается:

1 ) таблица измерений I в функции п\

2)графики I—п, построенные по экспериментальным дан­ ным и по формуле (4.10) ;

3)протокол испытаний по форме табл. 7.5.

Т а б л и ц а 7.5

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

1.Испытываемый материал —

2.Цель испытания —

3.Схема нагружения образца —

4.Размах изменения нагрузки в цикле ДР, кгс —

5.Частота нагружения со, Гц —

6.Размеры образца, мм

7.Длина трещины перед разрушением /с, мм —

8.Экспериментальное значение усталостной долговечности N, циклов —

9.Расчетное значение усталостной долговечности №, циклов —

10.Выводы —

Подписи исполнителей работы

Ре к о ме н д у е ма я л и т е р а т у р а