Компактный образец растяжения - Compact tension specimen

Схема и размеры компактного образца на растяжение.

А компактный образец растяжения (CT) является типом стандартного образца с надрезом в соответствии с ASTM^[1] и ISO^[2] стандарты. Компактные образцы растяжения широко используются в области механика разрушения и коррозия тестирование, чтобы установить вязкость разрушения и рост усталостной трещины данные для материала.

Цель использования образца с надрезом - создать усталость растрескивание путем приложения циклической нагрузки через штифты, вставленные в отверстия на образце, с помощью лаборатории испытание на усталость машина. Усталостная трещина начинается в месте надреза и распространяется через образец. Длина трещины обычно контролируется путем измерения податливости образца, которая изменяется по мере роста трещины, или прямого измерения с использованием оптического микроскопа для измерения положения вершины трещины или косвенно по показаниям экстензометра раскрытия устья трещины или крепления. тензодатчики к обратной стороне купона.^[3]

Согласно стандартам, ограничивающим размером образца является толщина материала. Компактные образцы на растяжение используются для экспериментов, где имеется нехватка материала из-за их компактной конструкции. Для рулонных материалов выемка должна быть совмещена с направлением рулона, где материал наиболее слабый. Это позволит пользователю убедиться, что все достигнутые результаты консервативны (наихудший сценарий).

Коэффициент интенсивности стресса

В коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины компактного образца растяжения^[4]

${\displaystyle K_{\rm {I}}={\frac {P}{B}}{\sqrt {\frac {\pi }{W}}}\left[16.7\left({\frac {a}{W}}\right)^{1/2}-104.7\left({\frac {a}{W}}\right)^{3/2}+369.9\left({\frac {a}{W}}\right)^{5/2}-573.8\left({\frac {a}{W}}\right)^{7/2}+360.5\left({\frac {a}{W}}\right)^{9/2}\right]}$

куда ${\displaystyle P}$ приложенная нагрузка, ${\displaystyle B}$ - толщина образца, ${\displaystyle a}$ - длина трещины, а${\displaystyle W}$ - эффективная ширина образца, представляющая собой расстояние между центральной линией отверстий и задней стороной купона. Вышеупомянутое уравнение было подогнано с помощью численных расчетов для образцов различной геометрии.

Длина трещины

Длину трещины часто измеряют косвенно во время испытаний, вычисляя длину трещины по податливости образца. Податливость может быть определена либо с помощью датчика смещения устья трещины (CMOD), либо по измерениям деформации на обратной стороне купона.

Смещение раскрытия рта при трещине

Длину трещины можно определить с помощью измерителя смещения, прикрепленного к горловине купона для измерения смещений. ${\displaystyle v}$ используя уравнение^[1]

${\displaystyle a/W=1.0010-4.6695{u_{x}}+18.460{u_{x}}^{2}-236.82{u_{x}}^{3}+1214.9{u_{x}}^{4}-2143.6{u_{x}}^{5}}$

${\displaystyle u_{x}=\left\{\left[{\frac {EvB}{P}}\right]^{\frac {1}{2}}+1\right\}^{-1}}$

Это уравнение применимо в диапазоне ${\displaystyle 0.2<a/W<0.95}$.

Напряжение спины

Длину трещины можно определить с помощью деформации задней поверхности. ${\displaystyle \varepsilon }$ со следующим уравнением^[3]

${\displaystyle a/W=1.0033-2.35U+1.3694U^{2}-15.294U^{3}+63.182U^{4}-74.42U^{5}}$

куда ${\displaystyle U=1/({\sqrt {A}}+1)}$, ${\displaystyle A=E(\varepsilon W)B/P}$ и ${\displaystyle E}$ - модуль Юнга материала купона. Это уравнение применимо в диапазоне ${\displaystyle 0.2<a/W<0.95}$.

Разница в электрическом потенциале

Длину трещины также можно определить по измерениям напряжения разности электрических потенциалов (EPD) в точках на каждой стороне устья обработанного паза на противоположных сторонах купона, используя^[1]

${\displaystyle a/W=-0.5051+0.8857(V/V_{r})-0.1398(V/V_{r})^{2}+0.0002398(V/V_{r})^{3}}$

куда ${\displaystyle V}$ - измеренное напряжение EPD и ${\displaystyle V_{r}}$ - эталонное напряжение трещины, соответствующее ${\displaystyle a/W=0.241}$. Это уравнение применимо в диапазоне ${\displaystyle 0.24<a/W<0.7}$.

Рекомендации

1. ASTM E647-00 Стандартный метод испытаний для измерения скорости роста усталостных трещин. ASTM International, 2000.
2. ISO 7539-6 Коррозия металлов и сплавов. Испытания на коррозию под напряжением. Часть 6. Подготовка и использование образцов с предварительным растрескиванием для испытаний при постоянной нагрузке или постоянном перемещении.. 2-е изд. 2003 г.
3. Newman, J.C .; Yamada, Y .; Джеймс, М.А. (2011). «Соотношение податливости деформации тыльной стороны для компактных образцов для широкого диапазона длин трещин». Инженерная механика разрушения. 78 (15): 2707–2711.
4. Бауэр, А. Ф. (2009). Прикладная механика твердого тела. CRC Press.