Формирование разнонаправленных испытательных усилий и экспериментальная оценка прочности материала в условиях двухосного растяжения
Автор: Зеньков Е.В., Цвик Л.Б.
Статья в выпуске: 4, 2015 года.
Бесплатный доступ
Предложена методика формирования разнонаправленных испытательных усилий при проведении механических испытаний лабораторных образцов материала на типовой одноприводной испытательной машине. В предлагаемой методике указанная система усилий, действующих на образец, создается с помощью наклонных граней этого образца и возникающих на них контактных реакций при его взаимодействии с призматической опорой, имеющей соответствующие скосы. Рассматривается схема опирания и нагружения призматического образца, реализующая рассматриваемое формирование испытательных усилий. Обосновывается выбор углов наклонных граней образца на основе расчетного моделирования процесса деформирования его модели с использованием численного аппарата метода конечных элементов и решения контактной задачи деформируемого твердого тела. Даны рекомендации по использованию на практике оптимальных углов наклона опорных поверхностей для создания схемы двухосного растяжения. Приведены результаты расчетного анализа НДС призматических образцов в зависимости от его основных геометрических параметров. Описано испытание предложенных образцов при определении прочностных параметров закаленной пружинно-рессорной стали 50ХФА, находящейся в условиях двухосного растяжения. Анализ результатов, полученных при разрушении образцов, осуществляется на основе уравнения предельного состояния Писаренко-Лебедева. Указанные параметры определяются на основе численного анализа НДС испытанных серий образцов в момент их разрушения. Выполненный анализ учитывал контактный характер взаимодействия образца с опорными элементами и возможность возникновения в материале образца пластических деформаций. Дана экспериментальная оценка уменьшения предельного значения первого главного напряжения в очаге разрушения образцов из стали 50ХФА при двухосном растяжении по сравнению с одноосным растяжением.
Лабораторный образец, разнонаправленные усилия, одноприводная машина, контактная реакция, метод конечных элементов, прочностные параметры, двухосное растяжение, конструкционная прочность, моделирование, критерий прочности, напряженно-деформированное состояние
Короткий адрес: https://sciup.org/146211578
IDR: 146211578 | УДК: 629.4.015 | DOI: 10.15593/perm.mech/2015.4.07
Formation of divergent testing efforts and experimental evaluation of material strength under biaxial stretching
A method for forming multidirectional testing efforts during the mechanical testing of laboratory samples using the typical one-driving testing machine is suggested here. In the proposed method, this system of forces acting on the sample is created by the inclined faces of the sample and the resulting contact reactions on them when it interacts with parallel support having appropriate ramps. The authors consider the scheme of supporting and the loading of the prismatic sample which implements the considered formation of the test efforts. The justification of choice of angles of the sample inclined faces based on the numerical simulation of model deformation using the numerical finite element method apparatus and solving the contact problem of deformable solids is provided here. Recommendations for using optimum angles of inclination of the supporting surface for creating circuitry biaxial stretching have been given. The results of computational analysis of VAT prismatic samples depending on its basic geometric parameters are described here. The testing of the proposed models is described in determining the strength parameters of spring-tempered spring steel 50HFA located in a biaxial stretching. The analysis of the results obtained by the destruction of the samples is based on the limit state equation of Pisarenko-Lebedev. The determination of these parameters is based on the numerical analysis of VAT tested series of samples at the time of their destruction. The analysis includes consideration of the nature of the contact interaction of the sample with the support elements and the possible occurrence of plastic deformation in the sample. It became possible to present the experimental evaluation of reducing the limit value of the first principal stress in the hearth of destruction of samples of steel 50HFA under biaxial stretching compared to uniaxial tension.
Список литературы Формирование разнонаправленных испытательных усилий и экспериментальная оценка прочности материала в условиях двухосного растяжения
- Вилимок Я.А., Назаров К.А, Евдокимов А.К. Напряженное состояние и прочность плоских образцов при одноосном и двухосном растяжении//Известия Тул. гос. ун-та. Технические науки. -2013. -№ 11. -С. 388-393.
- Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов -Киев: Дельта, 2008. -816 с.
- Механические свойства конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии/А.А. Лебедев, Б.И Ковальчук /под ред. А.А. Лебедева. -Киев: Ин Юре, 2003. -540 с.
- Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. -М.: Машиностроение., 1985. -224 с.
- Цвик Л.Б. Зеньков Е.В. Определение прочностных характеристик материалов экспериментальных призматических образцов при двухосном растяжении//Вестник машиностроения. -2015. -№ 1. -С. 42-46.
- Пат. 2073842 РФ. Образец для испытания металла при двухосном напряженном состоянии/Есиев Т.С., Басиев К.Д., Стеклов О.И.; опубл. 20.02.1997; Бюл. № 7.
- Вансович К.А., Ядров В.И. Усталостные испытания стальных крестообразных образцов с трещиной при двухосном нагружении//Омский научный вестник. -2012. -№ 3. -С. 117-122.
- Вансович К.А., Ядров В.И. Экспериментальное изучение скорости роста поверхностных трещин в алюминиевом сплаве АК6 и в стали 20 при двухосном нагружении//Изв. Самар. науч. центра РАН. -2013. -№ 4. -С. 436-438.
- О влиянии характера напряженного состояния на пластичность и разрушение конструкционных сталей/Ю.А Гагарин //Проблемы прочности. -1978. -№ 6. -С. 70-75.
- А.с. 1793320 СССР. А1, кл. G 01 N3/28. Призматический образец для оценки механических свойств материала/Важенцев О.Г.; опубл. 07.02.93; Бюл. № 5.
- Укрепление отверстий и статическая прочность осесимметричных штуцерных узлов/Л.Б. Цвик //Проблемы машиностроения и надежности машин. -1993. -№ 1. -С. 58-65.
- Пат. 2516599 РФ. Призматический образец для оценки прочности материала/Зеньков Е.В., Цвик Л.Б., Запольский Д.В.; опубл. 27.03.2014; Бюл. № 9.
- Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. -М.: Высш. шк., 1986. -416 с.
- Галин Л.А. Контактные задачи теории упругости и вязкоупругости. -М.: Наука, 1980. -304 с.
- Зеньков Е.В, Андреева А.А. Методика экспериментального исследования полей деформаций на основе использования цифровой оптической системы//Проблемы транспорта Восточной Сибири: сб. науч. тр. IV Всерос. науч.-практ. конф. ИрГУПС. -Иркутск, 2013. -Ч. 1. -С. 95-99.
- Зеньков Е.В., Цвик Л.Б. Расчетно-экспериментальная оценка напряженно-деформированного состояния лабораторного образца с галтельным//Вестн. ИрГТУ. -Иркутск, 2013. -№ 9. -С. 70-78.
- Sutton M.A., J.-J.Orteu, H.Schreier. Image Correlation for Shape, Motion and Deformation Measurements. -University of South Carolina, Columbia, SC, USA, 2009. -364 p.
- Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. -М.: Машиностроение, 1975. -398 с.
