книги / Механика материалов. Методы и средства экспериментальных исследований
.pdfГОСТ 25.603-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на растяжение кольцевых образцов при нормальной, повышенной и пониженной температурах.
ГОСТ 25.503-97. Расчеты и испытания на прочность. Методы механическихиспытанийметаллов. Методиспытаниянасжатие.
ГОСТ 25.602-80. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на сжатие при нормальной, повышенной и пониженной температурах.
ГОСТ 14019-2003. Материалы металлические. Метод испытания на изгиб.
ГОСТ 25.604-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на изгиб при нормальной, повышенной и пониженной температурах.
ГОСТ 25.506-85. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.
ГОСТ 25.505-85. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытаний на малоцикловую усталость при термомеханическом нагружении.
ГОСТ 25.502-79. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методыиспытаний наусталость.
ГОСТ 25.504-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости.
ASTM E1012-05. Standard Practice for Verification of Test Frame and Specimen Alignment Under Tensile and Compressive Axial Force Application.
ASTM E606-92. Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing.
41
ASTM E647-05. Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates.
ASTM E8M-04. Tension Testing of Metallic Materials. ASTM E0008-04. Test Methods for Tension Testing of Metal-
lic Materials.
ASTM E0009-89AR00. Test Methods of Compression Testing of Metallic Materials at Room Temperature.
ASTM E0111-04. Test Method for Young's Modulus, Tangent Modulus, and Chord Modulus.
ASTM E0143-02 Test Method for Shear Modulus at Room Temperature.
ASTM E0647-00. Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates.
ASTM E0740-03. Practice for Fracture Testing with SurfaceCrack Tension Specimens.
ASTM E1820-01. Test Method for Measurement of Fracture Toughness.
ASTM D0638-03. Test Method for Tensile Properties of Plastics. ASTM D3846-02. Test Method for In-Plane Shear Strength of
Reinforced Plastics.
ASTM D4476-03. Test Method for Flexural Properties of Fiber Reinforced Pultruded Plastic Rods.
ASTM D5023-01. Test Method for Plastics: Dynamic Mechanical Properties: In Flexure (Three-Point Bending).
ASTM D5418-01. Test Method for Plastics: Dynamic Mechanical Properties: In Flexure (Dual Cantilever Beam).
ASTM D6272-02. Test Method for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials by Four-Point Bending.
ASTM D3039/D3039M-08. Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials.
ASTM D3479/D3479M-96. Standard Test Method for Ten- sion-Tension Fatigue of Polymer Matrix Composite Materials.
42
ASTM D6484/D6484M-04. Standard Test Method for OpenHole Compressive Strength of Polymer Matrix Composite Laminates.
ASTM D2344_D2344M-00E01. Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates.
ASTM D3039_D3039M-00E02. Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials.
ASTM D3410_D3410M-03. Test Method for Compressive Properties of Polymer Matrix Composite Materials with Unsupported Gage Section by Shear Loading.
ASTM D3552-96R02. Test Method for Tensile Properties of Fiber Reinforced Metal Matrix Composites.
ASTM D4255_D4255M-01. Test Method for In-Plane Shear Properties of Polymer Matrix Composite Materials by the Rail Shear Method.
ASTM D4762-04. Guide for Testing Polymer Matrix Composite Materials.
ASTM C297/C297M-04. Standard Test Method for Flatwise Tensile Strength of Sandwich Constructions.
ASTM F2018-00E01. Test Method for Time-to-Failure of Plastics Using Plane Strain Tensile Specimens.
43
2. СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ
Экспериментальные исследования механического поведения материалов требуют использования специальных испытательных систем и приспособлений, являются крайне важными для создания математических моделей, описывающих поведение материалов вконструкциях при реальных условиях эксплуатации. Такого рода данные создают основу для построения определяющих соотношений, описывающих различные стадии деформирования, и критериев, устанавливающих условияразрушения.
2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Применение методов механических испытаний и соответствующего испытательного оборудования связано с исследованием закономерностей деформирования и разрушения материалов и элементов конструкций в различных условиях. Задачами таких исследований могут быть проверка справедливости гипотез и теорий механики деформируемого твердого тела, получение данных о механическом поведении материалов при внешнем воздействии, определение их механических характеристик и оценка несущей способности элементов конструкций или конструкции в целом [23, 16].
В настоящее время испытательное оборудование обеспечиваетследующиеосновныевидыуправляемоговоздействиянаобразец: растяжение-сжатие, кручение, сложное нагружение (растяжениесжатие и кручение), двухосевое растяжение-сжатие, сложное напряженное состояние (например, при растяжении и кручении трубчатых образцов с внутренним давлением), воздействие низких и высоких температур, агрессивных сред и иных физико-химических
44
факторов. Современные испытательные комплексы способны оказыватьданныевидывоздействийприквазистатическом, длительном статическом, усталостном, динамическом характере нагружения, а такжеприимитацииэксплуатационныхрежимов.
Испытательные машины могут быть оснащены механическим или гидравлическим приводом (рис. 2.1). Работа сервогидрвлических систем обеспечивается автономной маслостанцией
(см. рис. 2.1, в).
а |
б |
в
Рис. 2.1. Внешний вид испытательных систем с гидравлическим (а) и механически (б) приводом,
гидравлический источник питания (маслостанция) (в)
45
Несмотря на многообразие испытательных машин, все они создаются по единой функциональной схеме [20]. К числу основных систем испытательных машин можно отнести следующие:
–системы создания внешних воздействий, среди них раз-
личают устройства механической (рычажные, винтовые, гидравлические), физической (тепловые, электромагнитные, радиационные) и химической природы, а также устройства для размещения образца в необходимой по условиям испытаний среде (сосуды, камеры, печи, криостаты и т.д.);
–системы передачи нагрузки на образец, включающие
всебя захваты для установки и крепления образца, силовые рамы, траверсы, тяги и т.д.;
–системы измерения, включающие в себя первичные преобразователи (датчики) усилий, деформаций, температур и тому подобное, а также устройства преобразования электрических сигналов при их последующем использовании в системе обработки данных и управления;
–системы автоматизации эксперимента, позволяющие
осуществлять сбор и обработку информации, визуализацию и регистрацию результатов исследований, а также обеспечивающие реализацию программы автоматического управления процессом испытаний.
Испытательные системы конструктивно могут быть выполнены однозонными или двухзонными (рис. 2.2); одноколонными, двухколонными или четырехколонными (рис. 2.3).
Графическим результатом испытания является диаграмма растяжения (кручения), т.е. график зависимости между растягивающей силой P (крутящим моментом M кр ) и удлинением об-
разца ∆l (углом закручивания φ).
Компьютерная техника и специализированное программное обеспечение позволяют полностью автоматизировать управление ходом испытаний, начиная от пуска машины до вывода полученных результатов измерений на дисплей.
46
а |
б |
Рис. 2.2. Силовая схема однозонной (а) и двухзонной (б) испытательных машин: 1 – основание, 2 – подвижный захват, 3 – стойки, 4 – неподвижный захват, 5 – верхняя траверса, 6 – ходовые (силовые) винты, 7 – подвижная траверса,
8 – верхняя плита для сжатия, 9 – нижняя плита для сжатия
Современные нагружающие системы способны осуществлять квазистатическое и (или) циклическое нагружение при строгом (контролируемом с высокой точностью) соблюдении заданного закона нагружения. Как правило, может быть выбрано как «жесткое», так и «мягкое» нагружение. «Жестким» при этом считают такое нагружение образца, при котором контролируется перемещение (угол поворота) подвижного захвата машины. «Мягким» называют такое нагружение, при котором контролируется закон изменения нагрузки (крутящего момента).
Передача усилия на образец осуществляется через захваты. Современные испытательные системы используют очень широкий спектр устройств для крепления образцов в зависимости отвидаиособенностей испытаний. При этомзахваты могут
47
а |
б |
в |
Рис. 2.3. Конструктивное исполнение испытательных машин: одноколонные (а), двухколонные (б) и четырехколонные (в)
быть специализированными или универсальными. Наиболее актуальные типы универсальных захватов представлены на рис. 2.4.
Для обеспечения центральной передачи усилия на образец в машинах имеются специальные устройства (рис. 2.5). При использовании осесимметричных образцов для той же цели служат продольные пазы губок самоцентрирующих клиновых захватов (рис. 2.6).
Современные испытательные комплексы включают не только автоматизированную нагружающую систему, но и системы измерения. К ним, прежде всего, относятся датчики измерения деформации – тензодатчики, деформометры, экстензометры. Примером наиболее простого средства измерения деформации может служить механический деформометр Гугенбергера, представленный на рис. 2.7.
48
Рис. 2.4. Основные типы захватов
а |
б |
Рис. 2.5. Устройства центрирования при жестком креплении образца (а) и кардан для адаптивного крепления образца при растяжении (б)
49
Рис. 2.6. Губки клиновых захватов для крепления осесимметричных образцов
Рис. 2.7. Механический деформометр Гугенбергера
Основные типы современных эсктензометров представлены на рис. 2.8.
Другой важнейшей частью систем измерения в испытательных машинах являются силоизмерители (датчики сил, динамометры). Как правило, датчики нагрузок устанавливаются в силовую цепь последовательно с испытываемым образцом. Основная конструктивная составляющая датчиков силы – это упругий элемент, который деформируется в результате приложенной к датчику нагрузки. Величину деформации упругого элемента тем или иным способом регистрируют и с использованием специаль-
50