Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология испытаний технических систем. Учебное пособие.pdf
2. Чистый изгиб в одной плоскости круглых и некруглых образцов.
3. Поперечный изгиб при вращении круглых образцов.
4. Поперечный изгиб в одной плоскости круглых и некруглых образцов.
5. Поперечный изгиб круглых образцов при вращении.
6. Переменное растяжение-сжатие круглых и некруглых образцов.
7. Переменное кручение круглых образцов.
Формы и размеры образцов для испытаний устанавливаются стандар-
том. Поверхность рабочей части образцов не должна иметь следов коррозии, окалины, цветов побежалости. В пределах серии испытаний технология изготовления образцов должна быть одинаковой. Все образцы одной
серии испытывают на однотипных испытательных машинах.
Суммарная погрешность при нагружении не должна превышать 3 %
от величины задаваемых напряжений. На уровне предела выносливости
должно быть испытано не менее двух образцов.
При испытаниях на усталость также различают:
а) испытания на усталость при повышенной и пониженной темпера-
турах;
б) испытания на усталость в условиях агрессивных сред;
в) испытания на усталость в малоцикловой области.
Испытания на усталость при повышенной и пониженной темпера-
турах производят при тех же видах деформации и на тех же образцах, что
и при нормальной температуре. Температуру испытаний контролируют
с учетом влияния тепла самого образца. Термопары, как правило, закрепляют на образце.
Испытания на усталость в условиях агрессивной среды проводят при
тех же видах деформации и на тех же образцах, что и при отсутствии
агрессивной среды. Образец должен непрерывно находиться в газовой или
жидкой агрессивной среде.
Испытания на усталость в малоцикловой области производят на пе-
ременный изгиб, растяжение-сжатие и кручение. Частоту циклов нагружения устанавливают в зависимости от предъявляемых требований, но не
более 50 циклов в минуту. Верхний уровень напряжений или деформаций
61
выбирают на уровне 0,7 соответствующего разрушающего фактора или на
уровне 0,7 предела прочности при растяжении исследуемого материала.
Испытывают не менее пяти образцов на одном уровне нагружения.
Машины для испытаний на усталость должны иметь варьируемую
жесткость в пределах 50‒300 кН/мм. Для регистрации деформаций и нагрузок во времени и по числу циклов используют автоматические самопишущие приборы. Погрешность измерений, регистрации и поддержания
температур не должна превышать ±1 % заданного максимального значения температуры в течение всего процесса испытаний.
5.2. ИСПЫТАНИЯ НА УДАРНУЮ ПРОЧНОСТЬ
В условиях эксплуатации конструкций часто возникают ударные воздействия, например при переезде транспортных средств через выбоины,
при переезде вагоном рельсовых стыков, при взлете и посадке самолетов
и т. п. Попадание в цель и взрыв снарядов, высокоскоростная обработка
материалов также приводят к ударным нагрузкам. В таких случаях для характеристики поведения материала прибегают к испытаниям с использованием ударных нагрузок.
Основная задача ударных испытаний – это проверка способности изделия выполнять свои функции во время ударного воздействия и после
него, т. е. сохранять основные параметры при ударном воздействии в пределах, указанных в нормативных документах. При испытаниях ударные
воздействия имитируют таким образом, чтобы они достаточно точно соответствовали ударным воздействиям при эксплуатации изделия. Для
имитации ударных воздействий в настоящее время применяют три основных метода:
1) точно имитируют ударное воздействие. Метод требует в большин-
стве случаев либо создания новых ударных установок, либо доработки
имеющихся испытательных средств для воспроизведения заданных характеристик ударного воздействия;
2) имитируют реакцию изделия на ударное воздействие, которое оно
испытывает в реальных условиях. В этом случае не важен вид ударного
62
R
L
H
45о 45
о
Рис. 5.9. Формы образцов с концентраторами напряжений:
воздействия при эксплуатации изделия, а важно, какую реакцию у изделия
вызвало это воздействие;
3) имитируют ударное воздействие, которое позволило бы в испыты-
ваемом объекте иметь такие же повреждения, как и в реальных условиях
эксплуатации.
Различают следующие виды ударных испытаний изделий:
а) на ударную прочность при многократном ударном воздействии,
транспортировке и падении, воздействии одиночных ударов;
б) на ударную устойчивость при воздействии многократных ударов;
в) для определения частотных характеристик изделия методом удар-
ного нагружения;
г) модельные испытания.
Кроме того, различают испытания на ударное растяжение и на удар-
ный изгиб (рис. 5.9, 5.10).
Испытание на ударное растяжение используют для определения ме-
ханических свойств (прочности и пластичности) материала при высоких
скоростях деформирования (скорость перемещения захвата 10 м/с и более). Испытания проводят на образцах с надрезом, имеющим угол 60о.
Испытание на ударный изгиб проводят при пониженной, комнатной
или повышенной температурах; основано на разрушении образца с концентратором напряжений.
L = 55 мм; Н = 10 мм; R = 1 мм
63
( )
1
2cos
1
2 ghgl =α−
=υ
h2
h
1
β
α
1
2
1 – положение «маятник взведен»;
Рис. 5.10. Расположение образца на опорах маятникового копра
Концы образца располагают на опорах маятникового копра (метод
Шарпи).
2 – положение «после разрушения
образца»
Удар маятника должен производиться по стороне образца без надреза.
Скорость маятникового копра в момент соударения определяют по
формуле
где g – ускорение свободного падения;
l – расстояние между центром вращения и серединой образца;
α – угол падения маятника;
h1 – высота падения маятника.
В маятниковых копрах скорость соударения маятника обычно лежит
в интервале от 5 до 7 м/с. Основными параметрами удара, характеризующими работу ударных стендов, являются:
‒ пиковое значение ускорения при ударе;
‒ начальная скорость соударения;
‒ длительность ударного импульса;
‒ амплитуды возникающих после удара колебаний;
‒ время между ударами или число ударов в единицу времени.
,
64
D – длительность импульса;
D 0 t
A
D 0 t A D
0 t A
Кроме того, существенное значение имеет также форма задаваемого
ударного импульса. В настоящее время наибольшее распространение получили следующие формы импульсов:
1) треугольная (пилообразная)
2) полусинусоидальная
3) трапецеидальная
А – ускорение импульса (max)
Выбор формы импульса зависит от многих факторов. В тех случаях,
когда интерес представляет только низкочастотная характеристика спектра удара, можно использовать любую форму импульса, поскольку спектры удара будут мало отличаться друг от друга.
В табл. 5.2 приведены характеристики импульсов.
Испытания на ударный изгиб имеют наибольшее значение для определения сопротивления хрупкому разрушению вязких металлических
и высокополимерных материалов. Этот метод является самым распространенным (после испытаний на растяжение) сдаточным испытанием материала.
65
А,
D,
Скорость импульса, м/с
треугольный
полусинусоидальный
трапецеидальный
15
11
0,81
1,03
1,46
30
18
2,65
3,37
4,77
30
11
1,62
2,06
2,91
30 6 0,88
1,12
1,59
50
11
2,69
3,43
4,86
50 3 0,74
0,93
1,32
100
11
5,39
6,86
9,71
100 6 2,94
3,74
5,30
200 6 5,88
7,49
10,60
200 3 2,94
3,74
5,30
500 1 2,15
3,12
4,42
1000 1 4,90
6,24
8,83
1500
0,5
3,68
4,68
6,62
3000
0,2
2,94
3,74
5,30
0
A
W
a
k
k
=
Таблица 5.2
Характеристики импульсов
м/с2
м·с
– – предпочтительные.
В качестве характеристики вязкости материала при испытаниях на
ударный изгиб определяется необходимая для разрушения образца работа Wк по разности энергий маятникового копра до и после удара:
Wk = G(h1 – h2) = Gl(cosβ – cosα),
где G – масса маятникового груза, Дж.
В обычных маятниковых копрах с запасом работы от 150 до 3000 Дж
скорость соударения маятникового груза лежит в интервале, как уже отмечалось, от 5 до 7 м/с.
В ротационных копрах скорость удара может достигать 200 м/с.
Стандартные маятниковые копры имеют шкалу, которая непосредственно
показывает расходуемую работу. В общем случае принято работу удара Wk делить на измеренную до испытаний площадь поперечного сечения
образца А0. Этот параметр
называется ударной вязкостью.
66
TT
T
CmT⋅
=
π
=ω
12
TT
CmT⋅π==τ
2
h
1
2
3
Рис. 5.11. Схема испытания образца на удар:
направление
движения
Главная задача ударных испытаний заключается в том, чтобы испытываемый образец подвергнуть ударному воздействию, близкому к реальному. В ударных установках, предназначенных для создания ударных воздействий (импульсов) с достаточно большим ускорением, используют кинетическую энергию свободно падающего тела. При этом ударные им-
пульсы возникают, когда масса, движущаяся со скоростью
вается пластическим телом (рис. 5.11).
1 – испытательный объект массой mр; 2 – платформа для закрепления
испытываемого объекта массой m
; 3 – деформируемая деталь (CТ, hТ)
Т
υ
, затормажи-
0
Пиковое значение ускорения зависит от собственной частоты колебаний системы «деформируемая деталь – масса» и от скорости в момент
контакта падающего тела:
ao = ω
Tυo
,
,
где СТ – жесткость деформируемой детали.
В технике ударных испытаний промежуток времени между началом
и концом ударного процесса называют длительностью действия ударного
ускорения и обозначают τ.
В данном случае это соответствует половине длительности периода Т:
67
.
τ
π
≤
⋅=ωCm
1
( )
oTF
ammF
⋅τ
π
≤
2
2
1
mp mT
CT , hT
m
CF, hF
В связи с довольно большими силами, воздействующими на основа-
ния ударных установок, большинство из них требует изоляции от воздействия удара. Если ударная установка размещена на фундаменте глубокого
заложения (рис. 5.12), собственная частота колебаний которого удовле-
творяет условию
, то максимальное усилие, действующее
на основание ударной установки, может быть определено по формуле
.
F
Рис. 5.12. Схема работы ударной установки
Все многообразие ударных испытательных стендов можно классифи-
цировать по следующим признакам:
– по способу создания ударного ускорения ао;
– виду направляющих устройств, предназначенных для перемещения
платформы с испытываемым изделием;
– типу тормозного устройства.
В общем виде принципиальная блок-схема ударного стенда может со-
стоять из элементов, представленных на рис. 5.13.
68
2 1 5 3 4
k(t)
k(t)
Рис. 5.13. Принципиальная блок-схема ударного стенда:
1 – испытываемый объект, укрепленный на платформе; 2 – средство разгона
испытываемого объекта для сообщения ему необходимой скорости; 3 – тормозное
устройство для создания необходимых сил сопротивления при ударе;
4 – регистрирующая аппаратура для записи параметров объекта (перегрузки k(t));
5 – датчик ударной перегрузки
В зависимости от принципа создания ударного воздействия ударные
стенды можно разделить на два основных вида:
1) стенды, действие которых основано на принципе торможения пред-
варительно разгоняемого до требуемой скорости тела;
2) стенды, действие которых основано на принципе разгона рабочего
тела до требуемой скорости.
В практике ударных испытаний наибольшее распространение получили ударные стенды первого вида. Кинетическая энергия, приобретенная
телом в процессе разгона, гасится в результате соударения с неподвижной
преградой. Длительность ударного воздействия складывается из длительности торможения ударяющего тела (активный этап удара) и длительности восстановления упругих деформаций соударяющихся тел (пассивный
69
Грузо-
Число
Максималь-
Длитель-
Принцип
Размеры
УУ-500/150
500
20‒120
150
40
120 × 120
УУ-5/1000
5
5‒80
1000
1,5‒20
210 × 250
СУ-1
*
50
5‒80
150
1,5‒12
285 × 452
ТТ-50/500
50
10‒120
500
0,6‒20
‒
УУЭ-2/200
3
20‒80
200
1,5‒12
160
УУЭ-20/200
20
5‒80
500
1,5‒40
300
УУЭ-1/6000
1 5 6000
0,1‒1,0
80
этап удара). В конце торможения ударяющего тела скорость соударения
падает до нуля, ударное ускорение и перемещение тел относительно друг
друга достигают максимальных значений.
Ударные установки, действие которых основано на принципе торможения, могут иметь вертикальное, наклонное и горизонтальное конструкционное исполнение. Конструкция ударной установки должна обеспечивать передачу воспроизводимого ударного нагружения на испытываемое
изделие с минимальными искажениями, поэтому форму и её размеры выбирают, исходя из условий максимальной прочности и жесткости.
В зависимости от вида воспроизводимого ударного нагружения различают стенды для воспроизведения одиночного и многократно повторяющегося ударного воздействия. На ударных стендах можно воспроизводить ударное воздействие заданного вида с достаточной степенью точности, изменять характер ударного воздействия и многократно воспроизводить его, изменять основные параметры ударного воздействия, определять
частотные характеристики испытываемого изделия, исследовать его прочностные характеристики. Поэтому с экономической точки зрения ударные
испытания значительно выгоднее натурных испытаний изделия.
Параметры ударных установок для проведения испытаний представлены в табл. 5.3 и 5.4.
Таблица 5.3
Установки для испытаний на воздействие многократных ударов
Тип
подъем-
ность, кгс
ударов
в минуту
ное ускоре-
ние,
g
ность
удара, мс
работы
Механи-
стола,
мм
ческий
Электро-
динами-
ческий
*
При ускорении более 75g установка имеет большую величину наложенных ко-
лебаний, затрудняющую измерение параметров удара.
70