Библиографический список

1. ГОСТ 25.506-85. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. М.: ИС, 1984.

2. Механика разрушения: Учеб. пособие / В.С. Дронов, Г.Г. Дубенский, И.В. Троицкий; Под ред. В.С. Дронова. Тула: Изд-во ТулГУ. 1999. – 276 с.

Лабораторная работа № 5 Испытание на выносливость при многоцикловой усталости

1. Цель работы

1. Изучение методики, принципов, оборудования и устройств для проведения испытаний на выносливость, приобретения навыков проведения испытаний и статистической обработки результатов испытаний.

2. Определение предела выносливости при циклическом нагружении , показателя степени m аппроксимирующего выражения и базового перелома кривой N_G по ГОСТ 25.502-79.

2. Теоретические положения

Большинство деталей машин и конструкций работают в условиях циклических силовых воздействий, поэтому обеспечение циклической прочности является всегда актуальной задачей проектирования. Выполняется такое требование сопоставлением расчетных параметров циклического нагружения (амплитуды, средние напряжения, коэффициент асимметрии, влияющие факторы и т.д.) со значениями усталостных разрушающих параметров, определяемых экспериментально при усталостных испытаниях [1].

В основе испытаний на усталость находится представление о зависимости числа циклов N от амплитуд максимальных напряжений , выражающееся аппроксимирующей зависимостью (3.1), представленной на рис. 3.1.

. (3.1)

а б

Рис. 3.1. Кривая усталости: а – в линейных координатах; б – в логарифмических координатах

Для экспериментального построения такой кривой чаще всего используют метод испытания сверху-вниз с последовательным снижением амплитуд напряжений до значения предела выносливости на базе испытания N_Б = 5·10⁶ ÷ 10·10⁶ циклов. Максимальное амплитудное напряжение, отвечающее этому условию, принимается за предел выносливости, если три образца, испытанные на этом уровне, не разрушились.

Различают два вида испытаний на усталость в зависимости от объема испытаний [2, 3]: первый – малообразцовые (~ 15 шт) с построением линии регрессии по методу наименьших квадратов; и второй – многообразцовые (~ 50-80 шт) с построением серии кривых усталости, отвечающих заданным доверительным интервалам вероятности разрушения. Первый вид испытаний рекомендуется в случае гарантирующим минимальный разброс свойств материала в связи с производством данного материала и изготовлением образцов (например, из одного прутка), второй – для случая отсутствия такой гарантии (например, для марки материала, включающей поставки разных плавок, разных производителей и т. д.).

3. Оборудование и инструмент

1. Испытательная машина УКИ-6000, описание устройства, инструкция для работы.

2. Образцы стали для испытаний.

3. Измерительный инструмент.

4. Инструмент для обслуживания.

4. Порядок выполнения работы

4.1. Сделать выписку (можно копию) из ГОСТ 25.502-79 о порядки проведения испытаний на усталость при циклическом нагружении, требования к испытательным машинам, способ подготовки образцов к испытаниям, проведение испытаний, расчет характеристик усталости., обработка результатов.

4.2. Изобразить чертеж образца с указанием размеров (рис. 3.2), снять размеры с образца и подготовить образец для испытаний.

4.3. Произвести расчетную оценку предела выносливости для гладкого образца по формуле

. (3.2)

4.4. Диапазон амплитуд напряжений от предполагаемого предела выносливости до значения предела текучести разбить на несколько уровней амплитуд напряжений из расчета: по 3 образца на каждом уровне при малообразцовых испытаниях и по 10…15 при многообразцовых испытаниях.

4.5. Провести испытания (см. инструкцию), занося данные испытаний в таблицу протокола (табл. 3.1) усталостных испытаний и нанося на график точки, соответствующие разрушению (нанесение данных на график в логарифмических координатах позволяет во время испытаний производить визуальную линейную экстраполяцию в область предела усталости и интерполяцию в промежуточных участках).

	Тип I
	Тип II
	Тип III

Рис. 3.2. Формы и тип образцов для испытаний на консольный (поперечный) изгиб с вращением

4.6. Провести статистическую обработку результатов: для малообразцовых испытаний по методу наименьших квадратов отклонений с определением уравнения линейной регрессии

, (3.3)

где и - текущие координаты линии регрессии; - коэффициент корреляции; - критерий Стьюдента (см. приложение).

4.7. Нанести на график линию регрессии и доверительные интервалы вероятности до разрушения 5% и 95%.

4.8. По линии регрессии определить показатель степени m аппроксимирующей зависимости (3.1) и координату базового перелома кривой N_G .

4.7. Провести статистическую обработку результатов: для многообразцовых испытаний (порядок проведения и примеры см. [2, 3].

5. Оформление отчета

5.1. Представить график кривой усталости и параметры аппроксимирующего выражения, таблицу статистической обработки данных испытания, вычисления параметров линии регрессии и корреляционное уравнение.

5.2. Выводы.

Таблица 3.1. Результаты испытаний на усталость стали_________________

Термообработка___________________________________________________

Характеристики мех.свойств:

Машина УКИ – 6000, коэффициент асимметрии R= -1, частота 50 Гц

№ п/п	Амплитудное напряжение	Число циклов до разрушения, N	Примечание
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ГОСТ 25.502-79. Методы испытаний на усталость. М.: ИС, 1981.

2. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний. М.: Металлургия, 1978. - 302 с.

3. Степнов М.Н., Шаврин А.В. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. 2-е изд., испр. и доп. – М.: Машиностроение, 2005. – 400 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Определение параметров изломов при хрупком, квазихрупком,

вязком и усталостном разрушениях

1. Цель работы

Изучение систематизации основных видов изломов металлов, разрушенных при различных условиях нагружения, установление основных признаков идентификации видов изломов для оценки характера и причины разрушения.

2. Теоретические положения

2.1 .Основные термины и понятия

Основные термины используются при описании макро- и микроизломов позволяют однозначно характеризовать наблюдаемую картину разрушенного элемента конструкции [1].Ниже приведены основные термины, комментарии и иллюстрации к ним.

ИЗЛОМ - поверхность раздела, возникающая при разрушении элемента конструкции.

МАКРОСТРОЕНИЕ (МАКРОРЕЛЬЕФ) ИЗЛОМА набор элементов поверхности разрушения, различимых при визуальном рассмотрении или с небольшим увеличением (50^х) см. рис. 1.

Рис. 1. Усталостный излом шатунной шейки коленчатого вала и схема строения

макроизлома: 1– очаг разрушения; 2– ступеньки и рубцы; 3– усталостные линии;

5– зона долома

ЗОНА ИЗЛОМА - участок поверхности однородного рельефа, отличающийся от других участков.

ОЧАГ РАЗРУШЕНИЯ - место зарождения разрушения.

РУБЦЫ - линии на изломе, представляющие собой следы слияния отдельных, близко расположенных соседних трещин, распространяющихся в одном направлении (как правило, от очага разрушения).

СТУПЕНЬКА - след слияния двух трещин, распространяющихся в различных направлениях.

УСТАЛОСТНЫЕ ЛИНИИ - система линий, распространяющихся перпендикулярно от очага разрушения с примерно одинаковыми или увеличивающимся интервалами и представляющих отметки фронта трещины (остановки, торможения) на определенной стадии развития трещины.

МАГИСТРАЛЬНАЯ ТРЕЩИНА - трещина, приводящая к окончательному разрушению.

ЗОНА ДОЛОМА - участок излома, соответствующий окончательной фазе разрушения.

РАССЛОЕНИЕ - несплошности, образующиеся вдоль границ структурных элементов.

МИКРОСТРОЕНИЕ (МИКРОРЕЛЬЕФ) ИЗЛОМА - набор элементов поверхности разрушения, различимых методами световой, электронной и др. микроскопии (с увеличением более 50^х).

ФАСЕТКА - элемент поверхности разрушения с четкими границами и плоской поверхностью; разрушение часто связано с хрупким сколом по кристаллографическим плоскостям или границам зерен.

ЯМКИ - микроуглубления, представляющие вскрытые поверхности микропустот, образующихся при развитом пластическом течении.

УСТАЛОСТНЫЕ БОРОЗДКИ - элемент микрорельефа в виде впадин и выступов; по характеру распространения близок к усталостным линиям.

2.2. Классификация по макрогеометрии излома

ОДНОРОДНЫЙ ИЗЛОМ - характеризуется единой поверхностью разрушения без разделения на отдельные зоны (пример: кристаллический, волокнистый и др. изломы).

НЕОДНОРОДНЫЙ ИЗЛОМ - характеризуется наличием зон, отличающихся по макрорельефу.

ИЗЛОМ ЗВЕЗДОЧКОЙ - в виде радиальных лучей (материалы с пониженными пластическими свойствами).

ЧАШЕЧНЫЙ ИЗЛОМ - наличие центральной шероховатой матовой поверхности со скосами под углом 30°- 60° на периферии.

ШЕВРОННЫЙ ИЗЛОМ - поверхность разрушения характеризуется наличием ступенек, имеющих гиперболическую конфигурацию и в совокупности образующих рисунок шеврона или "ёлочки".

2.3. Классификация по морфологии поверхности разрушения

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ИЗЛОМ - поверхность разрушения, состоящая из блестящих плоских граней (деформации микроструктура состоит из фасеток скола и межзеренных фасеток). Разновидностями кристаллического излома являются -фарфоровидный и бархатистый (характерно для некоторых закаленных сталей).

ВОЛОКНИСТЫЙ ИЗЛОМ - поверхность разрушения шероховатая матовая с признаками пластической (утяжки, рубцы); разновидностями являются - волокнисто-полосчатый и волокнисто-чашуйчатый изломы.

ДЕНДРИДНЫЙ ИЗЛОМ - неоднородная поверхность с наличием столбчатых кристаллов. Характерен для литых металлов. Может иметь вязкий характер -матово-серого цвета и хрупкий - светло-блестящего цвета.

2.4. Классификация по механизму и энергии разрушения

ХРУПКИЙ ИЗЛОМ - разрушение осуществляется по механизму скола, характеризуется малой работой разрушения.

КВАЗИХРУПКЙЙ ИЗЛОМ - разрушение осуществляется по механизму квазискола (кроме фасеток квазискола имеются гребни и ступеньки), характеризуется средней величиной работы разрушения.

ВЯЗКИЙ ИЗЛОМ - осуществляется по механизму слияния микропустот, характеризуется условно большой величиной работы разрушения.

УСТАЛОСТНЫЙ ИЗЛОМ - разрушение осуществляется по механизму дискретного пошагового продвижения трещины, обусловленного действием циклической нагрузки (характеризуется наличием усталостных линий и бороздок).

3. Оборудование и инструмент

3.1. Набор изломов элементов конструкций;

3.2. Лупа 8^х;

З.З. Штангельциркуль и линейка.

4.1 .Произвести визуальное изучение макростроение излома. Установить степень однородности, количество зон излома и их характерные признаки.

4.2.Провести внешние обмеры излома и размеры отдельных зон. Изобразить в масштабе общий вид излома и отдельных зон(схема излома).

4.3. С помощью лупы провести детальное изучение зон излома. Охарактеризовать каждую зону по признакам рельефа и классификации

4.4.Прономеровать зон излома на схеме в порядке последовательности разрушения, начиная от очага разрушения.

4.5.Составить таблицу с перечнем зон излома в соответствие со схемой и дать характеристику каждой зоны.

4.6. Составить Формулу излома с полным описанием его в соответствие с терминологией и классификациями признаков.

4.7.Сделать вывод о причинах и длительности процесса разрушения элемента конструкции.

Таблица. Характеристики зон излома.

№№ зон	Описание зоны, характерные размеры, мм	Классификация по макрогеомет­рии и морфологии.