Установка для исследования кинетики развития трещины при испытаниях на циклический изгиб

Цель работы — изучение процесса усталостного циклического разрушения стали. Изготовлена установка, предназначенная для наведения усталостных трещин, а также для изучения кинетики развития усталостной трещины, рост которой фиксировали методом разности потенциалов. Кинетику роста трещины обрабатывали с помощью компьютера, программ LGraph2 и электронных таблиц Excel. Для изучения кинетики развития усталостной трещины к краям исходного надреза исследуемого образца припаивали электроды и в процессе роста трещины регистрировали с помощью компьютера зависимость разность потенциалов — время. Для расшифровки данных эксперимента использовали тарировочный график в координатах разность потенциалов (U) — длина трещины (L_тр), построенный на основе показаний милливольтметра, в соответствии с размерами сечения образца, протекающим через него током и длиной усталостной трещины. Установлено, что рост трещины происходит ступенчато, т.е. в процессе циклического нагружения образца сначала возникает зона пластической деформации металла, а после накопления в ней напряжений определенной величины происходит их релаксация в виде возникновения трещины и скачкообразного ее роста. Далее экспериментальные данные обрабатывали, в результате чего получали график скорости роста усталостной трещины, на котором хорошо видны этапы ее скачкообразного роста. С помощью графического редактора КОМПАС строили график, который характеризует рост усталостной трещины от числа циклов усталостных испытаний на изгиб. Таким образом, с помощью созданной установки можно выращивать усталостные трещины для ударных испытаний и определять работу распространения трещины, изучать кинетику ее развития, а также проводить компьютерную обработку данных эксперимента.

1. Гришин С. А., Бурунова Т. Н. Применение ЭВМ, элементов математического анализа и средств машинной графики при исследовании динамических характеристик машин и механизмов / Вестник ДГТУ. Сер. Вопросы машиноведения и конструирования машин. 1999. Т. 2. № 4. С. 98 – 100.

2. Волегов П. С., Грибов Д. С., Трусов П. В. Поврежденность и разрушение: обзор экспериментальных работ / Физическая мезомеханика. 2015. Т. 18. ¹ 3. С. 11 – 24.

3. Leguillon D., Yosibash Z. Failure initiation at V-notch tips in quasi-brittle materials/ International Journal of Solids and Structures. 2017. Vol. 29. May. P. 1 – 13. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2017.05.036.

4. Kamaya M. Lou-cycle fatigue crack growth prediction by strain intensity factor / Int. J. Fatigue. 2015. Vol. 72. P. 80 – 89.

5. Веретимус Н. К., Веретимус Д. К. Влияние накопленных повреждений на расчетную скорость малоцикловой трещины / Инженерный журнал: наука и инновации. 2015. № 11(47). С. 11. DOI: 10.18698/2308-6033-2015-11-1425.

6. Сапожников С. Б., Иванов М. А., Ярославцев С. И., Щербаков И. А. Напряженно-деформированное состояние и разрушение элементов конструкций с острыми концентраторами напряжений при изгибе / Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2017. № 4. С. 40 – 55. DOI: 10.15593/perm. mech/2017.4.04

7. Потемкин А. Н., Викулов А. С., Никитин Д. Е. Усталостное разрушение материалов с позиции различных теорий / Научно-методический электронный журнал «Концепт». 2015. Т. 13. С. 3311 – 3315. http://e-koncept.ru/2015/ 85663.htm

8. Маркочев В. М., Гольцев В. Ю., Бобринский А. П. Упрощенная схема измерения длины трещины в образцах из листовых материалов методом электрического потенциала/ Заводская лаборатория. 1971. Т. 37. № 5. С. 598 – 600.

9. Маркочев В. М., Житенев В. В., Бобринский А. П. Измерение скорости роста закритических трещин методом разности электрических потенциалов / Заводская лаборатория. 1976. Т. 42. № 2. С. 221 – 224.

10. Лебедев Г. Д., Воробьев Н. А. К определению длины трещины методом разности электрических потенциалов при циклическом нагружении образца с односторонним сквозным боковым надрезом / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2004. Т. 70. № 11. С. 42 – 44.

11. Шкатов П. Н., Малиновский А. К., Мякушев К. В. Измерение глубины трещин электропотенциальным методом с учетом нескольких параметров, влияющих на регистрируемые напряжения / Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2014. № 4(306). С. 133 – 138.

12. Гришин С. А. Повышение конструкционной прочности сталей термической обработкой в магнитном поле. — Ростов-на-Дону: ИВТ им. Г. Я. Седова, 2015. — 81 с.

13. Пустовойт В. Н., Гришин С. А., Зайцева М. В. Методика применения средств компьютерной графики для исследования течения нестационарных процессов в современном материаловедении / Вестник ДГТУ. 2011. Т. 11. № 5(56). С. 676 – 682.

14. Пустовойт В. Н., Дука В. В., Долгачев Ю. В., Арефьева Л. П., Федосов В. В., Салынских В. М. Особенности разрушения феррито-мартенситного композита / ДГТУ. MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 226. N 03006. P. 1 – 5. DOI: 10.1051/matecconf/201822603006