РОЗДІЛ 2.
Програми та методика досліджень кінетики накопичення пошкоджень та руйнування
конструкційних матеріалів при пружнопластичному деформуванні
Описана розроблена та обґрунтована комплексна програма по вивченню кінетики
накопичення мікропошкоджень в металевих конструкційних матеріалах в умовах
лінійного та плоского напружених станів. Для реалізації даної програми створені
експериментальні стенди, які дозволяють здійснити квазістатичне та малоциклове
навантаження в умовах лінійного та плоского напруженого станів при різних
програмах м’якого та жорсткого режимів навантажень. Описані методики проведення
досліджень.
2.1. Комплексна програма досліджень конструкційних матеріалів при програмному
пружно-пластичному навантаженні.
Для вивчення основних закономірностей пружно-пластичного деформування,
пошкоджуваності та руйнування конструкційних матеріалів (на стадії зародження
макротріщини) в умовах лінійного та плоского напружених станів розроблена
комплексна програма навантаження зразків шляхом прикладання осьової сили N(t)
та крутного моменту Мкр(t) по різних програмах малоциклового навантаження в
умовах м’якого та жорсткого режимів (рис.2.1). При цьому, реалізація
кусково-ламаних повторно-змінних траєкторій по напруженнях та деформаціях
(рис.2.1 а,б,г) дозволяє вивчити вплив векторних та скалярних властивостей на
пошкоджуваність та руйнування (на стадії зародження макротріщини). Вплив
траєкторії складного програмного навантаження оцінюється в порівнянні з
пропорційним (рис. 2.1в) та статичним (активним) навантаженням.
Програма експериментальних досліджень дозволяє вивчити границі впливу історії
малоциклового навантаження при лінійному та плоскому напруженому станах та
кінетику накопичення пошкоджень та граничний стан з урахуванням двох відомих
механізмів руйнування:- шляхом відриву та зрізу. Реалізовані пропорційні і
кусково-ламані траєкторії м’якого та жорсткого режимів циклічного навантаження
дозволяють визначити з іншої сторони граничний вплив названого режиму для умов
роботи реальних елементів конструкцій.
а)
б)
в)
г)
д)
Рис. 2.1 Траєкторії повторно-змінного (а-г) та статичного (д) навантаження
(деформування)
Це пояснюється тим що в зонах підвищеної завантаженості відповідальних
елементів конструкцій (як правило, це зони концентрації напружень та
деформацій) при малоцикловій втомі реалізується навантаженність, що знаходиться
між м’яким та жорстким нестаціонарними режимами. Тому основою для розробки
визначальних рівнянь, моделей пошкоджуваності та критеріїв руйнування
конструкційних матеріалів на стадії проектування технологічних операцій
пластичного формоутворення та ресурсу експлуатації (в тому числі і залишкового)
відповідальних елементів конструкцій є знання основних закономірностей
накопичення незворотних деформацій, мікро пошкоджень та руйнування в залежності
від історії технологічного і експлуатаційного навантажень.
2.2 Експериментальні установки для вивчення закономірностей деформування,
пошкоджуваності та граничного стану конструкційних матеріалів при програмному
навантаженні.
Для реалізації розробленої програми експериментальних досліджень на основі
сучасних комп’ютерних технологій та мікропроцесорної техніки створена
експериментальна база, яка дозволяє проводити дослідження статичної та
малоциклової міцності конструкційних матеріалів при простому та складному
навантаженні (деформуванні).
Експериментальна установка для лінійного навантаження
Принципова схема установки показана на рис. 2.2 [25,26]. За базову модель
прийнята випробувальна машина типу TIRAtest 2300, виробництво Німеччина. Вона
дозволяє проводити випробування конструкційних матеріалів при програмному
знакопостійному (розтяг або стиск) лінійному напруженому стані.
Зразок 1 закріплюється в самоцентрованому нижньому (рухомому) 2 та верхньому
(нерухомому) 3 затискачах. Нижній затискач 2 жорстко з’єднаний з рухомою
траверсою, яка переміщується по напрямних 6 за допомогою гвинтів 7. Обертання
гвинтів здійснюється від електроприводу постійного струму 15 через пасову
передачу 13 та систему черв’ячних передач 12 для кожного гвинта. Вся система
приводу випробувальної установки змонтована на нижній основі 8. Груба зміна
швидкості рухомої траверси 4 здійснюється за допомогою механічної коробки
швидкостей 14. Верхній затискач 3 з’єднаний з верхньою нерухомою траверсою 5
кільцевим пружним динамометром 16 з напівпровідниковими датчиками, точність
виміру якого складає 0,1Н. Переміщення рухомої траверси реєструється
електронним пристроєм 17 з точністю до 0,01мм. Керування випробувальною машиною
здійснюється з допомогою електронного блоку 9. Основні показники по зусиллю Р
та переміщенню ?l висвітлюються на індикаторному табло блоку управління 9. При
цьому з підсилювачів електронного блоку відповідні сигнали поступають на
принтер 10 та ПЕОМ 11. На принтері 10 здійснюється реєстрація поточної
інформації для зразка, що досліджується , а за допомогою ПЕОМ 11 будуються
криві навантаження в координатах P=f(?l), P=f(?d), P=f(?U), які потім
перебудовуються у відносних величинах у=f(е) .
Рис. 2.2 Принципова схема установки лінійного навантаження
Принципова електромеханічна схема названої модернізованої машини показана на
рис. 2.3.
Пошкоджуваність конструкційного матеріалу при пружно-пластичному деформуванні
визначається через зміну електроопору робочої зони зразка 1. Вимірювальні тяги
деформометра 2 закріплюються симетрично відносно тяг для виміру поперечної
деформації 3 за допомогою катетометра 4. Через спеціальні затискачі, які
струмоізольовані від
- Київ+380960830922