125460 (593117), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Для испытаний на релаксацию в условиях сжатия была предложена конструкция установки УМИР-10 мощностью 10 т.

Образец лежит на роликовых опорах и он может перемещаться по плоскостям соприкосновения с опорой. Чем больше напряжения в образце, тем больше сил необходимо для преодоления сил трения. Падение напря­жений во время испытания измеряется по изменению сил трения.

Машина для испытании чугуна на релаксацию в условиях сжатия, была создана на основе установки для испытаний на ползучесть. Образец, представляющий собой цилиндр диаметром 6,35 и высотой 25,4 мм, сжимается между двумя стержнями, торцы которых имеют шлифованную притертую поверхность. Нагрузка прилагается с помощью системы рычагов. Деформацию измеряют специальным экстензометром, увеличивающим в 5 раз перемещение с помощью системы рычагов. Поддержание деформации на заданном уровне достигается перемещением груза вдоль нагружающего рычага, осуществляемым с помощью сервомотора и винта.

Указанная система характеризуется следующими параметрами: скорость двигателя 1,5 об/мин, шаг винта 25 мм, перемещение конца рычага экстензометра на 0 0075 мм приводит к изменению напряжения в образце на 0,84 МН/м (0,084 кг/мм²). Начальное нагружение осуществляется отвинчиванием нажимного винта под концом рычага, на котором устанавливают на подвеске необходимые для создания заданного начального напряжения грузы. Одновременно с отвинчиванием винта ввинчивается микрометр до появления контакта с рычагом экстензометра. При этом срабатывает реле и начинается процесс испытания.

1 — опорная призма; 2— верхний толкатель; 3— стержень из кремнезема; 4 — участок верхнего толкателя из кремнезема; 5 и 8 — верхний и нижний вкладыши из жаропрочного сплава; 6 — термопарпые вводы; 7— образец; 9— участок верхнего толкателя из кремнезема; 10, 12— установочные детали; 13 — тележка; 14 — подвеска; 15 — груз; 16 — кольцо шарикоподшипника; 17 — верхний рычаг; 18 — втулка; 19 — втулка; 20 — экстензометр со скользящими полувтулками; 21 — головка микрометра; 22 —регулируемые направляющие; 23 — направляющая деталь; 24 — конец печи, 25 — направляющие стержни печи; 26— печь; 27— швеллер; 28 — опорная призма; 29 — нижний рычаг; 30 — шпиндель с прямоугольной резьбой; 31—электродвигатель; 32 — рельс; 33 — движущаяся пластина

Рисунок 7 – Схема машины для испытаний на релаксацию в условиях сжатия

2.2 Релаксация при изгибе и кручении

Наибольшее применение нашли два метода испытаний на релаксацию при изгибе: кольцевых образцов и плоских пружин. Метод И. А. Одинга, являющийся в наших лабораториях практически основным для получения характеристик сопротивления релаксации материалов, состоит в следующем: кольцевой образец, сконструированный в виде бруса равного сопротивления изгибу (рисунок 8), нагружают с помощью клина определенной толщины, вставленного в прорезь. Образец с клином помещают в нагревательное устройство (печь или жидкую ванну), где во времени происходят процессы релаксации первоначальных напряжений. Заданное начальное напряжение создается выбором толщины клина. Величину релаксированного напряжения определяют по изменению первоначальной ширины прорези. Напряжения определяют по формулам

(39)

(39’)

где А — константа, полученная из условия линейного распределения напряжений по среднему сечению образца (А = 0,000583 );

—модуль упругости при температуре испытания;

— изменение ширины прорези за счет установки клина;

— изменение первоначальной ширины прорези за счет ползучести.

Рисунок 8 – Кольцо для испытаний на релаксацию по методу Одинга

Метод имеет следующее ограничение: если начальное напряжение равно или превышает предел упругости (пропорциональности) материала при температуре испытания, то мгновенная пластическая деформация резко изменяет фактическое значение [так, пластическая деформация 0,05% приводит к уменьшению на 85 МН/м² (8,5кг/мм²). В связи с этим испытания кольцевых образцов возможны при , равном . Но и при = в ряде случаев возможны ошибки в связи с пластической деформацией при комнатной температуре, это наблюдается при условии

(40)

Это условие выполняется, например, для сталей ЭИ612 и ЭИ787 при 650—700° С.

1,3,4 — в ЦНИИТМАШ; 2—в ЦКТИ; 5 — в институте им. Баранова; 6 — в ВИАМ

Рисунок 9 - Изменение модуля упругости сталей ЭИ612 и ЭИ481 в зависимости от температуры, определенного динамическим (1—5) и статическим методами (6), полученные в разных лабораториях.

При испытаниях кольцевых образцов точность расчета падения напряжений, согласно формуле, зависит от достоверности определения значений модуля упругости. В настоящее время широко используются два метода определения модуля упругости: статический и динамический.

Время замера и диапазон используемых напряжений практически исключают возможность протекания про­цессов ползучести при динамическом ( ) и статическом ( ) методах определения модуля упругости. Однако разница между значениями и достигает иногда 20%. Кроме того, определенные различия значений модуля упругости наблюдаются при его определении на образцах разных размеров, на металле разных плавок, с разным уковом и т. п.

На рисунке 9 в качестве примера приведены кривые зависимости модуля упругости сталей ЭИ481 и ЭИ612, полученные различными методами, в разных лабораториях.

Известны методы пересчета результатов испытаний кольцевых образцов на случай одноосного напряженного состояния. В.И. Розенблюм предложил решение задачи о перераспределении напряжений в изогнутом брусе, использовав гипотезу течения. И.А. Одинг и Г.Ф. Лепин провели соответствующие расчеты на основе предположения о превращении в процессе релаксации треугольной эпюры в трапецеидальную.

Оригинальный метод расчета изменений напряжений в кольцевом образце был предложен Е. А. Хейном, который рассматривает задачу релаксации напряжений в прямоугольном брусе при чистом изгибе. В этом случае все элементы объема находятся в линейном напряженном состоянии.

В любой момент времени τ распределение напряжений в образце σ(y) однозначно зависит от начального на­пряжения. При первом нагружении (у)=

Обозначив (y) — напряжение треугольной эпюры, равномоментной истинной эпюре напряжений, получим

(41)

Продифференцировав обе части уравнения по у

(42)

и проведя элементарные преобразования, получим

(43)

Для первого нагружения и

(44)

Для расчетов n-ного нагружения по формуле необходимо знать величину начального напряжения , которую определяют последовательно из формулы

(45)

выведенной из предположения трансформирования поперечного размера образца 2h:

(46)

где и — начальное напряжение при п-м нагружении для образцов с начальными напряжениями при первом нагружении и ; и — конечные напряжения при (п—1)-м нагружении для образцов с начальными напряжениями при первом нагружении и .

На рисунке 10 приведены схема расчета начальных напряжений по уравнению для второго нагружения и графический метод расчета истинного напряжения. Проведенные расчеты показали, что кривые релаксации 1, рассчитанные по формулам 42-45 для первого нагружения близки к кривым 4, полученным по формуле. После повторных нагружений указанные кривые резко различаются: истинная кривая одноосной релаксации оказывается ниже найденной по формулам, рисунок 11. Кривые 2, рассчитанные по гипотезе трапеции, оказываются ниже истинных для первого и повторных нагружений. Кривые релаксации 3, подсчитанные по теории течения, оказались также близкими к истинной.

Значительно меньшее распространение получил другой способ испытания на релаксацию при изгибе, разработанный в ЦНИИТМАШе. Испытанию подвергают плоскую пластину, которой задается определенный прогиб. Принцип действия специального приспособления ИР-4Н, созданного для таких испытаний, следующий.

Рисунок 10 - Схема расчета начальных напряжений по уравнению для второго нагружения (а) и графический метод расчета истинного напряжения (б)

Кулачки приспособления, создающие необходимый прогиб пластины, выбирают в зависимости от величины заданного начального напряжения. Поворот кулачка на 90° обеспечивает создание прогиба двух одновременно испытываемых пружин. Кулачки после прогрева приспособления поворачивают с помощью специального ключа. Разгрузку образца производят тем же ключом.

А, Б — =2ОО и 300 МН/м² (20 и 30 кг/мм ) соответственно: I, II, III — первое, второе и третье погружение соответственно

Рисунок 11 - Кривые релаксации напряжений, рассчитанные по данным испытаний кольцевых образцов.

Напряжения рассчитывают по формулам:

(47)

(48)

(49)

где — начальный упругий прогиб;

( )) — остаточный прогиб;

l — длина пластины;

h — толщина;

μ— коэффициент Пуассона.

Для измерения ( ) используют специальный электромикрометр.

Недостатком метода является трудность в изготовлении пластин, особенно в случае немагнитного материала.

Характеристики

Список файлов ВКР