Применение данных фотометрических исследований к оценке деградации усталостных свойств сплава АМгб
Рассмотрен метод построения кривых усталости по данным фотометрического анализа рабочей поверхности трех-четырех плоских образцов, испытанных на усталость при консольном изгибе на примере алюминиевого сплава АМг6. До и после испытаний обе рабочие поверхности каждого образца сканируются и по полученн...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2014
|
| Назва видання: | Проблемы прочности |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/173172 |
| 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: | Применение данных фотометрических исследований к оценке деградации усталостных свойств сплава АМгб / В.А. Ермишкин, С.П. Кулагин, И.Н. Овчинников // Проблемы прочности. — 2014. — № 5. — С. 96-102. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-173172 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1731722020-11-26T01:26:33Z Применение данных фотометрических исследований к оценке деградации усталостных свойств сплава АМгб Ермишкин, В.А. Кулагин, С.П. Овчинников, И.Н. Научно-технический раздел Рассмотрен метод построения кривых усталости по данным фотометрического анализа рабочей поверхности трех-четырех плоских образцов, испытанных на усталость при консольном изгибе на примере алюминиевого сплава АМг6. До и после испытаний обе рабочие поверхности каждого образца сканируются и по полученным данным оценивается долговечность их фрагментов при известных амплитудах напряжений. Розглянуто метод побудови кривих утоми за даними фотометричного аналізу робочої поверхні трьох-чотирьох плоских зразків при випробуваннях на втому при консольному згині на прикладі алюмінієвого сплаву АМг6. До і після випробувань обидві робочі поверхні кожного зразка скануються і за отриманими даними оцінюється довговічність їх фрагментів при відомій амплітудній напрузі. 2014 Article Применение данных фотометрических исследований к оценке деградации усталостных свойств сплава АМгб / В.А. Ермишкин, С.П. Кулагин, И.Н. Овчинников // Проблемы прочности. — 2014. — № 5. — С. 96-102. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/173172 669:539.43 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко 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 Ермишкин, В.А. Кулагин, С.П. Овчинников, И.Н. Применение данных фотометрических исследований к оценке деградации усталостных свойств сплава АМгб Проблемы прочности |
| description |
Рассмотрен метод построения кривых усталости по данным фотометрического анализа рабочей поверхности трех-четырех плоских образцов, испытанных на усталость при консольном изгибе на примере алюминиевого сплава АМг6. До и после испытаний обе рабочие поверхности каждого образца сканируются и по полученным данным оценивается долговечность их фрагментов при известных амплитудах напряжений. |
| format |
Article |
| author |
Ермишкин, В.А. Кулагин, С.П. Овчинников, И.Н. |
| author_facet |
Ермишкин, В.А. Кулагин, С.П. Овчинников, И.Н. |
| author_sort |
Ермишкин, В.А. |
| title |
Применение данных фотометрических исследований к оценке деградации усталостных свойств сплава АМгб |
| title_short |
Применение данных фотометрических исследований к оценке деградации усталостных свойств сплава АМгб |
| title_full |
Применение данных фотометрических исследований к оценке деградации усталостных свойств сплава АМгб |
| title_fullStr |
Применение данных фотометрических исследований к оценке деградации усталостных свойств сплава АМгб |
| title_full_unstemmed |
Применение данных фотометрических исследований к оценке деградации усталостных свойств сплава АМгб |
| title_sort |
применение данных фотометрических исследований к оценке деградации усталостных свойств сплава амгб |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/173172 |
| citation_txt |
Применение данных фотометрических исследований к оценке деградации усталостных свойств сплава АМгб / В.А. Ермишкин, С.П. Кулагин, И.Н. Овчинников // Проблемы прочности. — 2014. — № 5. — С. 96-102. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT ermiškinva primeneniedannyhfotometričeskihissledovanijkocenkedegradaciiustalostnyhsvojstvsplavaamgb AT kulaginsp primeneniedannyhfotometričeskihissledovanijkocenkedegradaciiustalostnyhsvojstvsplavaamgb AT ovčinnikovin primeneniedannyhfotometričeskihissledovanijkocenkedegradaciiustalostnyhsvojstvsplavaamgb |
| first_indexed |
2025-07-15T09:42:16Z |
| last_indexed |
2025-07-15T09:42:16Z |
| _version_ |
1837705500829941760 |
| fulltext |
ÓÄÊ 669:539.43
Ïðèìåíåíèå äàííûõ ôîòîìåòðè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ê îöåíêå äåãðàäàöèè
óñòàëîñòíûõ ñâîéñòâ ñïëàâà ÀÌã6*
Â. À. Åðìèøêèí
à
, Ñ. Ï. Êóëàãèí
à
, È. Í. Îâ÷èííèêîâ
á
à Èíñòèòóò ìåòàëëóðãèè è ìàòåðèàëîâåäåíèÿ èì. À. À. Áàéêîâà ÐÀÍ, Ìîñêâà, Ðîññèÿ
á Ìîñêîâñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò èì. Í. Ý. Áàóìàíà, Ìîñêâà, Ðîññèÿ
Ðàññìîòðåí ìåòîä ïîñòðîåíèÿ êðèâûõ óñòàëîñòè ïî äàííûì ôîòîìåòðè÷åñêîãî àíàëèçà
ðàáî÷åé ïîâåðõíîñòè òðåõ-÷åòûðåõ ïëîñêèõ îáðàçöîâ, èñïûòàííûõ íà óñòàëîñòü ïðè êîíñîëü-
íîì èçãèáå íà ïðèìåðå àëþìèíèåâîãî ñïëàâà ÀÌã6. Äî è ïîñëå èñïûòàíèé îáå ðàáî÷èå
ïîâåðõíîñòè êàæäîãî îáðàçöà ñêàíèðóþòñÿ è ïî ïîëó÷åííûì äàííûì îöåíèâàåòñÿ äîëãî-
âå÷íîñòü èõ ôðàãìåíòîâ ïðè èçâåñòíûõ àìïëèòóäàõ íàïðÿæåíèé.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: óñòàëîñòü, ïîâðåæäåííîñòü, ôîòîìåòðèÿ, ñïåêòð, ñòðóêòóðà, àíàëèç,
ïîâåðõíîñòü, ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü.
Ââåäåíèå. Èçâåñòíî, ÷òî óñòàëîñòíûå èñïûòàíèÿ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ –
îäèí èç íàèáîëåå òðóäîåìêèõ è ïðîäîëæèòåëüíûõ âèäîâ ìåõàíè÷åñêèõ èñïûòàíèé.
Äëÿ ïîñòðîåíèÿ äîñòàòî÷íî ïðåäñòàâèòåëüíîé êðèâîé óñòàëîñòè íà áàçå 107 öèêë
òðåáóåòñÿ èñïûòàòü 15–50 îáðàçöîâ â òå÷åíèå íå ìåíåå 5000–5500 ÷. Ñóùåñòâåííî
ñîêðàòèòü âðåìÿ èñïûòàíèé ìîæíî òîëüêî ïðè èñïîëüçîâàíèè íåñêîëüêèõ óñòàíîâîê
äëÿ óñòàëîñòíûõ èñïûòàíèé. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ñîïðîòèâëåíèå ìàòåðèàëîâ óñòàëîñò-
íîìó ðàçðóøåíèþ ÿâëÿåòñÿ èõ âàæíîé õàðàêòåðèñòèêîé, òàê êàê ïåðåìåííûå íàãðóçêè
èìåþò ìåñòî ïðè ýêñïëóàòàöèè áîëüøèíñòâà ìàøèí è èíæåíåðíûõ ñîîðóæåíèé.
Ìåæäó òåì òåîðèè óñòàëîñòíîãî ðàçðóøåíèÿ ìåòàëëîâ è ñïëàâîâ, ó÷èòûâàþùåé âåñü
îáúåì ñóùåñòâóþùåé èíôîðìàöèè ïî èõ ïîâåäåíèþ ïðè öèêëè÷åñêîì íàãðóæåíèè è
ÿâëÿþùåéñÿ îñíîâîé äëÿ èíæåíåðíûõ ðàñ÷åòîâ íà ïðî÷íîñòü, äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè
åùå íå ñîçäàíî [1]. Ïðåäïðèíèìàåìûå ïîïûòêè àíàëèçà óñòàëîñòíîãî ðàçðóøåíèÿ íà
áàçå ïîäõîäîâ ìåõàíèêè ðàçðóøåíèÿ [2] áûëè íå î÷åíü óñïåøíûìè, ïîñêîëüêó ïðè
àíàëèçå óñëîâèé çàðîæäåíèÿ óñòàëîñòíûõ òðåùèí è ïîäðàñòàíèÿ èõ äî êðèòè÷åñêèõ
ðàçìåðîâ îíè îêàçûâàþòñÿ íåïðèìåíèìûìè íà ïðàêòèêå. Èñõîäÿ èç ýòîãî íåîáõîäèìî
äàëüíåéøåå íàêîïëåíèå äàííûõ óñòàëîñòíûõ èñïûòàíèé. Ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå
âûøåèçëîæåííîå, ñëåäóåò îòìåòèòü àêòóàëüíîñòü ðàçðàáîòêè ìåòîäîâ óñòàëîñòíûõ
èñïûòàíèé, ÷òî ïîçâîëèëî áû ðåçêî ñîêðàòèòü èõ îáúåì áåç ñíèæåíèÿ èíôîðìà-
òèâíîñòè è äîñòîâåðíîñòè ñ îäíîâðåìåííûì óìåíüøåíèåì èõ ñòîèìîñòè. Èìåííî
òàêèì ÿâëÿåòñÿ ìåòîä óñêîðåííûõ èñïûòàíèé íà óñòàëîñòü, îñíîâàííûé íà èñïîëü-
çîâàíèè èíôîðìàöèè î ñòðóêòóðíîé ýâîëþöèè ìàòåðèàëà ïîä äåéñòâèåì öèêëè÷åñêèõ
íàãðóçîê. Ïîäõîä ê îöåíêå óñòàëîñòíîé ïîâðåæäåííîñòè ìàòåðèàëîâ, ðàçâèâàåìûé
ñîâìåñòíî ÈÌÅÒ ÐÀÍ è ÌÃÒÓ èì. Í. Ý. Áàóìàíà, áàçèðóåòñÿ íà ïðèìåíåíèè ôîòî-
ìåòðè÷åñêîé äèàãíîñòèêè ñòðóêòóðíîé ïîâðåæäåííîñòè ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ, èñïû-
òàííûõ íà óñòàëîñòü ïî ñõåìå êîíñîëüíîãî èçãèáà ñ æåñòêèì çàêðåïëåíèåì ãîëîâêè
îáðàçöà ïî òèïó çàäåëêè.
Ìàòåðèàëû è ìåòîäèêè èññëåäîâàíèÿ. Îáúåêòîì èññëåäîâàíèÿ ñëóæèëè ïëîñ-
êèå îáðàçöû ëîïàòî÷íîãî òèïà èç àëþìèíèåâîãî ñïëàâà ÀÌã6, õèìè÷åñêèé ñîñòàâ
êîòîðîãî ïðèâåäåí â òàáë. 1.
Èñïîëüçîâàëè îáðàçöû äëèíîé l� 149 ìì, øèðèíîé b� 10 ìì è òîëùèíîé
�� 1 ìì. Èñïûòàíèÿ ïðîâîäèëè íà ýëåêòðîäèíàìè÷åñêèõ âèáðîñòîëàõ â ðåæèìå
© Â. À. ÅÐÌÈØÊÈÍ, Ñ. Ï. ÊÓËÀÃÈÍ, È. Í. ÎÂ×ÈÍÍÈÊÎÂ, 2014
96 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 5
* Äîêëàä íà Ìåæäóíàðîäíîé íàó÷íî-òåõíè÷åñêîé êîíôåðåíöèè “Óñòàëîñòü è òåðìîóñòàëîñòü
ìàòåðèàëîâ è ýëåìåíòîâ êîíñòðóêöèé” (Êèåâ, 2013).
ðåçîíàíñíîãî âîçáóæäåíèÿ êîëåáàíèé îáðàçöîâ ïðè ÷àñòîòàõ, áëèçêèõ ê ÷àñòîòå
ïåðâîé ãàðìîíèêè èõ ñîáñòâåííûõ êîëåáàíèé. Ïàðàìåòðû ðåæèìà èñïûòàíèÿ îáðàç-
öîâ è èõ ðåçóëüòàòû ïðèâåäåíû â òàáë. 2. Ïðåäâàðèòåëüíî ðàáî÷èå ïîâåðõíîñòè
îáðàçöà ðàçáèâàþòñÿ íà ðàâíîâåëèêèå ôðàãìåíòû è ñêàíèðóþòñÿ. Íà ðèñ. 1 ïîêàçàí
ïðèìåð ðàçáèåíèÿ èçîáðàæåíèÿ îáðàçöà â êîìïüþòåðå íà îòäåëüíûå ôðàãìåíòû.
Âèäíî, ÷òî ðàáî÷àÿ ïîâåðõíîñòü îáðàçöà ðàçáèòà íà øåñòü ôðàãìåíòîâ ðàçìåðîì
20 10 1� � ìì. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî îáðàçåö èìååò äâå ðàáî÷èå ïîâåðõíîñòè, èíôîðìàöèÿ,
ïîëó÷àåìàÿ ïðè èñïûòàíèè êàæäîãî èç íèõ ýêâèâàëåíòíà èñïûòàíèþ 12 îáðàçöîâ ïî
ñòàíäàðòíîé ìåòîäèêå.  äåéñòâèòåëüíîñòè ÷èñëî îáðàçöîâ ìåíüøå, òàê êàê ôðàã-
ìåíòû ïîâåðõíîñòè â õâîñòîâîé ÷àñòè èñïûòûâàþòñÿ ïðè àìïëèòóäàõ íàïðÿæåíèé,
êîòîðûå íèæå ïðåäåëà âûíîñëèâîñòè, è ïîýòîìó íå èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ðàñ÷åòà êðèâîé
óñòàëîñòè.
Èíôîðìàöèÿ îá èñõîäíîì ñòðóêòóðíîì ñîñòîÿíèè îáðàçöîâ ââîäèòñÿ â êîìïüþ-
òåð â öèôðîâîì êîäå, ãäå îíà àíàëèçèðóåòñÿ ñ ïîìîùüþ ôîòîìåòðè÷åñêîãî àíàëè-
çàòîðà ñòðóêòóðíûõ èçîáðàæåíèé (ÔÀÑÈ), ðàçðàáîòàííîãî â ÈÌÅÒ ÐÀÍ [4, 5]. Ïîñëå
ðàçðóøåíèÿ îáðàçöà åãî ïîâåðõíîñòè âíîâü ñêàíèðóþòñÿ è ñðàâíèâàåòñÿ ñîñòîÿíèå
êàæäîãî ôðàãìåíòà äî è ïîñëå óñòàëîñòíîãî èñïûòàíèÿ. Íà ðèñ. 2 ïîêàçàí òèïè÷íûé
Ò à á ë è ö à 1
Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ, ìàñ.%, ñïëàâà ÀÌã6
Mg Mn Ti Be Al Fe Si Zn Cu Ïðî-
÷èåÍå áîëåå
5 8 6 8
7 22
, ... ,
,
0 5 0 8
0 905
, ... ,
,
5 8 6 8
0 05
, ... ,
,
0 0001 0 005, ... ,
�
Îñíîâà
Îñíîâà
0 40
0 43
,
,
0 40
0 76
,
,
0 20
0 21
,
,
0 100
0 285
,
,
0 1,
�
Ïðèìå÷àíèå. Íàä ÷åðòîé ïðèâåäåíû ñïðàâî÷íûå äàííûå ñïëàâà [3], ïîä ÷åðòîé – äàííûå
èçìåðåíèÿ íà ðåíòãåíîâñêîì ìèêðîàíàëèçàòîðå.
Ò à á ë è ö à 2
Ïàðàìåòðû ðåæèìà èñïûòàíèé íà óñòàëîñòü îáðàçöîâ ñïëàâà ÀÌã6 è èõ ðåçóëüòàòû
¹
îáðàçöà
Àìïëèòóäà
êîëåáàíèé
îáðàçöà, ìì
×àñòîòà
êîëåáàíèé, Ãö
Äîëãîâå÷íîñòü,
ìèí
×èñëî öèêëîâ
äî ðàçðóøåíèÿ
1 37,0 36,2 104,50 226974
2 32,5 36,2 890,22 1933688
9 32,5 36,2 266,78 579446
8 37,0 36,6 108,58 238442
10 30,0 36,6 2452,00 5384592
11 25,0 36,6 14941,00 32810436
Ðèñ. 1. Ñõåìà ïðîöåññà âûäåëåíèÿ ôðàãìåíòîâ ïîâåðõíîñòè îáðàçöà äëÿ èññëåäîâàíèÿ ìåòîäîì
ÔÀÑÈ.
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 5 97
Ïðèìåíåíèå äàííûõ ôîòîìåòðè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ...
ïðèìåð îáðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ àíàëèçà èçìåíåíèé â ñòðóêòóðå ïîâåðõíîñòè èññëå-
äóåìîãî ôðàãìåíòà îáðàçöà ñïëàâà ÀÌã6, îáóñëîâëåííûõ äåéñòâèåì öèêëè÷åñêèõ
íàãðóçîê, ìåòîäîì ÔÀÑÈ.  âåðõíåé ÷àñòè ðèñ. 2,à ïîêàçàíà ñòðóêòóðà èññëåäóåìîãî
ôðàãìåíòà îáðàçöà äî åãî èñïûòàíèÿ íà óñòàëîñòü, â íèæíåé – ñïåêòð ÿðêîñòè
îòðàæåíèÿ âèäèìîãî ñâåòà îò íåãî. Íà ðèñ. 2,á ïðèâåäåíî èçîáðàæåíèå ñòðóêòóðû
òîãî æå ôðàãìåíòà è ñïåêòð ÿðêîñòè îòðàæåíèÿ ïîñëå óñòàëîñòíîãî ðàçðóøåíèÿ
îáðàçöà. Ýòè äàííûå ïîçâîëÿþò îïðåäåëèòü ñòðóêòóðíóþ ïîâðåæäåííîñòü êàæäîãî
ôðàãìåíòà èñïûòàííûõ îáðàçöîâ. Ñïåêòð ÿðêîñòè îòðàæåíèÿ âèäèìîãî ñâåòà ñòðî-
èòñÿ â êîîðäèíàòàõ ÿðêîñòü îòðàæåíèÿ ñâåòà I – ñîîòâåòñòâóþùàÿ ñïåêòðàëüíàÿ
ïëîòíîñòü ïðè ýòîì çíà÷åíèè ÿðêîñòè îòðàæåíèÿ Ð I( ). Ïî îñè àáñöèññ îòêëàäû-
âàþòñÿ çíà÷åíèÿ ÿðêîñòè îòðàæåíèÿ, èçìåðåííûå â óñëîâíûõ åäèíèöàõ øêàëû, â
êîòîðîé çà íîëü ïðèíÿòî àáñîëþòíîå ïîãëîùåíèå âèäèìîãî ñâåòà, à çà åäèíèöó –
ïîëíîå åãî îòðàæåíèå îò ïîâåðõíîñòè ôðàãìåíòà, ïî îñè îðäèíàò – ñîîòâåòñòâóþùèå
çíà÷åíèÿ ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè ÿðêîñòè îòðàæåíèÿ P I( ), êîòîðàÿ îïðåäåëåíà êàê
îòíîøåíèå ÷èñëà ïèêñåëåé, èìåþùèõ ñðåäíþþ ÿðêîñòü îòðàæåíèÿ I ( ( )),N I ê îáùå-
ìó ÷èñëó ïèêñåëåé, íà êîòîðîå ðàçáèâàåòñÿ èçîáðàæåíèå ôðàãìåíòà N:
P I
N I
N
( )
( )
.� (1)
Äëÿ ðàñ÷åòà êðèâîé óñòàëîñòè íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü çàâèñèìîñòü ñòðóêòóðíîé
ïîâðåæäåííîñòè Ds îò àìïëèòóäû äåéñòâóþùèõ íàïðÿæåíèé è ðàññ÷èòàòü êðèòè-
÷åñêîå ÷èñëî öèêëîâ, ñïîñîáíîå ðàçðóøèòü îáðàçåö ïðè óðîâíÿõ íàïðÿæåíèé, íå
ïðèâîäèâøèõ ê ðàçðóøåíèþ â óñëîâèÿõ äàííîãî ýêñïåðèìåíòà. Òàêîé ðàñ÷åò ìîæíî
âûïîëíèòü èç óñëîâèÿ, ÷òî ïîâðåæäåííîñòü ïî Ìàéíåðó [6] ðàâíà ñòðóêòóðíîé
ïîâðåæäåííîñòè ïî äàííûì ÔÀÑÈ, ò.å. èç ôîðìóëû
N
N
p t p
p t p
i
ir
i r i
r
�
�
�
( ) ( )
( ) ( )
,
max max
0
0
(2)
ãäå N ir – ÷èñëî öèêëîâ äî ðàçðóøåíèÿ i-ãî ôðàãìåíòà îáðàçöà; N i – ÷èñëî öèêëîâ,
êîòîðîå ïðîñòîÿë i-é ôðàãìåíò ïðè àìïëèòóäå íàïðÿæåíèé � i ; p ti r( ) – ïàðàìåòð
à á
Ðèñ. 2. Äàííûå àíàëèçà ôðàãìåíòà 1 îáðàçöà ¹ 1 ñïëàâà ÀÌã6 ìåòîäîì ÔÀÑÈ äî (à) è ïîñëå (á)
èñïûòàíèé íà óñòàëîñòü.
98 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 5
Â. À. Åðìèøêèí, Ñ. Ï. Êóëàãèí, È. Í. Îâ÷èííèêîâ
ñïåêòðà ÿðêîñòè îòðàæåíèÿ îò i-ãî ôðàãìåíòà îáðàçöà ïîñëå åãî ðàçðóøåíèÿ; pi ( )0 –
ïàðàìåòð ñïåêòðà ÿðêîñòè îòðàæåíèÿ îò i-ãî ôðàãìåíòà îáðàçöà äî íà÷àëà èñïûòàíèé;
p t rmax ( ) – ïàðàìåòð ñïåêòðà ÿðêîñòè îòðàæåíèÿ ôðàãìåíòà îáðàçöà, â êîòîðîì ïðî-
èçîøëî ðàçðóøåíèå; p max ( )0 – ïàðàìåòð ñïåêòðà ÿðêîñòè îòðàæåíèÿ ôðàãìåíòà îáðàç-
öà, â êîòîðîì ïðîèçîøëî ðàçðóøåíèå äî íà÷àëà èñïûòàíèé. Âûïîëíåíèå ðàâåíñòâà (2)
áûëî ïîäòâåðæäåíî ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè, ïîëó÷åííûìè íà ñòàëè 08ÊÏ [5].
Ïîëàãàåì, ÷òî ñðåäíÿÿ âåëè÷èíà àìïëèòóäû íàïðÿæåíèé � i â i-ì ôðàãìåíòå
ðàâíà íàïðÿæåíèþ, äåéñòâóþùåìó â åãî öåíòðàëüíîì ñå÷åíèè. Òîãäà ñîïîñòàâëÿÿ
íàïðÿæåíèå � i ñ ñîîòâåòñòâóþùèì çíà÷åíèåì ñòðóêòóðíîé ïîâðåæäåííîñòè
D
p t p
p t p
si
i r i
r
�
�
�
( ) ( )
( ) ( )
,
max max
0
0
(3)
ïîëó÷àåì äâà ìàññèâà äàííûõ { }� i è { },Dsi êîòîðûõ äîñòàòî÷íî, ÷òîáû ïîñòðîèòü
ãðàäóèðîâî÷íûé ãðàôèê D fs � ( ),� íåîáõîäèìûé äëÿ ðàñ÷åòà êðèâîé óñòàëîñòè.
Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ è èõ îáñóæäåíèå. Óðîâåíü äåéñòâóþùèõ â îáðàçöå
íàïðÿæåíèé áûë ïîëó÷åí èç ðåøåíèÿ çàäà÷è î ðàñïðåäåëåíèè íàïðÿæåíèé â êîí-
ñîëüíî çàêðåïëåííîé áàëêå, íàãðóæåííîé ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëåííîé íàãðóçêîé
èíåðöèîííîãî ïðîèñõîæäåíèÿ q. Èçìåðåíèÿ ïðîãèáîâ áàëêè íà åå ñâîáîäíîì êîíöå
ïîçâîëÿþò âû÷èñëèòü çíà÷åíèÿ ýòîé íàãðóçêè, åñëè èçâåñòíî óðàâíåíèå óïðóãîé
èçîãíóòîé ëèíèè äëÿ áàëêè, íàãðóæåííîé è çàêðåïëåííîé ïî çàäàííîé ñõåìå. Äëÿ
ðåøåíèÿ ïîäîáíûõ çàäà÷ ñóùåñòâóþò ñòàíäàðòíûå ìåòîäû, êîòîðûå ïîäðîáíî èçëî-
æåíû â [6].  äàííîé ðàáîòå ðàñ÷åòû óðàâíåíèÿ óïðóãîé ëèíèè áàëêè è ðàñïðå-
äåëåíèÿ äåéñòâóþùèõ àìïëèòóä íàïðÿæåíèé â íàïðàâëåíèè åå ïðîäîëüíîé îñè z äëÿ
ñòàòè÷åñêîãî ñëó÷àÿ áûëè âûïîëíåíû ïî ýòèì ìåòîäàì. Ïîëó÷åííîå ðåøåíèå äëÿ
ðàñïðåäåëåíèÿ ïðîãèáîâ ïî äëèíå áàëêè y f z� ( ), íàãðóæåííîé è çàêðåïëåííîé ïî
ñõåìå, ðåàëèçîâàííîé â äàííîé ñåðèè èñïûòàíèé, îïèñûâàåòñÿ ôîðìóëîé
y z
q
EJ
lz z
x
( ) ,� �
�
�
�
�
�
3 4
6 24
(4)
ãäå Å – ìîäóëü Þíãà ìàòåðèàëà áàëêè; J x – ìîìåíò èíåðöèè ñå÷åíèÿ áàëêè
îòíîñèòåëüíî ãîðèçîíòàëüíîé îñè ñå÷åíèÿ; l – äëèíà îáðàçöà.
Èíòåíñèâíîñòü ðàñïðåäåëåííîé èíåðöèîííîé íàãðóçêè q îïðåäåëÿëè ïî ôîð-
ìóëå
q
yEJ
lz z
x�
�
�
�
�
�
�
3 4
6 24
(5)
ïîñëå ïîäñòàíîâêè â íåå z l� .
Íà ðèñ. 3 ïîêàçàíî ðàñïðåäåëåíèå óïðóãèõ ïðîãèáîâ ïî äëèíå îáðàçöà, âû÷èñ-
ëåííûõ ïî ôîðìóëå (4).
Àìïëèòóäû íàïðÿæåíèé â öåíòðàëüíûõ ñå÷åíèÿõ èññëåäóåìûõ ôðàãìåíòîâ âû-
÷èñëÿëè ïî ôîðìóëàì [7]
� �
M z
Wx
( )
, (6)
M z( ), Wx – èçãèáàþùèé ìîìåíò â ðàññìàòðèâàåìîì ñå÷åíèè è ìîìåíò ñîïðîòèâ-
ëåíèÿ ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ îáðàçöà, îïðåäåëÿåìûå äëÿ äàííîé ñõåìû íàãðóæåíèÿ
ïëîñêèõ îáðàçöîâ ïî ôîðìóëàì
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 5 99
Ïðèìåíåíèå äàííûõ ôîòîìåòðè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ...
M z
q
l z( ) ( ),� �
2
2 2 W
bh
x �
2
2
. (7)
Íà ðèñ. 4 ïðèâåäåíî ðàñïðåäåëåíèå àìïëèòóä íàïðÿæåíèé ïî äëèíå îáðàçöîâ
ïðè èñïûòàíèè íà óñòàëîñòü.
Àïïðîêñèìèðîâàííàÿ ãðàäóèðîâî÷íàÿ êðèâàÿ, ñâÿçûâàþùàÿ ñòðóêòóðíóþ ïîâðåæ-
äåííîñòü èññëåäóåìîãî ìàòåðèàëà ñ âåëè÷èíîé äåéñòâóþùèõ íàïðÿæåíèé, áûëà ïî-
ñòðîåíà ïî äàííûì èñïûòàíèÿ ïåðâûõ òðåõ îáðàçöîâ, îáðàáîòàííûõ ïî ìåòîäó íàè-
ìåíüøèõ êâàäðàòîâ [8] (ðèñ. 5).
Èç òîæäåñòâà (4) ñëåäóåò ôîðìóëà äëÿ îöåíêè ðàñ÷åòíîãî çíà÷åíèÿ êðèòè÷åñêîãî
÷èñëà öèêëîâ, ïðè êîòîðîì ìîæåò ïðîèçîéòè óñòàëîñòíîå ðàçðóøåíèå îáðàçöà ïðè
àìïëèòóäàõ íàïðÿæåíèé N ir , äëÿ êîòîðûõ îòñóòñòâóþò ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå
ïî äîëãîâå÷íîñòè îáðàçöîâ. Ñ ïîìîùüþ ãðàôèêà íà ðèñ. 5 ìîæíî ïîñòðîèòü êðèâóþ
óñòàëîñòè, êîòîðóþ àíàëèòè÷åñêè ìîæíî çàïèñàòü â òàêîì âèäå:
N N
D
D
ir r
s
si
� max
, (8)
ãäå N r – ÷èñëî öèêëîâ, âûçâàâøèõ ðàçðóøåíèå àíàëèçèðóåìîãî îáðàçöà, äëÿ âñåõ
äðóãèõ ôðàãìåíòîâ âûïîëíÿåòñÿ ðàâåíñòâî N Ni r� ; Ds max – ñòðóêòóðíàÿ ïîâðåæ-
äåííîñòü ôðàãìåíòà, â êîòîðîì ïðîèçîøëî ðàçðóøåíèå îáðàçöà; Dsi – ñòðóêòóðíàÿ
ïîâðåæäåííîñòü ôðàãìåíòîâ îáðàçöà, äëÿ êîòîðûõ íåîáõîäèìî âû÷èñëèòü ðàñ÷åòíûå
çíà÷åíèÿ ÷èñëà öèêëîâ, ïðè êîòîðûõ ìîãëî áû ïðîèçîéòè ðàçðóøåíèå ïðè àìïëèòóäå
íàïðÿæåíèé � i .
Êàê ïîêàçàëè ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ, íàèáîëåå íàäåæíûå îöåíêè Dsi ïîëó-
÷åíû â ñëó÷àå åñëè â êà÷åñòâå ïàðàìåòðà p Ii ( ) èñïîëüçóþòñÿ çíà÷åíèÿ ïëîùàäåé ïîä
Ðèñ. 3 Ðèñ. 4
Ðèñ. 3. Ðàñïðåäåëåíèå óïðóãèõ ïðîãèáîâ ïî äëèíå îáðàçöà â ïðîöåññå èñïûòàíèé íà óñòàëîñòü.
(Çäåñü è íà ðèñ. 4: �, �, �, � – îáðàçöû ¹ 1, 2, 9, 11 ñîîòâåòñòâåííî.)
Ðèñ. 4. Ðàñïðåäåëåíèå àìïëèòóä íàïðÿæåíèé ïî äëèíå îáðàçöà ïðè èñïûòàíèÿõ íà óñòàëîñòü.
Ðèñ. 5. Àïïðîêñèìèðîâàííàÿ çàâèñèìîñòü D fs � ( )� äëÿ ñïëàâà ÀÌã6.
100 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 5
Â. À. Åðìèøêèí, Ñ. Ï. Êóëàãèí, È. Í. Îâ÷èííèêîâ
ñïåêòðàëüíûìè êðèâûìè ÿðêîñòè îòðàæåíèÿ âèäèìîãî ñâåòà, ò.å. S D I dIi sl
lc�
( )
0
, è
çíà÷åíèÿ ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè ÿðêîñòè îòðàæåíèÿ â òåõ èíòåðâàëàõ, â êîòîðûõ åå
àáñîëþòíûå çíà÷åíèÿ äîñòàòî÷íî áîëüøèå. Ñ ó÷åòîì òîãî ÷òî ïëîñêèé îáðàçåö
ëîïàòî÷íîãî òèïà ñ äëèíîé ðàáî÷åé ÷àñòè 140 ìì ðàçáèâàåòñÿ íà âîñåìü–äåñÿòü
ôðàãìåíòîâ, à êàæäûé îáðàçåö èìååò ïî äâå ðàáî÷èå ïîâåðõíîñòè, îáúåì êîìïüþòåð-
íîãî àíàëèçà äàæå îäíîãî îáðàçöà î÷åíü âåëèê, ÷òî äàåò îáúåì èíôîðìàöèè, îáåñ-
ïå÷èâàþùåé ïîëó÷åíèå 20–40 ðàñ÷åòíûõ òî÷åê äëÿ ïîñòðîåíèÿ êðèâîé óñòàëîñòè.
Ýòî ñïîñîáñòâóåò ïîâûøåíèþ íàäåæíîñòè ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ è ðåçêîìó ñîêðà-
ùåíèþ ìàòåðèàëüíûõ çàòðàò, ðàáî÷åãî âðåìåíè è ïàðêà èñïûòàòåëüíûõ ìàøèí ïðè
ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèÿõ. Ïðè èññëåäîâàíèè îäíîãî îáðàçöà ìåòîäîì ÔÀÑÈ
íåîáõîäèìî ïðîàíàëèçèðîâàòü 34 ôðàãìåíòà, è ïðè âûïîëíåíèè ïîëíîé ïðîãðàììû
àíàëèçà ïîëó÷àëè 20–30 ðàñ÷åòíûõ òî÷åê.
Íà ðèñ. 6 ñïëîøíàÿ ëèíèÿ ïîñòðîåíà ïî äàííûì èñïûòàíèÿ òðåõ ïåðâûõ
îáðàçöîâ, êîòîðûå áûëè àïïðîêñèìèðîâàíû óðàâíåíèåì [9]
� � �170 66
25608 1
,
,
.
N r
(9)
Ðåçóëüòàòû ïîñëåäóþùèõ óñòàëîñòíûõ èñïûòàíèé èññëåäóåìûõ ìàòåðèàëîâ ïîñëå
ÔÀÑÈ ïîçâîëÿþò âíîñèòü â çàâèñèìîñòü D fs � ( )� íîâûå óòî÷íåíèÿ è òåì ñàìûì
ïîâûøàòü äîñòîâåðíîñòü ïðîãíîçà óñòàëîñòíûõ êðèâûõ. Íà àïïðîêñèìèðîâàííóþ
ðàñ÷åòíóþ êðèâóþ (ðèñ. 6) íàíåñåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå òî÷êè, ïîëó÷åííûå ìåòîäîì
ÔÀÑÈ íà øåñòè èñïûòàííûõ îáðàçöàõ. Äàííûå èñïûòàíèé áûëè ñòàòèñòè÷åñêè
îáðàáîòàíû ïî ìåòîäó íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ, ÷òîáû íàéòè íîâûå çíà÷åíèÿ ïàðà-
ìåòðîâ àïïðîêñèìàöèè óðàâíåíèÿ (9).
Âñþ ñîâîêóïíîñòü ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ (56 òî÷åê – íà ðèñ. 7 òî÷êè (�))
îïèñûâàåò óðàâíåíèå
� � �160 5
31312 4
,
,
.
N r
(10)
Ãðàôèê íà ðèñ. 7 ñîîòâåòñòâóåò òåíäåíöèè èçìåíåíèÿ âñåõ äàííûõ è îïèñûâà-
åòñÿ ôîðìóëîé
� � �10 5 342 88, ln( ) , .N r (11)
Ðèñ. 6. Êðèâàÿ óñòàëîñòè ñïëàâà ÀÌã6, ïîñòðîåííàÿ ïî äàííûì èñïûòàíèÿ ìåòîäîì ÔÀÑÈ
òðåõ îáðàçöîâ (�).
Ðèñ. 7. Óòî÷íåííàÿ êðèâàÿ óñòàëîñòè ñïëàâà ÀÌã6, ïîñòðîåííàÿ ïî äàííûì èñïûòàíèÿ ìåòî-
äîì ÔÀÑÈ øåñòè îáðàçöîâ.
Ðèñ. 6 Ðèñ. 7
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 5 101
Ïðèìåíåíèå äàííûõ ôîòîìåòðè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ...
Çàêëþ÷åíèå. Ðàçðàáîòàí ìåòîä ïîñòðîåíèÿ ãðàäóèðîâî÷íîé êðèâîé, ñâÿçûâà-
þùåé óñòàëîñòíóþ ïîâðåæäåííîñòü ñ óðîâíåì àìïëèòóä äåéñòâóþùèõ íàïðÿæåíèé
( ( )).D fs � � Ãðàäóèðîâî÷íàÿ çàâèñèìîñòü D fs � ( )� äëÿ èññëåäîâàííîãî êîíñòðóê-
öèîííîãî ìàòåðèàëà â çàäàííîì ñòðóêòóðíîì ñîñòîÿíèè ïîçâîëÿåò ïîñòðîèòü êðèâóþ
óñòàëîñòè è îïèñàòü åå àíàëèòè÷åñêè.
Ð å ç þ ì å
Ðîçãëÿíóòî ìåòîä ïîáóäîâè êðèâèõ óòîìè çà äàíèìè ôîòîìåòðè÷íîãî àíàë³çó ðîáî÷î¿
ïîâåðõí³ òðüîõ-÷îòèðüîõ ïëîñêèõ çðàçê³â ïðè âèïðîáóâàííÿõ íà âòîìó ïðè êîíñîëü-
íîìó çãèí³ íà ïðèêëàä³ àëþì³í³ºâîãî ñïëàâó ÀÌã6. Äî ³ ï³ñëÿ âèïðîáóâàíü îáèäâ³
ðîáî÷³ ïîâåðõí³ êîæíîãî çðàçêà ñêàíóþòüñÿ ³ çà îòðèìàíèìè äàíèìè îö³íþºòüñÿ
äîâãîâ³÷í³ñòü ¿õ ôðàãìåíò³â ïðè â³äîì³é àìïë³òóäí³é íàïðóç³.
1. Macherauch E. Strukturmechanische Grundlagen der Werkstoffermüdung // Z.
Werkstofftechnik. – 1977. – 8. – S. 213 – 224.
2. Hertzberg R. W. Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials. –
New York: Wiley, 1983. – 704 p.
3. Ñïðàâî÷íèê ïî àâèàöèîííûì ìàòåðèàëàì / Ïîä ðåä. À. Ò. Òóìàíîâà. – Ì.:
Ìàøèíîñòðîåíèå, 1965. – 455 ñ.
4. Åðìèøêèí Â. À., Ìóðàò Ä. Ï., Ïîäáåëüñêèé Â. Â. Èíôîðìàöèîííûå òåõíîëîãèè
ôîòîìåòðè÷åñêîãî àíàëèçà óñòàëîñòíîé ïîâðåæäàåìîñòè ìàòåðèàëîâ // Èíôîðì.
òåõíîëîãèè. – 2007. – ¹ 11. – Ñ. 65 – 70.
5. Åðìèøêèí Â. À., Ìóðàò Ä. Ï., Ïîäáåëüñêèé Â. Â. Ñèñòåìà ôîòîìåòðè÷åñêîãî
àíàëèçà ñòðóêòóðíûõ èçîáðàæåíèé è åå ïðèìåíåíèå äëÿ èññëåäîâàíèÿ ìàòå-
ðèàëîâ â óñëîâèÿõ óñòàëîñòè // Ïðèáîðû è ñèñòåìû. Óïðàâëåíèå, êîíòðîëü,
äèàãíîñòèêà. – 2008. – ¹ 10. – Ñ. 38 – 44.
6. Miner M. A. Cumulative damage in fatigue // J. Appl. Mech. – 1945. – 12, No. 9. –
P. 159 – 164.
7. Ôåîäîñüåâ Â. È. Ñîïðîòèâëåíèå ìàòåðèàëîâ. – Ì.: Èç-âî ÌÃÒÓ èì. Í. Ý. Áàó-
ìàíà, 1999. – 589 ñ.
8. Äåìèäîâè÷ Á. Ï., Áàðîí È. À., Øóâàëîâà Ý. Ç. ×èñëåííûå ìåòîäû àíàëèçà. – Ì.:
Íàóêà, 1967. – 368 ñ.
9. Íîâèêîâ È. È., Åðìèøêèí Â. À. Ôèçè÷åñêàÿ ìåõàíèêà ðåàëüíûõ ìàòåðèàëîâ. –
Ì.: Íàóêà, 2004. – 323 ñ.
Ïîñòóïèëà 14. 11. 2013
102 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 5
Â. À. Åðìèøêèí, Ñ. Ï. Êóëàãèí, È. Í. Îâ÷èííèêîâ
|