LABOLATORIUM MECHANIKI DOŚWIADCZALNEJ
POMIAR PRZYROSTU SZCZELINY
17.04.1997	Jacek Kosiba gr 21

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było określenie przyrostu długości szczeliny metodą zmiany potencjału oraz metodą zmiany podatności.

Metoda zmiany potencjału oparta jest na zjawisku wzrostu potencjału w miarę zmniejszania przekroju czynnego próbki spowodowanego przyrostem długości szczeliny.

Zalecane są dwa sposoby pomiaru długości szczeliny. Pierwszy ze sposobów oparty jest na liniowej aproksymacji zmiany potencjału w odniesieniu do przyrostu długości szczeliny. Aby obliczyć ten przyrost niezbędna jest znajomość początkowej i końcowej długości szczeliny oraz odpowiadających im wartości potencjału. Drugi sposób bazuje na wykorzystaniu jedynie znajomości wartości początkowej długości szczeliny i początkowej wartości potencjału.

Metoda zmiany podatności polega na monotonicznym obciążaniu i kolejnym odciążaniu próbki. Odciążać należy o wartość równą 10 do 20 % wartości obciążenia, przy którym następuje zmiana kierunku siły. Odciążenie powinno być wykonane co najmniej 5 - krotnie, przy czym należy zachować jednakowe przyrosty przemieszczenia pomiędzy poszczególnymi odciążeniami. W metodzie tej rejestrujemy siłę. Stosując tą metodę możemy obliczyć przyrost długości szczeliny przy wykorzystaniu trzech wzorów.

Pomiar przyrostu długości szczeliny realizowany był jednocześnie dwoma metodami (zmiany potencjału i zmiany podatności) na standartowej trójpunktowo zginanej próbce.

Schematy stanowisk do realizacji pomiaru długości szczeliny dla poszczególnych metod przedstawione są poniżej.

Schemat stanowiska pomiarowego dla metody zmiany potencjału.

Schemat stanowiska pomiarowego dla metody zmiany podatności.

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów sporządzam doświadczalne wykresy:

siła - trawersa i wykres zmiany potencjału w funkcji czasu. Wykresy te przedstawiają się następująco:

Te same wykresy po przeprowadzeniu filtracji wyglądają następująco:

Opracowanie wyników uzyskanych pomiarów polegało na wyznaczeniu przyrostu długości szczeliny metodami zmiany potencjału oraz zmiany podatności przy wykorzystaniu następujących zależności:

metoda zmiany potencjału - według wzoru zalecanego przez polską normę:

, w którym:

Δa_t - jest całkowitym przyrostem długości pęknięcia;

Δϕ_t - jest spadkiem potencjału odpowiadającemu całkowitemu przyrostowi długości pęknięcia;

Wykres przyrostu długości szczeliny sporządzony na podstawie powyższej zależności wygląda następująco:

b) metoda zmiany potencjału - sposób drugi:

, w którym:

a_i - jest aktualną długością szczeliny;

y - jest rozstawem elektrod;

ϕ_i - jest aktualną wartością potencjału;

ϕ₀ - jest początkową wartością potencjału;

Wykres przyrostu długości szczeliny sporządzony na podstawie powyższej zależności wygląda następująco:

c) metoda zmiany podatności - według PN:

, w którym:

C₀ - jest to najmniejsza podatność próbki (co nie jest zgodne z normą);

C_i - jest to podatność próbki odpowiadająca kolejnym odciążeniom;

b - jest to wymiar nie pękniętej części próbki;

Wykres przyrostu długości szczeliny sporządzony na podstawie powyższej zależności wygląda następująco:

d) metoda zmiany podatności - według ASTM E 813 89:

, w którym:

B_e - jest efektywną grubością próbki (B_e= 1);

S - jest rozstawem podpór;

E - jest modułem Younga;

Wykres przyrostu długości szczeliny sporządzony na podstawie powyższej zależności wygląda następująco:

e) metoda zmiany podatności - według normy amerykańskiej (metoda iteracyjna):

, w którym:

b_i-1 - jest to nie pęknięta część próbki (b_i-1 = W - a_i-1);

η = 2 - dla próbek trójpunktowo zginanych;

Wykres przyrostu długości szczeliny sporządzony na podstawie powyższej zależności wygląda następująco:

Wykres zbiorczy dla metody podatności (uwzględniający wszystkie trzy metody obliczeniowe):

Wnioski.

Stosowane przez nas metody określania przyrostu długości szczeliny mają swoje zalety i wady.

Metoda zmiany potencjału jest tańsza od metody wielu próbek, wymaga jednak drogiej aparatury. Ma również pewne ograniczenia: dla materiałów wysokoplastycznych nie można określić punktu inicjacji (należy wówczas zastosować inną metodę do określenia tego punktu).

Metoda zmiany podatności nie wymaga drogiej aparatury ani wielu próbek. Podatność (stosunek przyrostu trawersy do przyrostu siły) można określić tylko na krzywej odciążenia. Pewne wątpliwości budzi jednak sposób wyznaczenia podatności zerowej: PN zaleca określić ją dla pierwszego odciążenia, jednak bardziej prawidłowy zdaje się być wybór podatności minimalnej.

Przyrost długości szczeliny metoda zmiany podatności można określić trzema sposobami: według PN (błąd do 50 %), według ASTM E 813 89 (otrzymane wyniki nie są wiarygodne); norma amerykańska zawiera również sposób z wykorzystaniem metody iteracyjnej (błąd w granicach od 30 do 40 %).

---