Politechnika Świętokrzyska Wydział Mechaniczny		LABORATORIUM MECHANIKI DOŚWIADCZALNEJ
Paweł Łaski gr. 22a. Ćwiczenie nr 7		Temat ćwiczenia:
Data wykonania: 1997.04.	Ocena:		Podpis

1. Cel ćwiczenia .

Celem ćwiczenia było badanie odporności na pękanie przez wyznaczenie krytycznej wartości całki J , J_{IC .}

2. Wstęp teoretyczny .

Podczas ćwiczenia wykonaliśmy badanie odporności metalu na pękanie polegającą na wyznaczeniu krytycznej wartości całki J ,oraz J_ic w momencie stabilnego wzrostu długości pęknięcia zmęczeniowego

Badanie 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 ,J_q , a następnie sprawdzić czy otrzymane J_q spełnia warunki J_ic.

Schemat układu pomiarowego

OBCIĄŻENIE

UKŁAD OBCIĄŻAJĄCY

PRÓBKA

CZUJNIK ROZWARCIA ROZWARCIE PĘKNIĘCIA

PĘKNIĘCIA

KOMPUTER

Z PRZETWORNIKIEM

WZMACNIACZ ANALOGOWO-CYFROWYM

TENSOMETRYCZNY

Według definicji całka J jest różnicą energii potencjalnej pomiędzy dwoma identycznie obciążonymi ciałami posiadającymi szczeliny różniące się długością o infinitezymalną wartość da, czyli :

J= -du /da

gdzie :

U - 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 .

Dla punktu 1420 występuje minimum C = 0,006918 [mm/kN]

1.thickness B = 20.700

2.width W = 31.400

3.bend span S = 125.600

4.initial crack a = 11.000

5.extension crack da = 12.400

6.exten. distance o1 = 7.500

7.exten. distance o2 = 1.000

8.ultimate strength Rm= 950.00

9.yield stress Re = 852.00

10.yield strength R02= 852.00

11.Young modulus E = 215000.00

12.Poisson ratio v = 0.33

13.Initial potential Uo = 170.0

14.time of sampling dt = 0.100

15.number of points np = 5198

16.initial point ip = 90

17.end point ep = 5197

18.compliance[mm/kN] Co = 0.006918

19.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 19.777 472.979

20.Energy (B) nUnL = 0

21.J: JQ. [kN/m] = 229,123

22.J: Jic. [kN/m] = 325,185

23.J: Jic. [kN/m] = 272,501

24.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 ,J_ic 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 zauważyć

że 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 J_ic..

Punkt inicjacji leży poniżej punktu minimum C = 0,006918.

---