P
olitechnika Świętokrzyska Wydział MechanicznyLABORATORIUM MECHANIKI DOŚWIADCZALNEJ Andrzej Bydłosz gr. 22a. Ćwiczenie nr 7Temat ćwicze
nia: Badanie odporności na pękanie .Wyznaczanie J, JIc Data wykonania:1997.04.29Ocena:Podpis 1. Cel ćwiczenia . Celem ćwiczenia było badanie odporności na pękanie przez wyznaczenie krytycznej wartości całki J , JIC . 2. Wstęp teoretyczny . Podczas ćwiczenia wykonaliśmy badanie odporności metalu na pękanie polegającą na wyznaczeniu krytycznej wartości całki J ,oraz Jic w momencie stabilnego wzrostu długości pęknięcia zmęczeniowegoBadanie polega na poddaniu jednej lub kilku próbek z ostrym pęknięciem , odkształceniu aż do wywołania mierzalnego przyrostu długości pęknięcia .1) Schemat przekroju podłużnego próbki z oznaczeniem długości pęknięcia W czasie odkształcenia próbki należy w sposób ciągły rejestrować przebieg zależności obciążenia próbki P -przemieszczenie punktów przyłożenia siły u,w celu obliczenia energii A pochłoniętej przez próbkę , wyznaczyć obliczeniową wartość całki J ,Jq , a następnie sprawdzić czy otrzymane Jq spełnia warunki Jic.Schemat układu pomiarowego OBCIĄŻENIE UKŁAD OBCIĄŻAJĄCY PRÓBKA CZUJNIK ROZWARCIA ROZWARCIE PĘKNIĘCIA PĘKNIĘCIA KOMPUTER Z PRZETWORNIKIEM WZMACNIACZ ANALOGOWO-CYFROWYM TENSOMETRYCZNYWedług definicji całka J jest różnicą energii potencjalnej pomiędzy dwoma identycznie obciążonymi ciałami posiadającymi szczeliny różniące się długością o infinitezymalną wartość da, czyli :gdzie : J= -dU /daU - energia potencjalna . Całka J jest niezależna od konturu całkowania co jest jej jedną z najważniejszych cech . Może ona być stosowana scharakteryzowania pękania materiałów odkształcających się w zakresie sprężystości liniowej oraz w zakresie odkształceń nieliniowych .Dla ciał sprężystych całka J jest jednoznaczna z ilością energii przeznaczonej całkowicie na przyrost długości szczeliny o wartość da . Całka J jest jedynie słuszna dla szerokiej klasy zagadnień sprężystych (również nieliniowych ), z wyjątkiem zagadnień dynamicznych oraz dla ciał plastycznych i zagadnień odpowiadających reformacyjnej teorii plastyczności .Teoria ta podlega szeregu ograniczeniom w zastosowaniach : - dokształcenia plastyczne winny być niezależne od czasu i zachodzić w warunkach izotropii materiału - materiał powinien być nieściśliwy - odkształcenia powinny być tego samego , małego rzędu , co odkształcenia sprężyste i powinny być jednoznacznie określone przez końcowy stan naprężeń niezależnych od historii obciążenia - nie dopuszcza się odciążenia materiału ze stanu plastycznego Dlatego z analizy należy wykluczyć wszystkie te przypadki w których szczelina porusza się .Wykres zależności J1 od da Wykres zależności J od da CoWykres zależności da od tWykres zależności C od tDla punktu 1420 występuje minimum C = 0,006918 [mm/kN]1.thickness B = 20.7002.width W = 31.4003.bend span S = 125.6004.initial crack a = 11.0005.extension crack da = 12.4006.exten. distance o1 = 7.5007.exten. distance o2 = 1.0008.ultimate strength Rm= 950.009.yield stress Re = 852.0010.yield strength R02= 852.0011.Young modulus E = 215000.0012.Poisson ratio v = 0.3313.Initial potential Uo = 170.014.time of sampling dt = 0.10015.number of points np = 519816.initial point ip = 9017.end point ep = 519718.compliance[mm/kN] Co = 0.00691819.Energy (A) nUnL = 12 1 1046 0.0074 27.697 43.865 71.562 1 1233 0.0070 53.582 43.363 96.945 1 1420 0.0069 83.540 41.066 124.607 1 1607 0.0070 113.762 45.964 159.726 1 1793 0.0075 139.886 47.455 187.341 1 1982 0.0077 169.646 47.642 217.288 1 2233 0.0073 235.363 32.046 267.409 1 2488 0.0081 287.111 29.904 317.015 1 2741 0.0087 333.797 28.349 362.147 1 2995 0.0099 375.767 26.127 401.894 1 3248 0.0108 414.327 26.723 441.050 1 3500 0.0115 453.202 19.777 472.97920.Energy (B) UnL = 021.J: JQ. [kN/m] = 229,12322.J: Jic. [kN/m] = 325,18523.J: Jic. [kN/m] = 272,50124.J: Jic. [kN/m] = 436,000 4. Wnioski. Na podstawie otrzymanych wyników możemy zauważyć ,że metoda badania odporności na pękanie przez wyznaczenie krytycznej wartości całki J ,Jic jest jedyną dostępną i dosyć dokładną metodą . Jednakże nie można jej stosować dla wszystkich materiałów ,a także dla każdego przypadku pękania . Metoda całki J podlega szeregowi ograniczeń dlatego nie jest metoda uniwersalną . Na podstawie przeprowadzonych badań możemy zauważyćże wartości całki J obliczona za pomocą różnych metod dla tego samego materiału nie są takie same i mogą się różnić o dość duże wartości .Z wyników badań przeprowadzonych podczas ćwiczenia wynika że wartość całki J obliczona za pomocą jednej z metod nie spełniała warunków Jic.. Punkt inicjacji leży poniżej punktu minimum C = 0,006918.