[go: up one dir, main page]

RU2170415C1 - Method of monitoring of mechanical characteristics of materials - Google Patents

Method of monitoring of mechanical characteristics of materials Download PDF

Info

Publication number
RU2170415C1
RU2170415C1 RU2000128244A RU2000128244A RU2170415C1 RU 2170415 C1 RU2170415 C1 RU 2170415C1 RU 2000128244 A RU2000128244 A RU 2000128244A RU 2000128244 A RU2000128244 A RU 2000128244A RU 2170415 C1 RU2170415 C1 RU 2170415C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
indenter
hardness
acceleration
limit
monitoring
Prior art date
Application number
RU2000128244A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Д.В. Поклад
В.С. Жабреев
Original Assignee
Южно-Уральский государственный университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Южно-Уральский государственный университет filed Critical Южно-Уральский государственный университет
Priority to RU2000128244A priority Critical patent/RU2170415C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2170415C1 publication Critical patent/RU2170415C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: methods and devices for monitoring mechanical characteristics of materials, hardness and limit of elasticity in particular. SUBSTANCE: impact is delivered to material under test by means of indenter at rate of v0 and duration of plasto-elastic deformation is measured and hardness of material is judge from this determination; maximum acceleration of indenter in penetration phase, as well as acceleration of indenter in pushing-out phase corresponding to moment of breaking of indenter off material is determined; difference between these accelerations is indicative of limit of elasticity of material. EFFECT: enhanced informative capacity of monitoring of hardness of material due to determination of limit of elasticity. 3 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам и средствам контроля твердости и модуля упругости. Изобретение может использоваться в машиностроении, металлургии, при строительстве и эксплуатации мостов, железных дорог, газопроводов, опор линий электропередач, мобильной техники и др. The invention relates to testing equipment, and in particular to methods and means of controlling hardness and elastic modulus. The invention can be used in mechanical engineering, metallurgy, in the construction and operation of bridges, railways, gas pipelines, power transmission towers, mobile equipment, etc.

В настоящее время пластические свойства материалов исследуются при растяжении или сжатии образца специальной формы. При этом строится диаграмма зависимости деформации образца от приложенного усилия. Пластические свойства определяются по характерным участкам зависимости. Для построения указанной зависимости используются тензодатчики и датчики перемещений. Currently, the plastic properties of materials are studied by stretching or compressing a sample of a special shape. In this case, a diagram is constructed of the dependence of the sample deformation on the applied force. Plastic properties are determined by the characteristic sections of the dependence. To build this dependence, strain gauges and displacement sensors are used.

Известен способ [1] контроля твердости материала, заключающийся в том, что производят удар бойком по испытуемому материалу, измеряют длительность упругопластического деформирования и длительность восстановления упругих деформаций бойка и испытуемого материала во время их контакта. О твердости судят по отношению длительностей. A known method [1] of controlling the hardness of a material, which consists in the fact that they produce a striking blow on the test material, measure the duration of elastoplastic deformation and the duration of recovery of elastic deformations of the striker and the test material during their contact. Hardness is judged by the ratio of durations.

Также известен способ [2] контроля твердости материала, заключающийся в том, что производят удар индентором по испытуемому материалу со скоростью v0 и измеряют длительность упругопластического деформирования материала, по которой судят о твердости материала. Для повышения информативности путем обеспечения контроля также и шероховатости измеряют время от начала контакта индентора с материалом до момента времени, соответствующего максимальной скорости нарастания силы механического воздействия материала на индентор, определяют произведение v0t0 и сравнивают его с соответствующим произведением для эталонного материала.Also known is a method [2] for controlling the hardness of a material, which consists in making an indenter strike a test material with a speed v 0 and measuring the elastoplastic deformation of the material, which is used to judge the hardness of the material. To increase the information content by providing control as well as roughness, the time from the indenter’s contact with the material to the time corresponding to the maximum slew rate of the mechanical action of the material on the indenter is measured, the product v 0 t 0 is determined and compared with the corresponding product for the reference material.

Однако эти способы не позволяют определять предел упругости материала. However, these methods do not allow to determine the elastic limit of the material.

В основу изобретения положена техническая задача повышения информативности способа контроля твердости за счет возможности контроля предела упругости. The invention is based on the technical task of increasing the information content of a method for controlling hardness due to the possibility of controlling the elastic limit.

Указанная задача решается тем, что в способе контроля механических характеристик материалов, заключающемся в том, что производят удар индентором по испытуемому материалу со скоростью v0, измеряют длительность упругопластического деформирования материала, по которой судят о твердости материала, согласно изобретению определяют максимальное ускорение индентора в фазе внедрения его в испытуемый материал, а также ускорение индентора в фазе выталкивания его из материала, соответствующее моменту отрыва индентора от материала, и по разности между этими ускорениями судят о пределе упругости материала.This problem is solved by the fact that in the method of controlling the mechanical characteristics of materials, namely, that the indenter strikes the test material at a speed of v 0 , the duration of the elastoplastic deformation of the material is measured, which is used to judge the hardness of the material, according to the invention, the maximum acceleration of the indenter in phase is determined introducing it into the test material, as well as accelerating the indenter in the phase of pushing it out of the material, corresponding to the moment of indentation of the indenter from the material, and by the difference between these accelerations are judged on the limit of elasticity material.

Предел упругости материала в соответствии с изложенным определяют из выражения
σу = K(aм-ao),
где K - нормирующий коэффициент, определяемый при использовании образца из материала с известным пределом упругости;
aм - максимальное ускорение индентора;
aо - ускорение, соответствующее моменту отрыва индентора от материала.
The elastic limit of the material in accordance with the above is determined from the expression
σ y = K (a m -a o ),
where K is the normalizing coefficient determined when using a sample from a material with a known elastic limit;
a m is the maximum acceleration of the indenter;
a about - acceleration corresponding to the moment of indentation of the indenter from the material.

В момент времени, соответствующий максимальному ускорению индентора aм, прекращается пластическая деформация материала и начинается выталкивание индентора за счет упругих свойств материала. В этот момент заканчивается формирование невосстановленного отпечатка. В момент отрыва индентора от материала, которому соответствует ускорение aо, заканчивается действие упругих сил со стороны материала на индентор. В этот момент заканчивается формирование восстановленного отпечатка. Чем больше по величине разность между геометрическими размерами невосстановленного и восстановленного отпечатков, тем выше способность материала к упругому восстановлению своих геометрических характеристик после снятия усилия, тем больше разность aм-aо. Вследствие этого разность aм-aо отражает упругие свойства материала.At the time corresponding to the maximum acceleration of the indenter a m , the plastic deformation of the material ceases and the indenter is pushed out due to the elastic properties of the material. At this point, the formation of the unrestored imprint ends. At the moment of indenter separation from the material, to which acceleration a о corresponds, the action of elastic forces from the material side on the indenter ends. At this point, the formation of the restored fingerprint ends. The larger the difference between the geometric dimensions of the unrestored and restored prints, the higher the ability of the material to resiliently restore its geometric characteristics after removing the force, the greater the difference a m -a about . As a result, the difference a m -a о reflects the elastic properties of the material.

Нормирующий коэффициент K может быть определен при использовании стального образца, образца из меди или ее сплавов с известным пределом упругости σу, например при использовании образца из латуни Л62, имеющей предел упругости σу, равный 250 мПа. При нормировке устройства, реализующего способ, производят удар индентором по образцу из материала с известным пределом упругости, с помощью устройства определяют разность aм-aо и по известному пределу упругости определяют нормировочный коэффициент K.The normalizing coefficient K can be determined using a steel sample, a sample of copper or its alloys with a known elastic limit σ y , for example, using a sample from brass L62 having an elastic limit σ y equal to 250 MPa. When normalizing a device that implements the method, an indenter strikes a sample of a material with a known elastic limit, using the device determines the difference a m -a about and determines the normalizing coefficient K from the known elastic limit.

Способ позволяет кроме твердости контролировать предел упругости материала за счет определения максимального ускорения индентора в фазе внедрения его в материал, а также ускорения индентора в фазе выталкивания его из материала, соответствующего моменту отрыва индентора от материала, и дальнейшего определения разности между этими ускорениями. The method allows in addition to hardness to control the elastic limit of the material by determining the maximum acceleration of the indenter in the phase of its introduction into the material, as well as the acceleration of the indenter in the phase of pushing it out of the material, corresponding to the moment of indentation of the indenter from the material, and further determining the difference between these accelerations.

Для контроля используется не конечный результат внедрения в виде следа, сформированного индентором, а сам процесс ударного внедрения и выталкивания индентора, который представлен в виде значений ускорения индентора для различных моментов времени протекания процесса. For control, it is not the end result of the introduction in the form of a trace formed by the indenter that is used, but the process of impact introduction and ejection of the indenter itself, which is presented in the form of indenter acceleration values for various times of the process.

На фиг. 1 показана схема устройства для реализации способа контроля твердости и предела упругости; на фиг. 2 - сигнал пьезодатчика ускорения; на фиг. 3 - сигнал пьезодатчика ускорения после фильтрации мешающих частотных составляющих. In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing a method for controlling hardness and elastic limit; in FIG. 2 - signal of the piezoelectric acceleration sensor; in FIG. 3 - signal of the acceleration piezoelectric sensor after filtering the interfering frequency components.

Для реализации способа используется устройство (фиг. 1), которое содержит индентор 1, пьезодатчик 2 ускорения, механически жестко связанный с индентором 1, контролируемый образец 3, датчик 4 контакта индентора 1 с образцом 3, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 управления, арифметико-логическое устройство 7 и блок 8 индикации. To implement the method, a device is used (Fig. 1), which contains an indenter 1, an acceleration piezosensor 2, mechanically rigidly connected with an indenter 1, a controlled sample 3, a sensor 4 for contacting the indenter 1 with a sample 3, an analog-to-digital converter 5, a control unit 6, arithmetic logic device 7 and block 8 indication.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Производят удар индентором 1 по образцу 3 со скоростью v0. В момент касания индентора 1 с образцом 3 датчик 4 формирует сигнал в блок управления 6, который запускает аналого-цифровой преобразователь 5. В фазах внедрения и выталкивания индентора 1 пьезодатчик 2 формирует сигнал электрического напряжения (фиг. 2), который поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5. На выходе преобразователя 5 по командам блока управления 6 в моменты времени t1, t2,..., t400 формируются цифровые коды U1, U2,..., U400, соответствующие сигналу пьезодатчика 2 (фиг. 2). Длительность сигнала электрического напряжения tс, отражающего фазы внедрения и выталкивания индентора, для данного устройства составляет не более 1,5•10-3 с. При времени однократного преобразования 4•10-6 с требуется сформировать 400 цифровых кодов для представления указанного сигнала. Все цифровые коды поступают в арифметико-логическое устройство (АЛУ) 7 и сохраняются в нем в порядке поступления. Момент отрыва индентора 1 от образца 3 запоминается в АЛУ 7 по сигналу с датчика контакта 4. Далее мешающие частотные составляющие сигнала пьезодатчика 2, представленного в виде цифровых кодов U1, U2,..., U400, фильтруются в АЛУ 7 цифровым способом (фиг. 3). Затем в АЛУ определяется длительность фазы внедрения индентора в материал tм (длительность упругопластического деформирования материала) (фиг. 3), по которой судят о твердости материала. Границе между фазами внедрения и выталкивания индентора соответствует цифровой код Umax, имеющий максимальное значение среди всех кодов в представлении сигнала пьезодатчика 2. Код Umax относится к фазе внедрения индентора 1. Отфильтрованный сигнал пьезодатчика 2 линейно пропорционален ускорению индентора 1. В дальнейшем в качестве значений ускорения индентора 1 используются цифровые коды U1...U400, которые были сохранены и отфильтрованы в АЛУ 7. После этого в АЛУ 7 определяется цифровой код Umax, соответствующий максимальному ускорению aм индентора 1, а также код Uо, соответствующий моменту отрыва индентора 1 от материала и ускорению aо (фиг. 3), и по разности между этими ускорениями определяется предел упругости материала.Make indenter 1 blow on sample 3 with speed v 0 . At the moment the indenter 1 touches the sample 3, the sensor 4 generates a signal to the control unit 6, which starts the analog-to-digital converter 5. In the phases of the indenter and expulsion of the indenter 1, the piezoelectric sensor 2 generates an electric voltage signal (Fig. 2), which is fed to the input of the analog- digital transducer 5. At the output of the transducer 5, at the time t 1 , t 2 , ..., t 400 , digital codes U 1 , U 2 , ..., U 400 corresponding to the signal of the piezoelectric transducer 2 are generated at the commands of the control unit 6 (FIG. . 2). The duration of the signal of electric voltage t s , reflecting the phases of introduction and pushing of the indenter, for this device is not more than 1.5 • 10 -3 s. At a time of a single conversion of 4 • 10 -6 s, it is necessary to generate 400 digital codes to represent the specified signal. All digital codes enter the arithmetic logic unit (ALU) 7 and are stored in it in the order of receipt. The moment of indenter 1 separation from sample 3 is stored in ALU 7 by the signal from contact sensor 4. Next, the interfering frequency components of the signal of the piezoelectric sensor 2, presented in the form of digital codes U 1 , U 2 , ..., U 400 , are digitally filtered (Fig. 3). Then, the ALU determines the duration of the phase of indenter penetration into the material t m (the duration of the elastoplastic deformation of the material) (Fig. 3), which is used to judge the hardness of the material. The boundary between the phases of introduction and pushing of the indenter corresponds to the digital code U max , which has the maximum value among all the codes in the representation of the signal of the piezo sensor 2. The code U max refers to the phase of the introduction of the indenter 1. The filtered signal of the piezo sensor 2 is linearly proportional to the acceleration of the indenter 1. Hereinafter, as values accelerator indenter 1 uses digital codes U 1 ... U 400 , which were stored and filtered in ALU 7. After that, a digital code U max corresponding to the maximum acceleration a m ind ctor 1, as well as the code U о , corresponding to the moment of indenter 1 separation from the material and acceleration a о (Fig. 3), and the elastic limit of the material is determined by the difference between these accelerations.

В процессе эксплуатации деталей и конструкций твердость и пластичность материалов изменяются. Основными причинами этого являются механические нагрузки и критические температурные режимы. Для предотвращения преждевременного выхода из строя деталей и конструкций и своевременной их замены необходимо контролировать такие механические свойства, как твердость и предел упругости. During the operation of parts and structures, the hardness and ductility of materials change. The main reasons for this are mechanical loads and critical temperature conditions. To prevent premature failure of parts and structures and their timely replacement, it is necessary to control such mechanical properties as hardness and elastic limit.

Изобретение позволяет контролировать твердость и предел упругости материала деталей и конструкций, которые находятся в эксплуатации без демонтажа конструкции. Изобретение может использоваться в машиностроении, металлургии, при строительстве и эксплуатации мостов, железных дорог, газопроводов, опор линий электропередач, мобильной техники и др. По сравнению с существующими методами контроля упругих свойств снижается объем применяемого оборудования и время контроля, процесс контроля автоматизируется. The invention allows to control the hardness and elastic limit of the material of parts and structures that are in operation without dismantling the structure. The invention can be used in mechanical engineering, metallurgy, in the construction and operation of bridges, railways, gas pipelines, power transmission towers, mobile equipment, etc. Compared with existing methods for controlling elastic properties, the amount of equipment used and the monitoring time are reduced, the control process is automated.

Источники информации
1. 1068768 (СССР). Способ определения твердости материала и устройство для его осуществления. / В.А. Клочко, Е.В. Андреев, Ф.И. Конжуков и Ю.Г. Артемьев, G 01 N 3/48. - Опубл. 1984 г. Бюл. N 3.
Sources of information
1.1068768 (USSR). A method for determining the hardness of a material and a device for its implementation. / V.A. Klochko, E.V. Andreev, F.I. Konzhukov and Yu.G. Artemyev, G 01 N 3/48. - Publ. 1984 Bull. N 3.

2. А.с. 1504484 (СССР). Способ контроля твердости материала. / А.А. Бондаренко, В. Ф. Скороходов и В.С. Жабреев, G 01 B 5/28. - Опубл. 30.08.89. Бюл. N 32. 2. A.S. 1504484 (USSR). The method of controlling the hardness of the material. / A.A. Bondarenko, V.F. Skorokhodov and V.S. Gills, G 01 B 5/28. - Publ. 08/30/89. Bull. N 32.

Claims (1)

Способ контроля механических характеристик материалов, заключающийся в том, что производят удар индентором по испытуемому материалу со скоростью V0 и измеряют длительность упругопластического деформирования материала, по которой судят о твердости материала, отличающийся тем, что определяют максимальное ускорение индентора в фазе внедрения его в испытуемый материал, а также ускорение индентора в фазе выталкивания его из материала, соответствующее моменту отрыва индентора от материала, и по разности между этими ускорениями судят о пределе упругости материала.A method of controlling the mechanical characteristics of materials, namely, that the indenter strikes the test material at a speed of V 0 and measures the elastoplastic deformation of the material, which is used to judge the hardness of the material, characterized in that it determines the maximum acceleration of the indenter in the phase of its introduction into the test material , as well as the acceleration of the indenter in the phase of pushing it out of the material, corresponding to the moment of indentation of the indenter from the material, and judging by the difference between these accelerations hardly elastic material.
RU2000128244A 2000-11-13 2000-11-13 Method of monitoring of mechanical characteristics of materials RU2170415C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000128244A RU2170415C1 (en) 2000-11-13 2000-11-13 Method of monitoring of mechanical characteristics of materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000128244A RU2170415C1 (en) 2000-11-13 2000-11-13 Method of monitoring of mechanical characteristics of materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2170415C1 true RU2170415C1 (en) 2001-07-10

Family

ID=20242004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000128244A RU2170415C1 (en) 2000-11-13 2000-11-13 Method of monitoring of mechanical characteristics of materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2170415C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2193768C1 (en) * 2001-05-30 2002-11-27 Южно-Уральский государственный университет Procedure controlling mechanical characteristics of materials
RU2258211C1 (en) * 2004-03-31 2005-08-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ Method of determining dynamical hardness of materials

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1027226A (en) * 1962-08-30 1966-04-27 Gkn Group Services Ltd Improvements relating to methods of and apparatus for measuring the hardness of materials
US4019376A (en) * 1974-09-11 1977-04-26 Kabushiki Kaisha Akashi Seisakusho Hardness tester
US4157655A (en) * 1977-11-03 1979-06-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Coal-shale interface detection system
SU1573393A1 (en) * 1985-03-05 1990-06-23 Всесоюзный Заочный Политехнический Институт Method of determining hardness of materials
SU1619114A1 (en) * 1987-09-29 1991-01-07 Научно-Исследовательский Институт Интроскопии Method and apparatus for determining strength of glass-fiber composite materials from stapeled quartz fiber
RU2128330C1 (en) * 1997-01-08 1999-03-27 Беленький Дмитрий Михалевич Method determining technological and operational properties of materials and gear for its implementation
RU2145071C1 (en) * 1998-06-29 2000-01-27 Открытое акционерное общество "ГАЗ" Process determining mechanical characteristics of materials and device for its implementation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1027226A (en) * 1962-08-30 1966-04-27 Gkn Group Services Ltd Improvements relating to methods of and apparatus for measuring the hardness of materials
US4019376A (en) * 1974-09-11 1977-04-26 Kabushiki Kaisha Akashi Seisakusho Hardness tester
US4157655A (en) * 1977-11-03 1979-06-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Coal-shale interface detection system
SU1573393A1 (en) * 1985-03-05 1990-06-23 Всесоюзный Заочный Политехнический Институт Method of determining hardness of materials
SU1619114A1 (en) * 1987-09-29 1991-01-07 Научно-Исследовательский Институт Интроскопии Method and apparatus for determining strength of glass-fiber composite materials from stapeled quartz fiber
RU2128330C1 (en) * 1997-01-08 1999-03-27 Беленький Дмитрий Михалевич Method determining technological and operational properties of materials and gear for its implementation
RU2145071C1 (en) * 1998-06-29 2000-01-27 Открытое акционерное общество "ГАЗ" Process determining mechanical characteristics of materials and device for its implementation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2193768C1 (en) * 2001-05-30 2002-11-27 Южно-Уральский государственный университет Procedure controlling mechanical characteristics of materials
RU2258211C1 (en) * 2004-03-31 2005-08-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ Method of determining dynamical hardness of materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Maji et al. Smart prestressing with shape-memory alloy
Bhalla et al. Prognosis of low-strain fatigue induced damage in reinforced concrete structures using embedded piezo-transducers
CN101975701B (en) Concrete fracture test system and test method thereof
RU2438137C1 (en) Method and apparatus for calibrating acceleration and force sensors
EP4018171B1 (en) A system and a method for monitoring material fatigue
Gong et al. Fracture behavior and acoustic emission characteristics of reinforced concrete under mixed mode I-II load conditions
RU2170415C1 (en) Method of monitoring of mechanical characteristics of materials
CN111579403A (en) Unidirectional dynamic tensile experiment method for brittle material
JP7609372B2 (en) Load test method and analysis system
CN103018123A (en) High-speed loading material dynamic indentation experimental method
RU2079831C1 (en) Method of determination of mechanical characteristics and device for its implementation
KR100561065B1 (en) Crack position detection method of material using sensor
JP2005181302A (en) Method and apparatus for detecting breakage of reinforcing steel bars in concrete structures
Bouja et al. The use of acoustic emission technique for identification of failures of tensioned grouted rock anchors
RU2039353C1 (en) Method of measuring concrete strength
Nicholas et al. Shear-strain-rate effects in a high-strength aluminum alloy: Paper describes the results of experiments on a high-strength aluminum alloy, which were undertaken to determine whether incremental plastic waves propagate in such an apparently rate-independent material in the manner predicted by the rate-independent theory
Church et al. Spallation in the Alloy Ti‐6Al‐4V
Tao et al. An automatic fuzzy monitoring method of underground rock moisture permeation damage based on MAE fractal
RU2193768C1 (en) Procedure controlling mechanical characteristics of materials
Tham et al. Yield strength and flow stress measurements of tungsten sinter alloys at very high strain rates
Dear A Charpy impact and frozen tongue evaluation of acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) copolymer
Williamson A split Hopkinson pressure bar technique for measuring the stress relaxation behavior of polymers on microsecond timescales
Vormwald et al. EXAMINATION OF SHORT‐CRACK MEASUREMENT AND MODELLING UNDER CYCLIC INELASTIC CONDITIONS
JPH05112923A (en) Evaluating method for natural ground with ae measurement
Kapoor A mechanics model of erosion of ductile materials by backward extrusion