СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ НА РЕЛАКСАЦИЮ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ИЗГИБЕ
METHOD OF TESTING FOR RELAXATION UNDER BENDING STRAIN

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании на релаксацию напряжения металлических образцов при изгибе по четырехточечной схеме нагружения.
Известен способ испытания на релаксацию напряжения при изгибе, использованный в изобретении (А.С. №896489, БИ №1, 1982) для испытания кольцевого образца, в изобретениях (А.С. №1033916, БИ №29, 1983 и А.С. №1235315, БИ, №20, 1986) для испытаний плоского образца и заключающийся в том, что элемент, нагружающий образец, выполняют из двух частей, разделенных электроизолирующей прокладкой, одна часть элемента постоянно связана электрически с образцом, электрический контакт другой части с образцом периодически нарушается путем приложения к образцу усилия, отрывающего его от нагружающего элемента, и релаксирующее напряжение определяют по величине этого усилия в момент нарушения контакта.
Недостатками способа являются нестабильность размеров, деградация электрического сопротивления электроизолирующей прокладки в условиях воздействия нагрузки, температуры, высокопоточного радиоактивного излучения и агрессивной среды испытания. Нестабильность размеров приводит к постепенному изменению напряженного состояния образца и снижению точности результатов испытаний. Потеря электроизолирующих свойств ограничивает предельные параметры и продолжительность испытаний.
Технический результат заявляемого решения заключается в повышении точности определения релаксирующего напряжения и расширении предельных параметров и продолжительности испытаний на релаксацию напряжения при изгибе плоского образца.
Для достижения вышеуказанного технического результата в способе испытаний на релаксацию напряжений при изгибе помещают образец между четырьмя нагружающими опорами, перемещают подвижные опоры поступательно к неподвижным опорам, сохраняя симметричность нагружения, до конечного положения опор, задаваемого жесткими ограничителями перемещения, выдерживают образец при заданных условиях испытания, перемещают подвижные опоры поступательно от неподвижных опор, перемещают с заданной скоростью подвижные опоры поступательно к неподвижным опорам, регистрируют прикладываемое усилие, получают зависимость усилия от перемещения и определяют релаксирующее напряжение по усилию в точке перелома указанной зависимости, причем подвижные - две наружные опоры, а две внутренние опоры неподвижные.
При перемещении подвижных опор поступательно от неподвижных, без изменения точек соприкосновения с опорами, образец частично разгружается, затем наружные опоры поступательно перемещают с определенной скоростью по направлению к внутренним опорам, регистрируя прикладываемое усилие, что позволяет увеличить точность измерения силы и определяемое по ней релаксирующее напряжение.
Перелом зависимости связан с тем, что система поступательного перемещения до перелома преодолевает сопротивление образца изгибу, после перелома - сопротивление жестких ограничителей перемещения.
На чертеже изображена схема, реализующая предлагаемый способ, где:
1 - образец
2 - наружные опоры
3 - внутренние опоры
4 - жесткие ограничители.
max,о
о
При симметричном расположении образца (1) между опорами в ненагруженном состоянии наружные опоры (2) удалены от внутренних опор (3) на расстояние h, равное толщине образца. При поступательном перемещении наружных опор (2) в сторону внутренних опор (3) образец (1) изгибается. Каждая из наружных опор (2) воздействует на образец (1) силой Р, равной противоположно направленной силе, создаваемой каждой из внутренних опор (3). Симметричное поступательное перемещение наружных опор (2) обеспечивается усилием 2Р, увеличивающимся с ростом изгиба. Максимальный изгиб образца лимитируется жесткими ограничителями (4), определяющими предельное нагружение образца в рабочем состоянии. Максимальному изгибу соответствует максимальное начальное перемещение наружных опор (2) по отношению к внутренним опорам (3), У. В начале испытаний образца (1) в рабочем состоянии силовые реакции опор равны Р, а изгиб обусловлен только упругой деформацией. В этом случае
где Е - модуль Юнга, J - момент инерции, l - расстояние между внутренними опорами (3), а - расстояние между ближайшими внутренней (3) и наружной (2) опорами, b - ширина образца (1). При этом напряжение
где W - момент сопротивления изгибу образца (1).
При релаксации напряжения уменьшается Р и максимальный изгиб образца (1), обусловленный упругой деформацией. Это означает, что периодическое снижение Р до 0 будет показывать наличие остаточного прогиба, т.е. максимальное перемещение
max
y будет уменьшаться.
Для увеличения точности измерения силы Р и определяемого по ней из выражения (2) релаксирующего напряжения образец (1) частично разгружается без изменения точек соприкосновения с опорами (2, 3), затем наружные опоры (2) поступательно перемещаются с известной скоростью по направлению к внутренним опорам (3), регистрируется зависимость усилия 2Р от перемещения у вплоть до наступления отчетливого перелома указанной зависимости после механического контакта между жесткими ограничителями (4).
Согласно выражению (1) наклон зависимости 2Р(у) до перелома
4
2
При l=20 мм, b=а=10 мм, h=0,7 мм и Е=2·10 кг/мм (сталь) наклон 2ΔР/Δl=8 кг/мм.
2
4
Положим, что жесткие ограничители изготовлены также из стали, имеют площадь соприкосновения S и суммарную толщину L. Тогда после перелома наклон 2ΔР/Δl будет равен 2SE/L, что при S=50 мм и L=20 мм составит 5·10 кг/мм, т.е. наклон увеличится почти на четыре порядка.
о
о
max,о
2
К примеру, при выбранных размерах образца (1) начальному напряжению σ=20 кг/мм (~200 МПа) соответствует Р=1,6 кг (~16 H) и У=0,38 мм. Перемещение на 380 мкм приведет к увеличению нагрузки на наружные опоры (2) до 3,2 кг. В дальнейшем аналогичный прирост 2Р произойдет при дополнительном перемещении на 0,06 мкм, что практически не повлияет на рабочее положение нагружающих опор (2, 3) и напряжение в образце (1). На временной зависимости 2Р произойдет практически мгновенное увеличение усилия.
Таким образом, точку перелома зависимостей можно с большой точностью идентифицировать как удвоенное значение силы, создаваемой каждой опорой (2, 3) в рабочем положении образца (1). При реализации способа не используются элементы, работоспособность и ресурс использования которых ограничены вследствие воздействия температуры, больших механических нагрузок, высокопоточного радиационного излучения и агрессивной среды.