Особенности испытания ударных образцов Менаже и Шарпи при хрупком разрушении

Выполнен краткий анализ основных преимуществ и недостатков стандартных ударных образцов с острым (Шарпи) и круглым надрезами (Менаже). Показано, что для случая их хрупкого разрушения между данными образцами существует устойчивая связь, которая в ряде случаев может быть использована при диагностирова...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автор:	Дядин, В.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2011
Назва видання:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102499
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Особенности испытания ударных образцов Менаже и Шарпи при хрупком разрушении / В.П. Дядин // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 4. — С. 44-47. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-102499
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1024992016-06-13T03:03:15Z Особенности испытания ударных образцов Менаже и Шарпи при хрупком разрушении Дядин, В.П. Научно-технический раздел Выполнен краткий анализ основных преимуществ и недостатков стандартных ударных образцов с острым (Шарпи) и круглым надрезами (Менаже). Показано, что для случая их хрупкого разрушения между данными образцами существует устойчивая связь, которая в ряде случаев может быть использована при диагностировании ответственных конструкций для оценки дефектов с позиций механики разрушения. Brief analysis of the main advantages and disadvantages of standard impact samples with sharp (Charpy) and round (Mesnager) notches was performed. It is shown that for the case of their brittle fracture there exists a stable connection between these samples, which in a number of cases can be used at diagnostics of critical structures for assessment of defects in terms of fracture mechanics. 2011 Article Особенности испытания ударных образцов Менаже и Шарпи при хрупком разрушении / В.П. Дядин // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 4. — С. 44-47. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102499 621.19.16 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Дядин, В.П. Особенности испытания ударных образцов Менаже и Шарпи при хрупком разрушении Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Выполнен краткий анализ основных преимуществ и недостатков стандартных ударных образцов с острым (Шарпи) и круглым надрезами (Менаже). Показано, что для случая их хрупкого разрушения между данными образцами существует устойчивая связь, которая в ряде случаев может быть использована при диагностировании ответственных конструкций для оценки дефектов с позиций механики разрушения.
format	Article
author	Дядин, В.П.
author_facet	Дядин, В.П.
author_sort	Дядин, В.П.
title	Особенности испытания ударных образцов Менаже и Шарпи при хрупком разрушении
title_short	Особенности испытания ударных образцов Менаже и Шарпи при хрупком разрушении
title_full	Особенности испытания ударных образцов Менаже и Шарпи при хрупком разрушении
title_fullStr	Особенности испытания ударных образцов Менаже и Шарпи при хрупком разрушении
title_full_unstemmed	Особенности испытания ударных образцов Менаже и Шарпи при хрупком разрушении
title_sort	особенности испытания ударных образцов менаже и шарпи при хрупком разрушении
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102499
citation_txt	Особенности испытания ударных образцов Менаже и Шарпи при хрупком разрушении / В.П. Дядин // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 4. — С. 44-47. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT dâdinvp osobennostiispytaniâudarnyhobrazcovmenažeišarpiprihrupkomrazrušenii
first_indexed	2025-07-07T12:25:16Z
last_indexed	2025-07-07T12:25:16Z
_version_	1836990979598450688
fulltext	УДК 621.19.16 ОСОБЕННОСТИ ИСПЫТАНИЯ УДАРНЫХ ОБРАЗЦОВ МЕНАЖЕ И ШАРПИ ПРИ ХРУПКОМ РАЗРУШЕНИИ В. П. ДЯДИН, канд. техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Выполнен краткий анализ основных преимуществ и недостатков стандартных ударных образцов с острым (Шарпи) и круглым надрезами (Менаже). Показано, что для случая их хрупкого разрушения между данными образцами существует устойчивая связь, которая в ряде случаев может быть использована при диагностировании ответ- ственных конструкций для оценки дефектов с позиций механики разрушения. Brief analysis of the main advantages and disadvantages of standard impact samples with sharp (Charpy) and round (Mesnager) notches was performed. It is shown that for the case of their brittle fracture there exists a stable connection between these samples, which in a number of cases can be used at diagnostics of critical structures for assessment of defects in terms of fracture mechanics Определение ударной вязкости на стандартных образцах Менаже в странах СНГ применяется до сих пор несмотря на то, что практически во всем мире используется образец Шарпи. При этом ос- новной довод в пользу образца Менаже сводится к тому, что данный радиус закругления (1,0 мм) позволяет более полно охватить исследуемую зо- ну сварного соединения или основного металла. Это дает возможность оценить среднюю интег- ральную характеристику вязкости сварного сое- динения при проведении меньшего количества ис- пытаний по сравнению с образцами Шарпи, которые из-за малого радиуса закругления в вер- шине надреза (0,25 мм) не могут охватить всю исследуемую область. Вместе с тем отсутствие максимальных облас- тей стеснения материала перед надрезом образца Менаже не позволяет воссоздать реальную кар- тину распределения напряжений в процессе раз- рушения, присущих трещиноподобному дефекту, которые типичны для сварных конструкций. В этой связи определяемая температура вязко-хруп- кого перехода на данном типе образца сдвигается в область более низких температур, что не соот- ветствует реальной картине разрушения сварных элементов. Из отечественной и зарубежной практики хо- рошо известно, что предъявляемые требования к величине ударной вязкости образца Шарпи дос- таточно хорошо согласуются с сопротивлением конструкционных сталей и их соединений воз- можному росту несплошностей типа трещин, ко- торые контролируются с помощью различных критериев механики разрушения. Иными словами, значения ударной вязкости образца Шарпи харак- теризуют косвенным образом сопротивление кон- струкционных материалов и их соединений воз- можному росту дефектов (трещиностойкость). Установление возможной связи между данны- ми типами образцов при различных видах разру- шения — вязком, квазихрупком и хрупком — поз- волило бы значительно расширить использование подходов механики разрушения при диагностике сварных конструкций и оценке их дальнейшей ра- ботоспособности с учетом выявляемых несплош- ностей неразрушающими методами контроля. Случай вязкого разрушения был рассмотрен в работе [1]. В данной статье рассматривается ва- риант хрупкого разрушения стандартных образ- цов Менаже и Шарпи. В отличие от вязкого разрушения, когда в вер- шине надреза образца достигаются критические значения деформаций εf, хрупкое разрушение воз- никает при условии достижения локальными рас- тягивающими напряжениями некоторой крити- ческой величины, равной сопротивлению микрос- колу материала Rmc или его макроскопическому эквиваленту — сопротивлению отрыва Rσ [2–5]. Таким образом, условие хрупкого разрушения образца сводится к обеспечению за счет объем- ности напряженного состояния вблизи надреза де- формационного упрочнения и динамического наг- ружения такой степени перенапряжения, которая позволяет реализовать условие σmax ≈ Rmc, где σmax — максимальные локальные напряжения в образце. Распределение локальных напряжений на не- котором расстоянии от вершины надреза в зави- симости от угла прогиба стандартного образца мо- жет быть получено с учетом результатов работ [1, 6]. В этом случае связь между углом изгиба образца и величиной локальных напряжений и пластических деформаций при условии степенного закона упроч- нения материала описывается выражением: σ σ0,2 ε ε0,2 = K2 ⎛ ⎜ ⎝ 1 + 4 ρ x⎞ ⎟ ⎠ ⎛ ⎜ ⎝ θ 3 ε0,2 ⎞ ⎟ ⎠ 1 + n , (1) © В. П. Дядин, 2011 44 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 где ε — локальная пластическая деформация на расстоянии х от вершины надреза ударного об- разца; ε0,2 — пластическая деформация, соответ- ствующая пределу текучести σ0,2 материала; ρ — радиус надреза; n — величина деформационного упрочнения материала; K — коэффициент концен- трации упругих напряжений в вершине надреза радиуса ρ стандартного ударного образца; θ — угол прогиба образца. Учитывая, что перед возникновением общей текучести вблизи вершины надреза образца воз- никает область объемного напряженного состоя- ния [1, 7] зависимость (1) в этом случае может быть записана в виде: σ σ0,2 ε ε0,2 = ⎛⎜ ⎝ 1 + ln⎛ ⎜ ⎝ 1 + x ρ ⎞ ⎟ ⎠ ⎞ ⎟ ⎠ K2 ⎛ ⎜ ⎝ 1 + 4 ρ x⎞ ⎟ ⎠ ⎛ ⎜ ⎝ θ 3ε0,2 ⎞ ⎟ ⎠ 1 + n .(2) Поскольку стеснение в образце Шарпи опре- деляется углом надреза [1,8], максимальные рас- тягивающие напряжения σmax, при которых реа- лизуется хрупкое разрушение данного типа образ- ца, можно описать зависимостью: Rmc σ0,2 εf ε0,2 = 2,18 K1 2 ⎛ ⎜ ⎝ 1 + 4 ρ1 x1 ⎞ ⎟ ⎠ ⎛ ⎜ ⎝ θ1k 3 ε0,2 ⎞ ⎟ ⎠ 1 + n , (3) где ρ1 = 0,25 мм — радиус в вершине надреза стандартного ударного образца Шарпи; K1 — коэффициент концентрации упругих напряжений в вершине надреза стандартного ударного образца Шарпи, равный 3,44; θ1к — критический угол про- гиба образца Шарпи; εf — критическая локальная пластическая деформация на расстоянии х1 от вер- шины надреза образца; x1 — расстояние от вер- шины надреза до точки максимального стеснения образца, которое может быть определено из за- висимости [7]: 2,18 = 1 + ln ⎛ ⎜ ⎝ 1 + x1 ρ1 ⎞ ⎟ ⎠ . (4) Необходимо отметить, что стеснение образца может реализовываться только в зоне концент- рации напряжений, поэтому корректность зависи- мости (3) достигается при выполнении условия: K1 2 ⎛ ⎜ ⎝ 1 + 4 ρ1 x1 ⎞ ⎟ ⎠ ≥ 1 . (5) Как видно из выражения (4), это условие для образца Шарпи полностью выполняется. Что касается определения максимальных рас- тягивающих напряжений, которые могут быть достигнуты в образце Менаже, то здесь необхо- димо отметить следующее. Поскольку теорети- чески возможное стеснение в образцах с трещи- ной в соответствии с критерием текучести Треска равно 2,57 [8], можем записать: 2,57 = 1 + ln ⎛ ⎜ ⎝ 1 + x2 ρ2 ⎞ ⎟ ⎠ . (6) Расстояние от вершины надреза образца Менаже в этом случае должно быть равно x2 = 3,8 мм, что в пределах точности используемых зависимостей невозможно из-за нарушения условия: K2 2 ⎛ ⎜ ⎝ 1 + 4 ρ2 x2 ⎞ ⎟ ⎠ ≥ 1 , (7) где K2 — коэффициент концентрации упругих нап- ряжений в вершине надреза стандартного ударного образца Менаже, равный 2,1; ρ2 = 1,0 мм — радиус в вершине надреза стандартного ударного образца Менаже; x2 — расстояние от вершины надреза до точки максимального стеснения образца. Таким образом, максимальные растягивающие локальные напряжения, при которых может реа- лизоваться условие хрупкого разрушение образца Менаже, должны определяться следующими вы- ражениями: Rmc σ0,2 εf ε0,2 = (1 + ln ⎛ ⎜ ⎝ 1 + x2 ρ2 ⎞ ⎟ ⎠ ) K2 2 ⎛ ⎜ ⎝ 1 + 4 ρ2 x2 ⎞ ⎟ ⎠ ⎛ ⎜ ⎝ θ2k 3 ε0,2 ⎞ ⎟ ⎠ 1 + n , (8) x2 = K2 2 − 1 2 ρ2 ≈ 0,85 мм, (9) где θ2к — критический угол прогиба образца Ме- наже. Рассмотренные выражения позволяют коли- чественно оценить различие в максимальных стес- нениях, возникающих в образцах рассматривае- мых типов: для образца Менаже σmax/σ0,2 ≈ 1,61; для образца Шарпи σmax/σ0,2 ≈ 2,18. Пренебрегая некоторыми изменениями вели- чины Rmc в зависимости от предшествующей раз- рушению величины пластической деформации, нетрудно сопоставить критические углы прогибов образцов Менаже и Шарпи в температурной об- ласти, где в обоих типах образцов реализуется квазихрупкое разрушение (зарождение хрупкой трещины при напряжениях, близких к пределу об- щей текучести). В этом случае, сопоставляя зависимости (3) и (8), получаем: θ2k θ1k ≈ (1,58)1 ⁄ (1 + n). (10) Учитывая зависимость (10) и данные работы [1], соотношение между удельными работами за- ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 45 рождения хрупкого разрушения образцов Менаже и Шарпи можно выразить зависимостью: KCU(3) KCV (3) = k3 k1 ⎛ ⎜ ⎝ θ2k θ1k ⎞ ⎟ ⎠ 1 + n ≈ 1,55 , (11) где k1 — коэффициент стеснения для образца Шарпи, равный 1,25 [9]; k3 — коэффициент стес- нения для образца Менаже, равный 1,225 [9]; KCU(3) — удельная работа зарождения хрупкого разрушения образца Менаже; KCV(3) — удельная работа зарождения хрупкого разрушения образ- ца Шарпи. В то же время работа распространения при ус- ловии хрупкого разрушения практически равна нулю. Отношение полных удельных работ в этом случае будет полностью совпадать с правой частью выражения (11): KCU KCV ≈ 1,55 . (12) Полученный результат, на первый взгляд, яв- ляется несколько неожиданным, поскольку прак- тически совпадает со случаем вязкого разрушения ударных образцов этих типов. Однако, как пока- зывают результаты, приведенные в работе [10], данный вывод вполне закономерен и является ана- литическим подтверждением факта существова- ния линейной связи между этими характеристи- ками при условии хрупкого разрушения ударных образцов (рисунок). Важно также отметить, что полученный резуль- тат для основной массы строительных конструк- Зависимость ударной вязкости конструкционных сталей от радиуса надреза образца и температуры испытания [10]): а — для стали 15ГС; б — 15ХФ 46 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 ций представляет лишь теоретический интерес. Это связано с тем, что температура хрупкого пе- рехода для образца Менаже значительно ниже, чем для образца с острым надрезом, что видно из ри- сунка. Выводы Получена аналитическая оценка соотношения удельных работ зарождения разрушения образцов Шарпи и Менаже для случая хрупкого разрушения. Получен переходной коэффициент, позволяю- щий в первом приближении связать значения ударной вязкости образцов Шарпи и Менаже для случая хрупкого разрушения. Отмечены температурные особенности перехо- да образцов Менаже в хрупкую область по срав- нению с ударными испытаниями образцов Шарпи. 1. Дядин В. П. Сопоставление значений ударной вязкости образцов Шарпи и Менаже при вязком разрушении // Автомат. сварка. — 2004. — № 4. — С. 24–29. 2. Нотт Дж. Основы механики разрушения. — М.: Метал- лургия, 1978. — 256 с. 3. Ужик Г. В. Сопротивление отрыву и прочность метал- лов. — М.: Изд-во АН СССР, 1950. — 255 с. 4. Копельман Л. А. Сопротивляемость сварных узлов хрупко- му разрушению. — Л.: Машиностроение, 1978. — 232 с. 5. Мешков Ю. А., Пахаренко Г. А. Структура металла и хрупкость стальных изделий. — Киев: Наук. думка, 1975. — 268 с. 6. Гиренко В. С. Расширение областей применения механи- ки разрушения при оценке трещиностойкости элементов сварных конструкций в условиях статического нагруже- ния: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. — Ин-т электрос- варки им. Е. О. Патона НАНУ. — Киев, 1997. — 35 с. 7. Ritchie R. O., Knott J. F., Rice J. R. On the relationship be- tween critical tensile stress and fracture toughness in mild steel / J. of the mechanics and physics of solids. — 1973. — 21, № 6. — P. 365 — 410. 8. Tetelman A. S., McEvily A. J. Fracture of Structural materi- als. — New-York, 1967. 9. Качанов Л. М. Основы теории пластичности. — М.: Машиностроение, — 1956. — С. 324. 10. Владимирский Т. А. К вопросу о разложении ударной вязкости на ее составляющие // Завод. лаб. — 1969. — № 5. — С. 612–615. Поступила в редакцию 22.06.2011 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 47

Особенности испытания ударных образцов Менаже и Шарпи при хрупком разрушении

Репозитарії

Схожі ресурси