LABOLATORIUM MECHANIKI DOŚWIADCZALNEJ |
||
Wyznaczanie współczynnika intensywności naprężeń K1c w płaskim stanie odkształcenia |
||
SZCZERBA MACIEJ gr. 21M |
1997 .04. 03 |
CWICZENIE 6 |
A
Liniowa mechanika pękania pozwala na określenie odporności na pękanie materiału
o małej ciągliwości , której miarą jest współczynnik intensywności naprężeń K.
Zamiast posługiwać się pojęciem naprężenia do oceny momentu zniszczenia próbki można do tego celu posłużyć się inną wielkością która opisuje to pole w sposób jednoznaczny i ma skończoną wartość . Tą wielkością jest właśnie współczynnik intensywności naprężeń, a kryterium zniszczenia wyrażone za jego pomocą ma postać :
K(a , σ , Y) = Kc (a , σ , Y)
Ograniczeniem stosowalności powyższego kryterium jest fakt że K1 c jest stałą materiałową tylko powyżej określonej grubości próbki.
Wartość K1c określona w badaniu charakteryzuje odpornośc materiału na pękanie przy tak dobranym obciążeniu że naprężenie przy wierzchołku pęknięcia jest zbliżone do płaskiego stanu odkształcenia i strefa plastyczna przy wierzchołku pęknięcia jest mała w porównaniu z wielkością szczeliny i wymiarami próbki .
Do przeprowadzenia doświadczenia użyta została próbka trójpunktowo zginana .
sygnałem sterującym było przemieszczenie (trawersa ) , które odbywało się z prędkością 0.15 %/s z zakresu 20 mm .
Na początku zostało zadane obciążenie wstępne w celu zlikwidowania luzów występuących w podporach.
SCHEMAT STANOWISKA
WYMIARY PRÓBKI
Długość pęknięcia a mierzymy po pęknięciu próbki w następujących pięciu miejscach :
- na środku ;
- w połowie odległości między środkiem a końcem pęknięcia po dwóch stronach ;
- na dwóch końcach pęknięcia .
Długość pęknięcia jest średnią z otrzymanych pomiarów
a = 4.472 mm
B.
WYKRES SIŁA- PRZEMIESZCZENIE ( EKSTENSOMETRU)
OTRZYMANY PODCZAS DOŚWIADCZENI
W celu przefiltrowania powyższego wykresu posłużyliśmy się wzorem na poczwórnie ważoną :
gdzie i - numer kolejnego pomiaru
X- wartość i-go pomiaru
Przefiltrowany wykres przedstawia się następująco :
Aby sprawdzić możliwość zastosowania współczynnika intensywności naprężeń dla badanej próbki obliczamy
- stosunek Pmax / PQ
W naszym przypadku stosunek maksymalnej siły jaką przeniosła próbka (Pmax) do siły PQ (która w przypadku naszego wykresu zdefiniowana jest jako maksymalna siła która poprzedza siłę P5 i przewyższa ją wartością) wynosi 1 (ponieważ Pmax = PQ ) i jest mniejszy niż wartość graniczna (1.10) ;
- ponieważ powyższe założenie jest spełnione obliczamy KQ korzystając ze wzoru :
gdzie PQ - wyznaczona siła
B - grubość próbki ( B = 2.07 cm)
S - rozstaw podpór ( S = 12.52 cm)
W- szerokość próbki ( W = 3.13 cm)
a - długość pęknięcia ( a = 0.4472 cm)
f (a/w) - funkcja policzona ze wzoru :
f (a/w) = 0.995
KQ = 64.158 [ MPa ]
- następnie obliczamy wartość wyrażenia :
gdzie KQ - wipółczynnik intensywności dla siły PQ
σys - umowna granica plastyczności ( 1250 MPa )
Wyznaczona wartość wyrażenia wynosi :
X = 0.00658 [m]
Następnie porównujemy otrzymaną wartość X z grubością próbki oraz długością szczeliny
Szerokość próbki B= 0.0207 m , długość szczeliny a = 0.004472 m
Z otrzymanych wyników stwierdzamy że :
B > X ; a < X
Po przeprowadzeniu powyższych obliczeń stwierdzamy że założenia na poprawność wyznaczenia współczynnika intensywności naprężeń K1C nie są spełnione i badanie na wyznaczenie K1C jest nieważne.
W związku z powyższym przystępujemy do obliczenia współczynnika wytrzymałości próbki RSB korzystając ze wzoru :
gdzie PMAX - maksymalna siła przeniesiona przez próbkę
σYS - umowna granica plastyczności ( 1250 MPa )
RSB = 0.5953
WNIOSKI
W przeprowadzonej próbie przyjęte założenia na poprawność na poprawność próby nie zostały spełnione a więc wyznaczenia współczynnika intensywności naprężeń dla badanej próbki nie jest możliwe . Z uwagi na to w przeprowadzonym doświadczeniu możemy wyznaczyć dla badanej próbki współczynnik wytrzymałości próbki .
Aby wymagania na poprawność próby były spełnione należy zwiększyć wymiary próbki które mogą być wyznaczone na podstawie wyznaczonego KQ ( winny być większ o 1.5 raza od wymiarów próbki nie spełniającej założeń.