НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ
РОЗРАХУНКИ І ВИПРОБУВАННЯ
НА МІЦНІСТЬ
М
БЗ № 10-2009/794
етодика визначення характеристикВидання офіційне
Київ
ДЕРЖСПОЖИВСТАНДАРТ УКРАЇНИ
2010
ПЕРЕДМОВА
РОЗРОБЛЕНО: Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАНУ (ФМІ НАНУ)
РОЗРОБНИКИ: Я. Іваницький, д-р техн, наук; І. Ходань, канд. техн, наук; С. Штаюра, канд. техн, наук; В. Бойко, канд. техн, наук; В. Панасюк, д-р техн, наук (науковий керівник)
ПРИЙНЯТО ТА НАДАНО ЧИННОСТІ: наказ Держспоживстандарту України від 5 жовтня 2009 р. № 358
УВЕДЕНО ВПЕРШЕ
Право власності на цей документ належить державі.
Відтворювати, тиражувати і розповсюджувати його повністю чи частково
на будь-яких носіях інформації без офіційного дозволу заборонено.
Стосовно врегулювання прав власності треба звертатися до Держспоживстандарту України
Держспоживстандарт України, 201
0ЖаСТ
с.
Сфера застосування 1
Нормативні посилання 1
Терміни та визначення понять . 2
Загальні положення 2
Зразки та їхнє виготовляння З
Засоби випробовування і вимірювання ...4
Методика проведення випробовування 5
Розраховування залежності КІИ(ї) і визначання критичного динамічного коефіцієнта інтенсивності напружень K|flc 6
Додаток А Позначення, використані у стандарті, та їхня розмірність 9
Додаток Б Пристрій для ударного закручування циліндричних зразків 10
Додаток В інформаційно-вимірювальна система (!ВС) для динамічних випробовувань 11
Додаток Г Пристрій для тарування силовимірювачів на маятниковому копрі 13
Додаток Д Протокол випробовування 14
Додаток Е Програма для обчислювання динамічного коефіцієнта інтенсивності напружень за динамічного закручування циліндричного зразка 15ДСТ¥7@6В°Ж©0
НАЦІОНАЛЬНІЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ
розрахунки а випробування на мациасть
Методика визначення характеристик
динамтноїтрН^ностійкостй металзв
за поздовжнього зсуву за температур
вад мзнус 196 °С до плюс 400 °С
РАСЧЕТЫ И ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ
Методика определения характеристик
динамической трещиностойкости металлов
при продольном сдвиге и температурах
от минус 196 °С до плюс 400 °С
CALCULATION AND STRENGTH TESTS
Methods for determining dynamic crack
growth resistance characteristics of metals
under mode of longitudinal fracture shift at temperature range
from minus 196 °С to plus 400 °С
Чинний від 2010-01-01
СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ
Стандарт установлює методи механічних випробовувань для визначання характеристик динамічної тріщиностійкості металів за поздовжнього зсуву за температури випробовувань від мінус 196 °С до плюс 400 °С.
Цей стандарт разом з іншими стандартами застосовують для визначання характеристик міцності матеріалів.
Стандарт не поширюється на механічні випробовування неметалевих матеріалів.
Вимоги цього стандарту рекомендовані для підприємств, організацій, установ, науково- дослідних товариств, які здійснюють розрахунки міцності матеріалів елементів конструкцій.
НОРМАТИВНІ ПОСИЛАННЯ
У цьому стандарті є посилання на такі документи:
ДСТУ 2442-94 Механіка руйнування. Терміни та визначення
ГОСТ 25.506-85 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении (Розрахунки і випробовування на міцність. Методи механічних випробовувань металів. Визначання характеристик тріщиностійкості (в’язкості руйнування) за статичного наван- тахкення)
ГОСТ 3565-80 Металлы. Методы испытаний металлов на кручение (Метали. Методи випробовування металів на кручення)
Видання офіційне
ГОСТ 9651-91 Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах (Метали. Методи випробовування на розтяг за підвищених температур)
ГОСТ 10708-85 Копры маятниковые. Технические условия (Копри маятникові. Технічні умови)
ГОСТ 11150-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение при пониженных температурах (Метали. Методи випробовування на розтяг за знижених температур)
ГОСТ 21616-91 Тензорезисторы. Общие технические условия (Тензорезистори. Загальні технічні умови)
ГОСТ 24555-81 СГИП. Порядок аттестации испытательного оборудавания. Основные положения (СДВП. Порядок атестування випробовувального устатковання. Основні положення).
3 ТЕРМИН ТА ВИЗНАЧЕННЯ ПОНЯТЬ
Нижче подано терміни, вжиті в цьому стандарті, та визначення позначених ними понять.
механіка руйнування матеріалів
Розділ .механіки деформівного твердого тіла, що вивчає процеси дес^ормування та руйнування твердих тіл за наявності в них тріщин (ДСТУ 2442)
динамічна тріщиностійкість
Властивість матеріалу чинити опір руйнуванню за дії динамічних навантажень
динамічні навантаження
Навантаження, за яких швидкість зростання динамічного коефіцієнта інтенсивності напружень (ДКІН) змінюється у діапазоні від 1,5-10 до 5-Ю6 МПа-м2-о:.
інерційність
Здатність тіла зберігати стан спокою або рівномірного прямолінійного руху
коливні процеси
Збурювання напруженого стану у тілі, які змінюються за скінченою швидкістю, спричинені дією динамічного навантаження
динамічний коефіцієнт інтенсивності напружень
ДКІН
Кількісна характеристика сингулярної складової поля напружень в околі фронту тріщини за дії динамічного навантаження
швидкість зміни ДКІН
Зміна коефіцієнта інтенсивності напружень за одиницю часу за динамічного навантаження
.§ поздовжній зсув
Вид деформування, пов’язаний зі зміщенням берегів тріщини уздовж її фронту
3.9 умовна динамічна границя плинності під час кручення, т^3
Дотичне напруження, розраховане за формулою для пружного кручення, за якого залишковий зсув зразка досягає 0,3 %.
Познаки величин, використані у стандарті, надано у додатку А.
ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ
Характеристику динамічної тріщиностійкості визначають за даними випробовувань закручуванням зразків з утомною тріщиною за діаграмою «момент закручування — час» (M-t).
Випробовують зразки з тріщинами у діапазоні швидкостей зростання коефіцієнта інтенсивності напружень (К!Н) Аф = dKm/dt від 1,5-10 до 5-Ю6 МПа-м2 -с’1.
За результатами випробувань визначають зміну коефіцієнта інтенсивності напружень Ki.j(f) від часу закручування та-харахтеристиху динамічної тріщиностійкості матеріалу — критичний динамічний коефіцієнт інтенсивності напружень К^с за поздовжнього зсуву.Характеристику опору матеріалу динамічному руйнуванню закручуванням визначають за результатами випробувань не менше ніж 3 зразків.
Розсіювання характеристики опору матеріалу динамічному руйнуванню визначають за даними випробовувань не менше ніж 15 зразків.
ЗРАЗКИ ТА ОХНЄ ВИГОТОВЛЯННЯ
Характеристику динамічної тріщи нестійкості матеріалу K(ftc визначають за силовою схемою ударного закручування циліндричних зразків (тип І) із зовнішньою кільцевою тріщиною (рисунок 1).
Рисунок 1 — Циліндричний зразок для випробовування ударним закручуванням
Схема навантаження j м
О
(5.1)
птимальні розміри циліндричних зразків (рисунок 1) вибирають за співвідношеннями:L = 7D; d = (0,6...0,7)D; Ц >100,
/0 = 0,5(D-d) > Л+ 1,5 мм,
Dk = 0-2/7« (0,65...0,85)D,
D1 = 1,50, b = 0,850-.,
де L — робоча довжина зразка (циліндра);
L-t — довжина зразка;
D —- зовнішній діаметр зразка;
Dk~ діаметр ослабленого надрізом перерізу зразка;
d — середній діаметр контуру вихідної втомної тріщини;
/о — довжина тріщини;
h — глибина кільцевого надрізу у зразку.
Коректність розрахунку величини К^ІС під час випробовування зразків, наведених на рисунку 1, установлюють за вимогами до діаметра зразка.
Орієнтовний діаметр зразка D для визначання K,flc у діапазоні зміни Кт, вказаному у 4.2, встановлюють відповідно до таблиці 1 за модулем зсуву G і умовною межею плинності матеріалу за статичного т03 (ГОСТ 3565) та динамічного кручення
.Регламентують такі параметри зразків: тип І — діаметр D не менше ніж 12 мм.
Таблиця 1 — Вибір орієнтовного діаметра зразка для визначання K,flc
|
Тд.З IG |
т0,3 /G |
D, мм |
|
До 0,005 |
До 0,006 |
60 |
|
0,005...0,0057 |
0,006...0,0065 |
50 |
|
Понад 0,0057 до 0,0055 включ. |
Понад 0,0065 до 0,0075 включ. |
40 |
|
» 0,0065 » 0,0075 » |
» 0,0075 » 0,008 » |
25 |
|
» 0,0075 » 0,0095 » |
» 0,008 » 0,0095 » |
15 |
|
Понад 0,0095 |
Понад 0,0095 |
12 |
Зразки виготовляють із однієї партії матеріалу. За технологією виготовляння зразків забезпечують відсутність наклепу металу, залишкових напружень та інших пошкоджень у зоні руйнування.
Втомні тріщини в циліндричному зразку (тип І) створюють за три- або чотириточкового кругового згину зразка з постійною стрілою прогину — згідно з ГОСТ 25.506 із коефіцієнтом асиметрії циклу R = 0,1 т0,2. Номінальні напруження ст0 в нетто-перерізі зразка за максимального зусилля циклу не повинні перевищувати 0,5ст0і2, а кількість циклів навантаження для створення втомної тріщини повинна бути не менше ніж 5 -104.
Величину надрізів, довжину тріщини і допуски на їхні розміри встановлено у ГОСТ 25.506.
8 ЗАСОБИ ВИПРОБОВУВАННЯ S ВИМІРЮВАННЯ
Зразки для визначання характеристик тріщиностійкості за динамічного закручування випробовують на машинах із механічним приводом, а також на модернізованих маятникових копрах. Під час випробовування вимірюють і реєструють часову залежність зусилля Р, яке діє на плече поворотного важеля а і закручує зразок моментом М (М = Р а) (див. додаток Б).
Випробовувань»! установки повинні відповідати вимогам ГОСТ10708 та бути атестовані згідно з ГОСТ 24555.
Точність вимірювання моменту закруту та зсуву берегів тріщини встановлюють згідно з ГОСТ 25.506.
Мінімальний запас енергії копра оцінюють за формулою:
1Л/ 512 А М2п , з
W
ттах 'Фтах =~—7Т-7Т- ДЖ/М ’
7Ї D Ь
де "'max — максимальні дотичні напруження, які діють на поверхні зразка, Н/м2;
Фтах ““ максимальний кут закручування на розрахунковій довжині зразка, рад;
G — модуль зсуву, Н/м2;
М — момент закручування зразка, Н-м.
Для записування діаграм «момент закручування — час» копри оснащують реєструвальни- ми приладами.
Зусилля, прикладені до зразків на маятниковому і вертикальному копрах, у процесі закручування вимірюють динамометрами, пружним елементом яких є ударна частина маятника копра (молот), вантажу, що падає, і динамометр активного захоплювача. Зусилля копра є сумою двох складових: інерційного опору зразка і власного руйнувального навантаження.
Для еталонних досліджень контрольні давачі (тензорезистори —■ згідно з ГОСТ 21616) наклеюють безпосередньо на зразках, що дозволяє виділити із сумарного зусилля істинне руйнівне зусилля.
®.4 Діаграму «момент закручування — час» реєструють зо сигналами динамометрів на активному захоплювачі і оцифровують за допомогою інформаційно-вимірювальної системи (ІВС) (додаток В).
®.5 Для визначення характеристики динамічної тріщиностійкості матеріалу К^с розраховують залежність Кці(О — зміну ДЮН за час навантажування, застосувавши інформаційно-вимірювальну систему (ІВС), блок-схему якої подано у додатку В, і на основі цього встановлюють максимальний ДЮН (див. розділ 8).
6.6 Достовірність результатів досліджень забезпечують таруванням силовимірювачів за взірцевими динамометрами (додаток Г).
1 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБОВУВАННЯ
Перед випробовуваннями перевіряють і тарують засоби вимірювання зусиль і зсуву згідно з чинними стандартами на відповідному пристосуванні. Чутливість реєстраційної апаратури встановлюють відповідно до передбачуваних значень вимірюваних сигналів. Статичне тарування динамометрів здійснюють вимірювальною апаратурою, яку потім використовують для випробовування ударним закручуванням.
Розміри зразків /0, ф D вимірюють із похибкою не більше ніж 0,1 мм.
Установлюють зразок у пристосування і налагоджують робочий режим вимірювальної апаратури.
Після закріплення пристрою із зразком для випробовування на копрі встановлюють необхідний запас енергії руйнування копра відповідно до 6.2.
Досягають необхідної величини Кщ зміною висоти підіймання маятника.
Під час випробовування за допомогою ІВС записують діаграму «момент закручування- час». Момент закручування М створює сила Р, яка діє на плече поворотного важеля а. Для розраховування ДКІН використовують часову залежність приведеного зусилля Т, яке на плечі D/2 створює момент, еквівалентний моменту М (див. розділ 8).
Після випробовування вимірюють основні параметри зламу зразка у зоні руйнування. Для циліндричних зразків інструментальним мікроскопом вимірюють довжину тріщини 2/0 у двох взаємно перпендикулярних напрямках із похибкою не більше ніж ± 0,1 мм і розраховують середнє значення виміряної величини (див. ГОСТ 25.506).
