книги / Механика материалов. Методы и средства экспериментальных исследований

показаны основное меню и экраны настройки метода эксперимента и испытания программы LCF3.

Эксперименты на малоцикловую усталость необходимо осуществлять в режиме «жёсткого» нагружения, при котором в процессе испытания средние и амплитудные значения циклических деформаций сохраняют свои исходные значения. На рис. 5.19 отражена схема «жёсткого» нагружения, которую необходимо задать в методе испытания.

Рис. 5.19. Схема нагружения при испытаниях на МЦУ: εа – амплитуда деформации, εр – размах деформации

Во всех экспериментах на МЦУ используется отнулевой положительный цикл деформации с коэффициентом асимметрии R = εmin /εmax = 0 . Форму волны циклов необходимо выбирать в виде

треугольника (как показано на рис. 5.19), что обеспечивает постоянную скорость деформации на этапах нагрузки и разгрузки. Зависимость деформации от времени должна сохраняться в течение всей программы испытаний. Частота циклирования поддерживается постоянной для каждого испытания изадаетсяравной0,5 Гц.

При разработке метода испытания необходимо указать используемый тип образца, размеры его поперечного сечения (минимальный диаметр dmin ), размах деформации εp = εmax – εmin ,

142

критерий остановки опыта (например, падение нагрузки на 30–50 %) и схему сохранения данных по циклам нагружения (желательно с логарифмическим приростом).

III. Проведение испытания

Для проведения испытаний при нормальной температуре на малоцикловую усталость при постоянных параметрах цикла рекомендуется использовать партию, состоящую не менее чем из 13 образцов. Управление по деформации в процессе эксперимента осуществляется при помощи датчика осевых деформаций. С целью проверки закрепления датчика и образца необходимо провести предварительное циклическое воздействие с малой амплитудой деформации в пределах зоны упругости. На каждом цикле следует проверить значение модуля Юнга на этапах нагрузки Eн и разгрузки Eр. Разница между полученными значениями модулей упругости должна составлять не более 10 %. Впротивном случае необходимо произвести разборку оснастки, снова установить образец в испытательнуюмашинуиприкрепитькнемудатчикосевыхдеформаций.

Циклическое нагружение образцов необходимо продолжать до тех пор, пока максимальная нагрузка в цикле не уменьшится на 50 % по сравнению с первыми циклами или образец не разделится на две части, что соответствует полному разрушению.

По результатам испытаний заполняется протокол, в котором содержится информация о величине амплитуды задаваемой осевой деформации и о предельном числе циклов до разрушения. Пример протокола приведён в табл. 5.10.

Таблица 5 . 1 0

Протокол испытаний на малоцикловую усталость цилиндрических образцов

143

IV. Обработка результатов и подготовка отчёта

По результатам испытаний строится кривая малоцикловой усталости в обычных и логарифмических координатах.

На рис. 5.20 представлены экспериментальные данные зависимости амплитуды задаваемой деформации εа от числа циклов в испытании N.

а

б

Рис. 5.20. Кривая малоцикловой усталости в обычных (а)

и логарифмических (б) координатах (штриховые линии – граница 95%-ной доверительной области, точками отмечены результаты проведенных испытаний)

144

Необходимо провести статистическую обработку полученных экспериментальных данных, по результатам которой следует определить эмпирическую формулу линии регрессии в виде степенной функции N (εa ) = C εαa с определением вели-

чин C и α, а также рассчитать границы 95%-ной доверительной области (пунктирные линии на рис. 5.20) [21].

В состав отчёта по испытаниям на малоцикловую усталость должны входить следующие пункты:

1)результаты замеров образцов (табл. 5.9);

2)результаты испытаний (табл. 5.10);

3)график кривой малоцикловой усталости с границами 95%-ной доверительной области, построенный в обычных и логарифмических координатах;

4)эмпирическая формула линии регрессии;

5)графики зависимостей напряжения от полной деформации, зафиксированные в начале, середине и конце (перед разрушением) испытания (пример типичных петель гистерезиса приведён на рис. 5.21);

Рис. 5.21. Петли гистерезиса при малоцикловой усталости

145

Перед началом экспериментов следует произвести определение размеров образца W и B с точностью до 0,01 мм и занести полученные данные в приведённую ниже табл. 5.11.

Таблица 5 . 1 1

Размеры образцов для испытаний на циклическую трещиностойкость

Испытательная установка

Испытания на малоцикловую усталость проводятся на сервогидравлической испытательной системе Instron 8801 с использованием датчика раскрытия трещины COD.

Содержание работы

Выполнение эксперимента включает в себя пять основных этапов:

1)подготовка к работе испытательного оборудования,

2)выращивание предварительной усталостной трещины,

3)создание метода испытания на циклическую трещиностойкость,

4)проведение испытания,

5)обработка результатов и подготовка отчёта.

Подготовка и проведение испытаний выполняются толь-

ко в присутствии инженера, обслуживающего испытательную систему.

I. Подготовка к работе испытательного оборудования Для подготовки к работе необходимо включить компью-

тер и контроллер испытательной машины, запустить программу управления Console и убедиться, что все датчики системы (дат-

148

чики силы, экстензометр) подключены и откалиброваны. Затем включить маслостанцию и прогреть испытательную машину в течение одного часа.

Перед проведением серии циклических испытаний для минимизации изгибных деформаций (изгибная деформация не должна превышать 5 % амплитуды минимальной деформации) захваты необходимо выровнять с помощью устройства AlignPRO, рисунок которого и схема установки в испытательную машину

ется коэффициент пропорцио-

149

нальности для обеспечения соответствия величины заданной и реализуемой на испытательной машине амплитуды осевого усилия.

II. Выращивание предварительной усталостной трещины Перед проведением испытаний на циклическую трещиностойкость необходимо прорастить в образцах предварительную трещину до длины a0 ≈ 14,5 мм (при длине надреза 12 мм).

При этом частота циклического нагружения должна составлять 20 Гц, а отношение минимальной и максимальной нагрузки в цикле Pmin / Pmax = 0,1.

Предварительное проращивание трещины осуществляется в несколько этапов. Амплитуда циклического нагружения на каждом последующем шаге должна уменьшаться на 20 % по сравнению с предыдущим [30]. Продолжительность каждого этапа определяется приращением трещины не менее чем на величину

мент, когда длина проращиваемой трещины достигает заданного значения a0 . На рис. 5.26 показана схематизация процедуры проращивания трещины. Максимальный коэффициент интенсивности напряжений Kmax в конце предварительной процедуры проращивания равнялся Kmax в начале испытания.

После проращивания трещины производится измерение ее длины при помощи переносного микроскопа с рекомендуемым увеличением х56. Размер трещины необходимо измерять с двух сторон компактного образца. Если разница между измеренными значениями не превышает 0, 25 B (для используемого в данной

лабораторной работе образца – 2,5 мм), образец признается при-

150