WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 11 |
..

2 АВТОМАТИЗАЦИЯ УДК 620.1(075) ББК Ж3-1я73 С325 Р е ц е н з е н т ы:

Начальник отдела АСУ Тамбовского ЦСМ Д.Ю. Крылов Доцент кафедры "Криминалистика и информатизация правовой деятельности" ТГТУ кандидат технических наук А.В. Терехов Серегин, М.Ю.

С325 Организация и технология испытаний : в 2 ч. Ч. 2: Автоматизация испытаний : учебное пособие / М.Ю. Серегин. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006. – 96 с. – 100 экз. – ISBN 5-8265-0547-8.

Учебное пособие является базовым при изучении дисциплины "Организация и технология испытаний".

Предназначено для студентов 5 курса специальностей 200503 и 220501.

Рекомендуется также студентам и магистрантам для организации самостоятельной работы по изучению методов и процедур проведения испытаний продукции и материалов.

УДК 620.1(075) ББК Ж3-1я73 Серегин М.Ю., 2006 ISBN 5-8265-0547-8 © ГОУ ВПО "Тамбовский государственный © технический университет" (ТГТУ), 2006 Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО "Тамбовский государственный технический университет" М.Ю. СЕРЕГИН ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ИСПЫТАНИЙ Ч а с т ь 2 АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ Утверждено Ученым советом университета в качестве учебного пособия Тамбов Издательство ТГТУ 2006 Учебное издание СЕРЕГИН Михаил Юрьевич ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ИСПЫТАНИЙ Ч а с т ь 2 АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ Учебное пособие Редактор З.Г. Чернова Инженер по компьютерному макетированию М.Н. Рыжкова Подписано в печать 15.12.2006.

Формат 60 84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Тimes New Roman.

5,5 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. Заказ № 814 Издательско-полиграфический центр Тамбовского государственного технического университета 392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14 ВВЕДЕНИЕ Испытания являются одним из важнейших этапов жизненного цикла продукта. Правильная организация испытаний позволяет своевременно устранить брак и повысить качество получаемой продукции. Достоверные результаты испытаний – залог правильной настройки оборудования и один из важнейших факторов достижения эффективного производства.

Автоматизация испытаний является одним из важнейших факторов, позволяющих повысить качество проведения испытаний и достоверность получаемых результатов. Кроме того, автоматизация позволяет сократить время на проведение испытаний и многократно увеличить производительность. В определенных случаях, например при исследовании быстропротекающих процессов, создание автоматизированной системы испытаний является единственно возможным решением для получения необходимых результатов.

1. ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ 1.1. ИСПЫТАНИЯ НА ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ И ПОЛЗУЧЕСТЬ Длительные испытания служат для изучения поведения материалов при постоянном нагружении в зависимости от температуры и времени.

Различают длительные статические испытания при постоянном и снижающемся напряжении.

1.1.1. ИСПЫТАНИЯ НА ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ При длительных испытаниях деформация образца происходит не за счет управляемого перемещения одного из захватов (траверсы) испытательной машины, как при статическом испытании на растяжение, а в результате постоянного нагружения, которое осуществляют, например, с помощью непосредственно подвешенных грузов или рычажного нагружения.

При этом, вследствие процессов ползучести, протекающих с различной интенсивностью в зависимости от времени нагружения, деформация образца увеличивается. Ниже представлены интервалы температур для длительных испытаний различных групп материалов:

Тип материала Температура, К Полимеры ……………………………………………………... 300* Нелегированные стали ……………………………………….. До Низколегированные стали (феррито-перлитная структура) Высоколегированные стали (ферритная структура) ……….. Высоколегированные стали (аустенитная структура) ……... Высокотемпературные материалы........................................... * Самая высокая температура меньше или равна максимальной рабочей температуре.

При длительных испытаниях определяют важнейшие характеристики. Пределом ограниченной длительной прочности в/время при данной температуре называют величину постоянной нагрузки, вызывающей разрушение образца через определенное время, отнесенную к его начальному поперечному сечению при комнатной температуре.

Если разрушение наступает, например, через 1000 ч, получают значение предела ограниченной длительной прочности в/1000.

Пределом ползучести при испытаниях на длительную прочность называют напряжение, которое вызывает определенную величину деформации за установленное время испытания. При длительных испытаниях на растяжение определяют предел ползучести как предельное напряжение, индексами у которого являются остаточное удлинение ( %) и время (ч).

Пределом скорости ползучести называют напряжение, которое за определенное время вызывает определенную скорость ползучести или скорость деформации. В качестве индекса указывают скорость ползучести, выраженную в 10–4 %/ч. Например, при скорости ползучести 5·10–4 %/ч в интервале между 5…30 часами предел скорости ползучести обозначают 5…30.

Удлинение после разрушения при длительных испытаниях обозначают, в индексе указывают отношение между расчетной длиной и диаметром образца, а также время в часах, например 5/l000.

Для полимерных материалов, кроме того, определяют остаточную деформацию R(t) в определенный момент после разгрузки образца, например остаточную деформацию через 1 мин – 1мин.

Для выяснения поведения исследуемого материала при данной температуре устанавливают временные зависимости остаточного удлинения при различных нагрузках и изображают их графически. Металлические материалы желательно испытывать в течение 100 тыс. ч, в то время как для полимерных материалов предусматривают выдержку 10 тыс. ч.



По построенным зависимостям деформации от времени испытания определяют, например, время для получения остаточного удлинения 0,2 % или соответствующее разрушению образца и наносят на диаграмму длительных статических испытаний (рис. 1). Так получают временные зависимости разрушающих напряжений и напряжений, вызывающих остаточную деформацию 0,2 % (верхняя часть рис. 1). С помощью диаграмм длительных статических испытаний определяют предел ползучести и предел ограниченной длительной прочности путем интер- или экстраполяции.

Экстраполяцию по времени можно проводить, как правило, в пределах одного порядка; значения относительного удлинения и сужения после разрушения при длительных испытаниях не экстраполируют.

На рис. 2 представлены временные зависимости разрушающих напряжений для различных полимерных материалов при комнатной температуре в интервале 10–2…104 ч.

Рис. 1. Построение диаграммы длительных статистических испы- Рис. 2. Зависимость разрушающих напряжений от времени для различных таний:

полимерных материалов:

1 – линии разрушающих напряжений;

1 – GF-UP (упрочненный тканью); 2 – GF-UP 2 – линия напряжений, (упрочненный волокном); 3 – РММА; 4 – РС;

вызывающих удлинение bl = 0,2 %;

5 – РУС; 6 – РS (вязкий); 7 – РS (вязкий);

3 – кривые зависимости деформации 8 – РР; 9 – РЕ (HD); 10 – РЕ (ND) от времени при различных нагрузках На рис. 3 показано влияние температуры на поведение специального сорта полиэтилена при длительном нагружении. Видно, что линии разрушения при длительных выдержках имеют излом при тем более низких напряжениях, чем выше температура испытания. На поведение полимерных материалов при длительном нагружении, кроме того, сильно влияют условия обработки, а также окружающая среда.

1.1.2. ИСПЫТАНИЯ НА ПОЛЗУЧЕСТЬ В случае длительных испытаний при снижающемся (за счет Рис. 3. Зависимость разруперехода части упругой деформации в пластическую) напряжении образец шающих напряжений полипри определенной температуре подвергают начальной деформации и измеряют этилена от времени при темпостепенное уменьшение напряжения (релаксацию).

пературе К:

При этом получают следующие ха- рактеристики;

1 – 290; 2 – 310; 3 – 330; 4 – • скорость релаксации напряжений – скорость, с которой уменьшаются напряжения в образце;

• сопротивление релаксации напряжений, которое устанавливают при определенной температуре и начальной деформации по истечении определенного времени. Сопротивление релаксации обозначают с индексом Е/время, ч (начальная деформация, %). Например, сопротивление релаксации после 24 ч испытаний при начальной деформации 0,3 % следует записать Е/24(0,3) Н/мм2.

Кроме длительных статических испытаний при постоянном и снижающемся напряжении и постоянной температуре, имеется третий вид длительных испытаний, при котором рабочая температура изменяется в зависимости от протекающей деформации.

1.2. ИСПЫТАНИЯ ПРИ ПРИЛОЖЕНИИ ЦИКЛИЧЕСКИХ НАГРУЗОК На многие детали машин и элементы конструкции действуют динамические нагрузки в режиме колебаний.

При этом под колебаниями понимают не только движение масс различных систем, но и повторно-переменные нагрузки разного вида. На рис. 4 представлены области частот колебаний циклических нагрузок, имеющих место в различных машинах и конструкциях.

В простейшем случае речь идет о чисто синусоидальных колебаниях, но в общем случае следует учитывать также, например, гармонические или случайные колебания.

Рис. 4. Области частот колебаний циклических нагрузок:

1 – резонансные колебания;

2 – звуковые колебания;

3 – колебания нагрузок, действующих на детали автомобилей из-за неровности дороги;

4 – колебания при движении корабля;

5 – колебания при полете самолета;

6 – колебания нагрузок, возникающих при движении различных транспортных средств и в резервуарах;

7 – колебание ветровой нагрузки, действующей на строительные сооружения;

8 – температурные колебания;

9 – колебания снеговой нагрузки Подобное нагружение может привести к тому, что после определенного числа циклов нагружения происходит разрушение, хотя номинальные напряжения в детали не превышали статического предела упругости. Это явление, которое встречается как в кристаллических, так и в некристаллических материалах, часто называют усталостью, а вызванное им разрушение – усталостным.

Поскольку при этом протекают процессы, приводящие к необратимым изменениям в материале, лучше говорить о повреждении или разупрочнении, которые, в конечном счете, приводят к полному разрушению. Сопротивление материала или детали процессу накопления повреждений при циклическом нагружении определяется пределом выносливости. В случае циклического нагружения для установления (расчета) геометрических размеров детали нельзя использовать характеристики прочности, полученные при статических испытаниях, например предел текучести или временное сопротивление. В этом случае необходимо проводить испытания на усталость, с помощью которых можно определить предел выносливости или число циклов до разрушения, по которому можно установить срок службы данной детали.

Уже в середине прошлого столетия Велер разработал методику испытаний на усталость, которая находит применение (испытания по Велеру) до настоящего времени. В последние десятилетия эта методика была дополнена новыми положениями, касающимися проведения испытаний и обработки их результатов. Параллельно с этим для описания различных видов циклического нагружения и их учета при определении размеров конструкций выделилась специальная область механики твердого тела, занимающаяся усталостной прочностью и эксплуатационной стойкостью.





1.2.1. ПОВРЕЖДЕНИЕ МАТЕРИАЛА И КРИТЕРИИ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ Повреждение материала и образование излома при усталости происходят в результате возникновения и постепенного распространения трещины. Для описания этого процесса оказалось целесообразным разделить его на три стадии:

1) распространение трещины вследствие ее постепенного роста и физических свойств;

2) распространение трещины вследствие ее постепенного роста до достижения критической величины трещины;

3) разрушение остаточного поперечного сечения.

1.2.1.1. Зарождение трещин. Во время циклического нагружения крисунокталлиты в поликрисунокталлах постоянно подвергаются действию переменных напряжений. Эти напряжения будут вызывать переменное движение дислокаций в тех крисунокталлитах, которые благоприятно ориентированы к направлению касательных напряжений.

Уже после нескольких циклов нагружения движение дислокаций концентрируется на нескольких постепенно углубляющихся и расширяющихся усталостных полосах скольжения, что можно непосредственно наблюдать на поверхности.

В этих полосах скольжения протекание дислокационных реакций приводит к образованию дискообразных выдавливаний (экструзий) и углублений (интрузий), которые рассматривают как первую стадию образования субмикроскопической трещины (рис. 5). Другая возможность трещинообразования, которая особенно проявляется при повышенных температурах, заключается в образовании микротрещин по границам зерен и поверхностям раздела фаз.

Наряду с процессами, вызывающими образование трещин на поверхности, внутри материала также происходит движение дислокаций, которое в зависимости от его структурного состояния вызывает разупрочнение или упрочРис. 5. Возникновение и нение материала. В результате происходит изменение механических и физичераспространение усталостной ских свойств. В то время как все чистые металлы с гранецентрированной и обътрещины на стадиях I и II:

1 – граница зерна; 2 – интрузия;

3 – экструзия емно-центрированной кубической решеткой, а также малоуглеродистые стали при циклическом нагружении упрочняются, наклепанные металлы разупрочняются, причем интенсивность разупрочнения зависит от степени предварительного наклепа и интенсивности циклического нагружения. Для сталей при отношении т / в 0,можно ожидать упрочнения при циклическом нагружении, а при т / в > 0,8 – разупрочнения.

Разупрочнение деталей после длительного срока службы может сделать актуальными проблемы стабильности. Изменение физических свойств, например электропроводности, позволяет обнаруживать повреждение материала уже на начальной стадии циклического нагружения.

1.2.1.2. Развитие трещин. При увеличении продолжительности циклического нагружения интрузии сначала растут в направлении максимальных касательных напряжений, т.е. распространяются в виде микротрещин в отдельных крисунокталлах под углом 45 к направлению действия внешних нормальных напряжений (I стадия роста трещины). Продолжительность этой стадии составляет, обычно, всего 1…5 % срока службы до разрушения. Вообще, при наличии концентраторов напряжений (надрезов, резких переходов поперечного сечения), а также трещин, образовавшихся по технологическим причинам или из-за неоднородностей структуры, I стадия может полностью отсутствовать. Поэтому заключительную II-ю стадию роста трещины рассматривают как решающую в процессе повреждения, на которой происходит постепенное изменение направления распространения транскрисунокталлитной усталостной трещины. Оно становится перпендикулярным к направлению действия максимальных нормальных напряжений.

а) б) в) д) г) е) Рис. 6. Постепенный рост трещины при циклическом нагружении:

а – в ненагруженном состоянии; б – увеличение растягивающих напряжений;

в – максимальные растягивающие напряжения; г – увеличение сжимающих напряжений; д – максимальные сжимающие напряжения;

е – увеличение растягивающих напряжений В некоторых материалах, например в высокопрочных алюминиевых сплавах, стальных отливках и в чугуне с шаровидным графитом, наблюдается интеркрисунокталлитное распространение трещин. Чаще всего механизм распространения трещин на II стадии характеризуется постепенным дискретным ее продвижением при чередовании затупления и заострения вершины трещины (рис. 6). При циклическом нагружении периодически создаются новые поверхности трещины, что видно на поверхности излома в виде образующихся усталостных полос или бороздок (рис. 7). Эти бороздки образуются не только на металлах и полимерах, но также на дереве, бетоне, керамических и композиционных материалах. В пластической зоне, образующейся около вершины трещины, после циклического нагружения остаются внутренние остаточные напряжения сжатия, которые ниже определенного предела нагружения могут привести к частичному сжатию поверхностей трещины, так что дальнейшее продвижение трещины без повышения нагрузки невозможно. Это явление объясняет образование нераспространяющихся трещин.

Для количественной оценки ско- рости распространения трещины на II стадии вначале определяли ее зависимость от длины трещины а, напряжения и свойств материала М:

da / dN = f (а,, М).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 11 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.