РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ВИПРОБУВАНЬ І ДОСЛІДЖУВАНІ МАТЕРІАЛИ
2.1. Розробка нових методів випробувань конструкційних матеріалів
Інтенсивний розвиток феноменологічних підходів при розв'язку задач міцності у критеріальному плані значно випередило відповідні роботи з дослідження механічних властивостей матеріалів. В наслідок цього розриву склалося становище, при якому за відсутності необхідних даних про фізико-механічні властивості матеріалів цілий ряд висунутих практичних задач в галузі загального машинобудування не має наукового обґрунтованих розв'язків.
Точність будь-якого критерію оцінується шляхом порівняння результатів розрахунків і дослідних даних. Відомі експериментальні дані про закономірності деформування і руйнування матеріалів при складних умовах навантаження цілковито обмежені, що пояснюється великими методичними складностями при постановці досліду [71,92,69,93].
Ці складності значно зростають при проведенні випробувань з визначення пошкодженості матеріалів.
Як вже відмічалось, багато елементів конструкцій в процесі експлуатації окрім статичного навантаження піддаються ударному і повторно-ударному навантаженням. Вплив швидкості навантаження на міцність і тріщиностійкість матеріалів неоднозначний.
Звично при деформуванні матеріалів, конкретно металів, в інтервалі помірних швидкостей деформації (до 10 м/сек) спостерігається загальна закономірність: з зростанням швидкості деформації міцність зростає, а деформаційне зміцнення та пластичність падають.
При випробуваннях з високою швидкістю деформування, у наслідок впливу складних хвильових процесів, спостерігається збільшення нерівномірності деформування зразка, що ускладнює отримання коректних результатів міцності і пластичності матеріалів і робить отримані результати у певній мірі дискусійними.
Для багатьох практичних випадків експлуатації конструкцій реальні швидкості навантаження не перевищують 10 м/сек і, як правило, призводять до підвищення критичної температури крихкості сталей, а, відповідно, до підвищення небезпеки крихкого руйнування елементів конструкції.
Метод повних діаграм деформування дозволяє на малогабаритних зразках отримати параметри пошкодженості і тріщиностійкості з урахуванням впливу раптових змін в режимі навантаження.
У процесі виконання роботи розроблений спосіб прогнозування тріщиностійкості матеріалу залежно від умов експлуатації конструкцій [65]. Спосіб легко реалізується при випробуваннях і відрізняється від відомих більшою достовірністю.
Згідно даного методу одну серію однакових малогабаритних зразків з матеріалу у вихідному стані та (або) після певного напрацювання статично навантажують до напруження, що відповідає допустимому напруженню роботи матеріалу конструкції; другу серію ідентичних зразків до напруження, що відповідає моменту початку рівномірного росту пошкоджень у матеріалі, третю серію ідентичних зразків до напруження, що відповідає заданій степені рівномірного росту пошкоджень у матеріалі, у момент досягнення заданого напруження на зразках кожної серії, раптово підвищують швидкість деформації в матеріалі за рахунок крихкого розриву проб металу різного мінімального діаметру. Після раптових змін в режимі навантаження всі зразки додатково випробовують на статичний розтяг в умовах зрівноваженого деформування, за параметрами спадаючих ділянок повних діаграм деформування визначають значення характеристик тріщиностійкості матеріалу, а про вплив раптових змін в режимі навантаження на тріщиностійкість матеріалу у процесі експлуатації судять за різницею параметра тріщиностійкості визначеного в умовах статичного навантаження і значеннями параметрів тріщиностійкості матеріалу, визначених з урахуванням заданого раптового підвищення швидкості деформації.
При цьому відбувається контрольоване підвищення швидкості деформації випробовуваного матеріалу зразка і досліджуються процеси деформування і кінетика руйнування конструкційних матеріалів з урахуванням впливу раптових змін в режимі навантаження на різних стадіях.
Відомо, що для сталей характерна S - подібна крива накопичення пошкоджень із трьома яскраво вираженими ділянками, що відображають істинні фізичні процеси, що протикають у деформівному матеріалі (утворення пор, їх ріст, злиття) [60].
Запропонований метод однозначно забезпечує виконання заданих умов навантаження на заданій стадії накопичення пошкоджень у матеріалі.
Наявні дані експериментальних досліджень кінетики руйнування пластичних матеріалів одностайно показують, що різні вихідні концентратори істотним чином впливають на граничну пошкодженість матеріалів в момент старту макротріщини.
Таким чином, виникає гостра необхідність у залученні додаткової інформації про механічні властивості матеріалів при розрахунку конструкцій за критеріями пошкодженості.
Конкретно, мова йде про встановлення функціональних зв'язків впливу різних концентраторів на граничну пошкодженість пластичних матеріалів у момент старту макротріщини.
Головним недоліком відомих способів є те, що достовірно оцінити жорсткість напруженого стану, при якій досягається гранична пошкодженість у зразку пластичного матеріалу з тим чи іншим концентратором, не можливо. Прямих експериментальних методів оцінки жорсткості напруженого стану не існує, а всі непрямі методи оцінки, наприклад, за формулою Бріджмена [8] , де і - середнє напруження і інтенсивність напружень, - параметр Бріджмена, і - геометричні параметри шийки (радіус шийки і радіус профілю) в момент старту макротріщини, мають істотні похибки, не дивлячись на те, що формула є найбільш загально визнаною.
У результаті отримати достовірну залежність граничної пошкодженості від жорсткості напруженого стану в момент старту макротріщини у багатьох випадках не є можливим.
Для підвищення достовірності оцінки граничної пошкодженості пластичних матеріалів з урахуванням впливу вихідних концентраторів напружень, при виконанні роботи розроблений новий метод [21], згідно якого стабі
- Київ+380960830922