SU1619110A1

SU1619110A1 - Method of mechanical tests of materials for brittle failure and crack resistance

Info

Publication number: SU1619110A1
Application number: SU884420566A
Authority: SU
Inventors: Владимир Алексеевич Шапочкин; Екатерина Владимировна Шапочкина
Original assignee: Всесоюзный заочный машиностроительный институт
Priority date: 1988-05-04
Filing date: 1988-05-04
Publication date: 1991-01-07

Abstract

Изобретение относитс к испытательной технике и может быть использовано дл механических испытаний материалов на хрупкое разрушение и трещиностойкость. Цель изобретени - повышение точности оценки предельного состо ни материала на стадии образовани и развити трещин. В пазу полуматрицы 1 устанавливают дво ковыпуклую линзу 2 из упругого материала с центральным отверстием, в верхней и нижней част х которой последовательно размещают центрирующую прокладку 3, упор 4, компенсирующую прокладку 5, опоры 6, образец 7 с надрезом 8 и датчиками 11, а также фигурную прокладку 9 с отверстием , в котором установлен пуансон 10. На линзу 2 устанавливают полуматрицу 12, отверстие 13 которой предназначено дл электоровводов датчиков 11. Нагружение образца 7 осуществл ют путем приложени сжимающих усилий к полуматрицам 1, 12 и создани внешнего давлени в линзе 2. О характеристиках материала суд т по степени смыкани или раскрыти трещины, что увеличивает его сопротивл емость хрупкому разрушению, повышает трещиностойкость и позвол ет мен ть характер напр женного состо ни в локальной обла сти возникновени и развити трещины, что повышает точность оценки предельного со- сто ни .материала на стадии образовани и развити трещин. 1 ил. (/ СThe invention relates to a testing technique and can be used for mechanical testing of materials for brittle fracture and crack resistance. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the assessment of the limiting state of the material at the stage of formation and development of cracks. In the groove of the half-matrix 1, a two-convex lens 2 is installed from an elastic material with a central hole, in the upper and lower parts of which a centering pad 3, an emphasis 4, a compensating pad 5, supports 6, a sample 7 with a notch 8 and sensors 11, and also shaped gasket 9 with a hole in which the punch 10 is installed. A semi-matrix 12 is installed on the lens 2, the hole 13 of which is intended for the electrical leads of the sensors 11. The loading of the sample 7 is carried out by applying compressive forces to the semi-matrix 1, 12 and creating external pressure in the lens 2. The characteristics of the material are judged by the degree of closure or crack opening, which increases its resistance to brittle fracture, increases crack resistance, and allows changing the nature of the stress state in the local area of crack formation and development, which increases the accuracy of the estimate of the limiting content of the material at the stage of formation and development of cracks. 1 il. (/ WITH

Description

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам механических испытаний материалов на хрупкое разрушение и трещиностойкость.The invention relates to testing equipment, and in particular to methods of mechanical testing of materials for brittle fracture and crack resistance.

Цель изобретения - повышение точности оценки предельного состояния материала на стадии образования и развития трещин.The purpose of the invention is to increase the accuracy of assessing the limiting state of the material at the stage of formation and development of cracks.

На чертеже изображена схема реализации описываемого способа.The drawing shows a diagram of the implementation of the described method.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Полуматрицу 1 с фигурным пазом устанавливают на столе силового пресса (не показан). В пазу полуматрицы 1 устанавливают упругий передающий элемент, выполненный в виде двояковыпуклой линзы 2 с центральным отверстием. В одной части линзы 2 последовательно размещают центрирующую прокладку 3, упор 4 и компенсирующую прокладку 5, на которой устанавливают опоры 6 для образца 7 с предварительно изготовленным инициирующим надрезом 8. В другой части линзы 2 последовательно размещают фигурную прокладку 9 с центральным вырезом, в котором устанавливают пуансон 10, предназначенный для взаимодействия с образцом 7 со стороны, противоположной надрезу 8. На образце 7 предварительно закрепляют датчики 11. На линзу 2 устанавливают полуматрицу 12 с центральным отверстием 13 для электровводов датчиков 11.The half-matrix 1 with a figured groove is installed on the table of the power press (not shown). In the groove of the half-matrix 1, an elastic transmitting element is installed, made in the form of a biconvex lens 2 with a central hole. In one part of the lens 2, a centering gasket 3, an abutment 4, and a compensating gasket 5 are sequentially placed on which supports 6 for the sample 7 with a prefabricated initial notch are mounted 8. In another part of the lens 2, a figured gasket 9 with a central cutout is placed in series, in which a punch 10 designed to interact with the sample 7 from the side opposite to the notch 8. Sensors 11 are pre-mounted on the sample 7. A half-matrix 12 with a central hole 13 is mounted on the lens 2 electrical inputs of sensors 11.

После сборки элементов упругого передающего элемента с образцом 7 и полуматрицами 1 и 12 осуществляют нагружение образца 7 путем приложения сжимающего усилия к полуматрицам 1 и 12. При этом создается внешнее давление в линзе 2, а расположенные в отверстии последней прокладки 3, 5, 9 и упор 4 позволяют осуществить силовой контакт пуансона 10 с образцом 7 и получить при этом требуемый уровень внешнего давления. Увеличение поперечной изгибающей силы зависит от отношения площадей контакта пуансона 10 и площади контакта последнего с прокладкой 9, а также от отношения упругих характеристик пуансона 10 и линзы 2. Интенсивность нагружения определяется также толщиной прокладок 3. 5 и 9 и их механическими свойствами. Изменением этих параметров осуществляют испытание образцов на хрупкое разрушение и трещиностойкость при различных напряженных состояниях и различных условиях внешнего давления. В процессе испытания в качестве характеристик материала образца 7 используют степень смыкания исходного надреза 8 от воздействия внешнего давления или степень раскрытия надреза 8 от изгиба, по которым судят о свойствах материала.After assembling the elements of the elastic transmitting element with the sample 7 and half-matrices 1 and 12, loading of the sample 7 is carried out by applying a compressive force to the half-matrices 1 and 12. In this case, external pressure is created in the lens 2, and the stops located in the hole of the last gasket 3, 5, 9 and the stop 4 allow the force contact of the punch 10 with the sample 7 and to obtain the required level of external pressure. An increase in the transverse bending force depends on the ratio of the contact areas of the punch 10 and the contact area of the latter with the gasket 9, as well as the ratio of the elastic characteristics of the punch 10 and lens 2. The intensity of loading is also determined by the thickness of the gaskets 3. 5 and 9 and their mechanical properties. By changing these parameters, the samples are tested for brittle fracture and fracture toughness under various stress conditions and various external pressure conditions. During the test, as the characteristics of the material of the sample 7, the degree of closure of the initial notch 8 from the influence of external pressure or the degree of opening of the notch 8 from bending are used, according to which the properties of the material are judged.

При испытании образцов на осевое растяжение плоских образцов с центральной трещиной, осевое растяжение цилиндрических образцов с кольцевой трещиной, внецентренное растяжение образцов с краевой трещиной, на осевое сжатие, используют упоры и прокладки соответствующей формы, для которых в упругом передающем элементе изготавливают соответствующие вырезы и отверстия.When testing specimens for axial tension of flat specimens with a central crack, axial tension of cylindrical specimens with an annular crack, eccentric tension of specimens with an edge crack, for axial compression, use stops and gaskets of the corresponding shape, for which corresponding cuts and holes are made in the elastic transmitting element.

Пример. Проводились механические испытания стандартных макрообразцов размером 10 х 20 х 50 мм, изготовленных из сверхтвердых и особопрочных материалов на поперечный изгиб под давлением до 100 кбар для определения характеристик хрупкого разрушения и трещиностойкости. Размеры и форма надреза и размеры усталостной трещины: 1 х 8 мм, 30°, I = 2 0 мм. Расстояние между опорами 40 мм. Размеры двояковыпуклой линзы упругого передающего элемента: диаметр 120-150 мм. толщина 40-50 мм, размер центрального отверстия 10 х 50 мм. Для создания давления в линзе до 100 кбар использовался пресс усилием 10 тыс.т. При этом максимальная величина поперечной изгибающей нагрузки составила 5-10 т.Example. Mechanical tests were carried out on standard macro samples of 10 x 20 x 50 mm in size, made of superhard and extra-strong materials for transverse bending under pressure up to 100 kbar to determine the characteristics of brittle fracture and crack resistance. Dimensions and shape of the notch and dimensions of the fatigue crack: 1 x 8 mm, 30 °, I = 2 0 mm. The distance between the supports is 40 mm. Sizes of a biconvex lens of an elastic transmitting element: diameter 120-150 mm. thickness 40-50 mm, the size of the central hole 10 x 50 mm. To create pressure in the lens up to 100 kbar, a press of 10 thousand tons was used. The maximum value of the transverse bending load was 5-10 tons.

Наличие высокого внешнего давления в ряде случаев приводило к хрупкопластическому разрушению или к классической схеме изгибной деформации образцов. При давлении в 100 кбар прочность материала образцов возросла в 2-5 раз.The presence of high external pressure in some cases led to brittle plastic failure or to the classical scheme of bending deformation of samples. At a pressure of 100 kbar, the strength of the material of the samples increased by 2-5 times.

Таким образом, использование в способе внешнего давления, обеспечивающего увеличение сопротивляемости хрупкому разрушению и увеличению трещиностойкости позволяет менять характер напряженно^го состояния в локальной области возникновения и развития трещины, что повышает точность оценки предельного состояния материала на стадии образования и развития трещин.Thus, the use in a method of external pressure, providing an increase resistance to brittle fracture and fracture toughness increase allows to change the nature of the stress state ^g in the local area and occurrence of a crack, which improves the accuracy of estimation of the limit state of the material at the formation and development of cracks.

Claims

Claim

The method of mechanical testing of materials for brittle fracture and crack resistance, according to which a specimen with a crack is mounted on the supports, load it with an elastic transmitting element and a punch with a bending load until fracture, and fracture characteristics are determined by which the properties of the material are judged, which differs in that. what. in order to improve the accuracy of assessing the ultimate state of the material at the stage of crack formation and development, the elastic transmitting element is made of two parts, the supports are placed with the help of corresponding stops and shaped gaskets in one part of the elastic element, the punch is placed 5 in the figured hole of the other part with the appropriate gaskets elastic element, parts of the elastic element are installed in the figured grooves of the semi-matrixes to create pressure, the loading of the sample is carried out by applying compressive forces to the floor atritsam and creating external pressure in the elastic element and fracture characteristics as the degree of closure is used the initial crack from influence of external pressure and the degree of opening of the crack on bending.