10

Тема: Визначення характеристики тріщиностійкості матеріалів згином балкових зразків.

Прилади і матеріали: Універсальна випробувальна машина FP-100/1, штангенциркуль, блок живлення ВИП-009, самописець ПДА-01, тензометричні перетворювачі деформацій, балковий зразок з тріщиною, мікроскоп ММИ.

Мета роботи: Освоїти методику розрахунку характеристики тріщиностійкості матеріалів на балковому зразку за силовою схемою триточкового згину.

1. Короткі теоретичні відомості.

Напружено-деформований стан біля вершини тріщини в твердому тілі, при умові, що пластичні деформації локалізовані в достатньо малій області, визначається коефіцієнтом інтенсивності напружень (КІН). Цією характеристикою контролюється весь процес руйнування матеріалу. Зокрема, старт тріщини почнеться тоді, коли величина КІН для даного матеріалу досягне критичного значення , яке визначається експериментальним шляхом.

Для визначення характеристики тріщиностійкості матеріалу деталей машин та елементів конструкцій, які працюють на згин, з метою достовірності імітації їх роботи, використовують балковий зразок з боковою штучно створеною тріщиною. Зразок випробовують за силовою схемою триточкового згину при статичному навантаженні. Він простий у виготовленні і не потребує значних руйнуючих зусиль.

Крім цього на вибір для досліджень такого типу зразка впливає наявність відповідного обладнання, заготовок та інші фактори. При визначенні критичного коефіцієнту інтенсивності напружень на балковому зразку з боковою тріщиною за силовою схемою триточкового згину на самописі ПДА-01 записують діаграму руйнування "зусилля Р – зміщення берегів тріщини V". Тангенс кута нахилу лінійної ділянки діаграми повинен бути в межах 1-3, а масштаб збільшення по осі зміщення – 300:1. По діаграмі визначають зусилля і , які необхідні для розрахунку і . Існує кілька можливих типів діаграм руйнування, основні з яких приведені на рис. 1.

Д іаграма типу І характеризується розміщенням вершини зліва від прямої ОВ, нахиленої до осі абсцис (зміщення V) під кутом, тангенс якого на 5%, менший від тангенс а кута нахилу дотичної ОА до початкової лінійної ділянки діаграми. Руйнування зразка проходить в точці С. Ця діаграма характерна для крихкого виду руйнування (зразки значної товщини), термооброблені зразки певної товщини з низькою температурою відпуску, чавуни.

Діаграма типу ІІ характеризується наявністю локального максимуму навантаження (точка Д), який знаходиться зліва від прямої ОВ. Руйнування зразка проходить в точці С діаграми, розміщено;: справа від прямої ОО, нахиленої до осі V під кутом, тангенс якого на 30% менший ніж тангенс кута нахилу дотичної ОА Така діаграма характерна для квазікрихких сталей.

Для діаграми типу ІІІ характерна наявність максимуму навантажень – точка С, що відповідає руйнуванню зразка і лежить зліва від прямої OG.

Діаграма типу ІV представляє собою криву з максимальним навантаженням в точці С. Руйнування проходить в точці діаграми, що лежить справа від точки С.

Тип І і ІІ характерний для досліджуваних чавунів. По діаграмах Р-V визначають навантаження , , , а також навантаження, де відбувається старт тріщини.  –максимальне навантаження, що діє на зразок;  – навантаження, що відповідають точці локального максимуму;  – розрахункове навантаження.

Для діаграми типу І приймають , для діаграми типу ІІ . По діаграмах ІІІ і ІVнавантаження визначають в точках перетину діаграми з 5% січною ОВ.

По значеннях розраховують величину коефіцієнту інтенсивності напружень для силової схеми триточкового згину балкового зразка

, (1)

де – коефіцієнт, що враховує геометрію зразка і довжину тріщини і визначається як ); – зусилля, яке відповідає 5% січній, Н; – відносна довжина тріщини, L₀ – відстань між опорами.

Використовуючи отримані для заданої температури випробувань значення і границю текучості визначають розрахункові параметри перерізу зразка:

. (2)

Величину прирівнюють до , якщо для діаграми Р-V типів ІІІ і ІV

1) ,

а для І і ІІ

2) , (3)

і якщо для плоских зразків виконується нерівність однієї із двох груп:

1) , . (4)

2) – для діаграм типу ІІІ і ІV і – для діаграми типу ІІ. Значення , , знаходять графічно по отриманих діаграмах із врахуванням масштабу побудови діаграм.

Якщо приведені нерівності не задовольняються, то для визначення необхідно випробувати зразки більшої товщини. Якщо немає можливості виготовити зразки більших перерізів, то для оцінки тріщинотривкості пластичних матеріалів, що характеризуються діаграмами ІІІ і ІV типів, використовують характеристику або застосовують деформаційний критерій – критерій критичного розкриття тріщини в її тупиковій частині. Цей критерій визначають для точки С.