УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕТВЛЕНИЯ ТРЕЩИНЫ

Полезная модель относится к вопросам прочности и разрушения материалов в области механики деформируемого твердого тела.
Известно наиболее близкое к предлагаемому, устройство для натурных испытаний сосудов и труб из углеродистых сталей внутренним давлением, где определяются сопротивление разрушению по критерию разрушающего напряжения (Даффи А.Р., МакКлур Дж.М., Айбер Р.Дж., Мэкси У.А. Практические примеры расчета на сопротивление хрупкому разрушению трубопроводов под давлением / Разрушение. В 7 т, т.5. - М.: Машинострение, 1977. С.146-209.).
Недостатками указанного устройства являются:
1. Устройство предназначено только для определения разрушающей нагрузки, дальнейшее развитие разрушения в виде одиночной трещины или осколочного разрушения с ветвлением магистральной трещины не рассматривается.
2. Процесс нагружения осуществляется жидкостью или газом, что приводит к релаксации напряженно-деформированного состояния после начала движения трещины.
3. Процесс получения данных не автоматизирован и не обладает достаточным быстродействием, данные сохраняются не в цифровом формате.
Целью полезной модели является исследование закономерностей разрушения конструкционных материалов при быстром распространении и ветвлении трещины. Суть полезной модели заключается в нагружении внутренним давлением стальных цилиндрических сосудов с поверхностным дефектом в виде продольного надреза, размеры дефекта варьируются. Нагружение осуществляется при превращении внутри сосуда воды в лед при отрицательных температурах. При достижении критического значения внутреннего гидростатического давления сосуд разрушается в результате инициации трещины от дефекта, трещина распространяется с одиночным или множественным ветвлением. При такой схеме нагружения с жидким ядром в середине сосуда и передачей давления на стенки сосуда через твердое тело - лед, релаксации напряженно-деформированного состояния стенок сосуда при разрушении не происходит.
На поверхности сосуда в верхней, средней и нижней части устанавливаются тензодатчики для измерения деформаций в трех направлениях и термопары для измерения температуры на поверхности сосуда. Датчики перемещения для измерения пластической деформации размещаются в верхней и нижней частях сосуда. Внутрь сосуда с помощью металлической крестовины со складывающейся поперечной частью устанавливаются датчики давления вместе с термопарами, они располагаются в середине сосуда в верхней, средней и нижней частях и у стенки сосуда.
Для регистрации изменения температуры, деформации, давления в процессе нагружения сосуда разработан специальный автоматизированный измерительный комплекс. Установка реализована на базе двух измерительных систем: компьютерно-измерительной системы (КИС) «Аксамит 6.25», информационно-измерительной системы (ИИС) «СИИТ 2» и компьютера. Комплекс производит измерение и регистрацию внутренней и внешней температур сосуда, давления внутри сосуда и деформации его стенок. В качестве датчиков температуры используются медь-копелевые термопары, датчики давления представляют собой барорезисторы на основе моносульфида самария. Для измерения упругих деформаций используются тензодатчики, представляющие собой приклеиваемые тензорезисторы КФ-5 с сопротивлением 100 Ом и базой 5 мм. Измерение пластических деформаций осуществляется с помощью датчиков перемещения, смонтированных по мостовой схеме из тензодатчиков сопротивлением 400 Ом. Регистрация данных термопар и датчиков давления проводится с помощью КИС «Аксамит 6.25», а датчиков перемещения и тензодатчиков с помощью ИИС «СИИТ 2» (фигура 1).
Для автоматической регистрации данных в процессе эксперимента составлена программа на языке Turbo Pascal 7.1. Программа использует механизм адаптивного опроса, т.е. выполняет опрос всех датчиков с максимально возможной частотой и производит запись данных в файл только при наличии превышающих заданную величину изменений. Интерфейс программы представляет собой графическое окно с четырьмя графиками данных по времени (температура, давление, перемещение и деформация). Результаты измерений записываются в виде блоков первичных данных (по 10 опросов в каждом блоке) в типизированный файл с расширением «.dat».
Для обработки и анализа полученных данных составлена программа на языке Delphi 7 в среде Windows. Программа считывает из файлов данных первичную информацию и преобразует ее в четыре графика параметров. Помимо графиков, программа выводит листинг всех данных по блокам. В программе также реализована возможность увеличения графиков до необходимого пользователю масштаба и возможность выбора отображаемых данных из списка.