способ определения динамического предела текучести
Классы МПК: | G01N3/00 Исследование прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий |
Автор(ы): | Гонтарь А.С., Костин В.М., Власов Н.М., Смирнов Л.Г., Коноплев Е.Е. |
Патентообладатель(и): | Государственный научно-исследовательский институт Научно- производственного объединения "Луч" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-04-04 публикация патента:
20.07.2002 |
Изобретение относится к определению механических свойств материалов, а именно к способам определения предела текучести. Изобретение заключается в нагружении образца до появления пластических деформаций на его поверхности, измерении суммарной остаточной деформации поверхности образца, дальнейшем определении перепада температур в зоне воздействия теплового потока, скорости деформации, накопления пластической деформации за время нагружения и определении по полученным данным динамического предела текучести. При этом нагружение осуществляют сериями локальных импульсных воздействий теплового потока с различным сочетанием плотности потока и времени экспозиции, а указанное сочетание выбирают из условия равенства максимальных температур в зоне воздействия теплового потока для каждой серии. При нагружении можно поддерживать заданную среднемассовую температуру образца дополнительным воздействием расфокусированного теплового потока на поверхность образца, не подверженную локальному импульсному воздействию. Данное изобретение позволяет определять динамический предел текучести материалов при высокой температуре в условиях неравномерного нагрева при одновременном снижении стоимости испытаний. 1 з.п.ф-лы.
Формула изобретения
1. Способ определения динамического предела текучести, включающий нагружение образца до появления пластических деформаций на его поверхности и измерение суммарной остаточной деформации поверхности образца, отличающийся тем, что нагружение осуществляют сериями локальных импульсных воздействий теплового потока с различным сочетанием плотности потока и времени экспозиции, а указанное сочетание выбирают из условия равенства максимальных температур в зоне воздействия теплового потока для каждой серии, расчетным путем определяют перепад температур в зоне воздействия теплового потока, скорость деформации, накопление пластической деформации за время нагружения и по полученным данным определяют динамический предел текучести. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при нагружении поддерживают заданную среднемассовую температуру образца дополнительным воздействием расфокусированного теплового потока на поверхность образца, не подверженную локальному импульсному воздействию.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к определению механических свойств материалов, а более конкретно к способам определения предела текучести. Известен способ определения предела текучести, при котором испытания проводят в условиях воздействия осевыми сжимающими усилиями, статически нагружая образцы со скоростями деформации до ~ 10-5 1/с, измеряют деформации и напряжения, а по полученным результатам судят о пределе текучести материала (патент РФ 2040784, МПК G 01 N 3/08, G 01 N 3/24, з. 03.02.93). Однако применение данного способа ограничено указанными скоростями деформаций, не отвечающим условиям динамического нагружения. Кроме того, для получения достоверных результатов необходимо проведение большого количества дорогостоящих экспериментов, так как образец подвергается лишь однократному испытанию. Известен также способ Тейлора и Уиффина определения динамического предела текучести по измерению остаточных деформаций в прямом круговом цилиндре после его удара о жесткую преграду. Способ основан на предположении об одномерном распространении волн при упругопластическом состоянии материала. Динамический предел текучести определяется путем сравнения результатов измерений с результатами, полученными расчетным путем на основе двумерной конечно-разностной схемы (Т. Николас. Поведение материалов при высоких скоростях деформации. Сб. "Динамика удара". Перев. с англ., М.: Мир, 1985 г., стр. 229). Однако этот способ не позволяет определять динамический предел текучести при высоких температурах, а также при неравномерном распределении температуры в объеме образца. Кроме того, как и в случае аналога для получения достоверных результатов, необходимо проведение большого количества экспериментов. Задачей изобретения является определение динамического предела текучести материалов при высокой температуре в условиях неравномерного нагрева при одновременном снижении стоимости испытаний. Для решения поставленной задачи изобетерия предложен способ определения динамического предела текучести, включающий нагружение образца до появления пластических деформаций на его поверхности и измерение суммарной остаточной деформации поверхности образца, причем нагружение осуществляют сериями локальных импульсных воздействий теплового потока с различным сочетанием плотности потока и времени экспозиции, а указанное сочетание выбирают из условия равенства максимальных температур в зоне воздействия теплового потока для каждой серии, расчетным путем определяют перепад температур в зоне воздействия теплового потока, скорость деформации, накопление пластической деформации за время нагружения, и по полученным данным определяют динамический предел текучести. При нагружении можно поддерживать заданную среднемассовую температуру образца дополнительным воздействием расфокусированного теплового потока на поверхность образца, не подверженную локальному импульсному воздействию. При импульсном нагружении образца макродеформация его поверхности постепенно накапливается за время испытаний, измерения, проведенные после эксперимента, позволяют фиксировать остаточную деформацию поверхности, накопленную в течение десятков тысяч термоциклов нагружения. Таким образом, результаты измерений обобщают серию экспериментов, осредняя погрешности каждого отдельного измерения, что облегчает проведение измерений и позволяет более точно, по сравнению с прототипом, определять динамический предел текучести. Проведение нагружения сериями с различным сочетанием плотности теплового потока и времени экспозиции, обеспечивающим равенство температур в зоне теплового воздействия, позволяет изменять только скорость нагружения, которую можно определять расчетным путем в каждой серии импульсных тепловых нагружений, что позволяет получать зависимость предела текучести от скорости деформации. При этом постоянный уровень среднемассовой температуры образца можно поддерживать выбором времени пауз между экспозициями. Для расчетов поля температур в образце и скорости деформации может использоваться, например, метод конечных элементов ("Метод конечных элементов в технике". О. Зенкевич, М.: Мир, 1975, 541 с.). Для расчетов накопления пластической деформации может быть использована, например, методика, изложенная в монографии "Малоцикловая прочность оболочечных конструкций" авторов Гусенкова А.П., Москвитина В.Н., Хорошилова В.Н., М. : Наука, 1989, 254 с. В приведенном источнике показано, в частности, что при скорости деформации более 10 1/с коэффициент повышения динамического предела текучести относительно статического предела текучести может превышать 5-ти кратное значение для тугоплавких материалов. Локальный нагрев поверхности образца позволяет проводить серии различных испытаний, отличающихся друг от друга скоростью нагружения или уровнем температур на одном образце. Кроме того, локальный нагрев позволяет получать существенно неравномерное поле температур в объеме образца. Так, например, при плотности теплового потока ~ 1000 Вт/мм2 и временах воздействия ~ 10-4 с (что соответствует режимам нагружения анодов в рентгеновских трубках) можно получить в зоне приложения потока температуры, превышающие 2000oС, тогда как среднемассовая температура образца при этом может быть менее 500oС. Для сохранения неизменных условий нагружения при проведении экспериментов необходимо поддерживать постоянную среднемассовую температуру образца. Эта проблема особенно актуальна при небольшой теплоемкости образца и высокой температуре его разогрева. Для поддержания заданной среднемассовой температуры постоянной в течение эксперимента на его поверхность воздействуют расфокусированным тепловым потоком, который из-за низкой плотности и воздействия на поверхность, не подверженную локальному импульсному нагружению, практически не искажает результаты измерений остаточной деформации в зоне интенсивного локального теплового воздействия. Меняя плотность теплового потока, площадь зоны его приложения и условия охлаждения образца, можно получать распределение температуры в образце, моделирующее распределение температуры в реальных изделиях при их эксплуатации в конструкциях, подверженных высокотемпературному воздействию, что позволяет проводить определение предела текучести для конкретных условий работы различных конструкций. Кроме того, определять предел текучести по предлагаемому способу можно по результатам измерений деформаций поверхностей конкретных изделий, подверженных тепловому воздействию при их эксплуатации или после проведения испытаний. Пример конкретного исполнения. Проводились испытания на образцах из молибдена цилиндрической формы диаметром 25 мм, толщиной 5 мм в условиях теплового воздействия, моделирующего условия эксплуатации вращающегося анода в рентгеновской трубке для маммографии. Торцевая поверхность образца в зоне площадью 1 мм2 подвергалась тепловому воздействию в электронно-лучевой установке ЭЛУ-5, время экспозиции составляло (2-5)![способ определения динамического предела текучести, патент № 2185610](/images/patents/285/2185006/8226.gif)
Класс G01N3/00 Исследование прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий