Laboratorium z Mechaniki Doświadczalnej
Pomiar przyrostu długości szczeliny
PIOTR REJMAN	grupa 21 B	Data: 1997.04.10

Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z metodami pomiaru przyrostu długości szczeliny. Badanym materiałem jest stal 40HMNA. Badanie zostało przeprowadzone przy użyciu hydropulsacyjnej maszyny wytrzymałościowej MTS.

Schemat blokowy układu pomiarowego.

Obliczenia wykonano dla metody zmiany potencjału i metody zmiany podatności :

Metoda zmiany potencjału.

ϕ_o = 195 [μV]

Wzór I

- całkowity przyrost długości pęknięcia;

- spadek potencjału odpowiadający całkowitemu przyrostowi długości pęknięcia;

Wzór II :

Metoda zmiany podatności.

Podatność obliczamy ze wzoru :

Wzór III

:

gdzie : b=W-a_o

C_o - podatność zerowa

Dane dotyczące próbki :

Materiał próbki : 40 HMNA [S]
Rodzaj obróbki cieplnej : Hartowanie w temp. 870 , i odpuszczanie temp. 510, 440
Kształt próbki :
Szybkość obciążania : z `V' przy którym czas osiągnięcia 0.4 P wynosi 1 - 10 min.
Lp.	Własności wytrzymałościowe	Geometria próbki	Rozstaw elektrod
1.	Re [Mpa] = 1265 Rm [MPa] = 1385 A5 [%] = 7.2 Z [%] = 28	W =30 [mm] B = 15 [mm] L =120 [mm] a0 = 10.3 [mm]	y = 25 [mm]

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:

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:

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:

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:

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 %).

czujnik

przem.

PC

A/C

C/A

zasilacz

prądowy

pomiar

φ_o

Układ obciążający

---