Система измерения деформаций и усилий при динамических испытаниях материалов
Разработана многоканальная система высокоскоростной регистрации деформаций и усилий при испытаниях материалов на ударную вязкость. Для регистрации сигналов использовался четырехканальный аналого-цифровой преобразователь. Испытания проводили на ротационном и вертикальном копрах при разных скоростя...
Saved in:
| Date: | 2005 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2005
|
| Series: | Проблемы прочности |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47691 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Система измерения деформаций и усилий при динамических испытаниях материалов / Е.А. Кондряков, В.Н. Жмака, В.В. Харченко, А.И. Бабуцкий, С.В. Романов // Проблемы прочности. — 2005. — № 3. — С. 140-145. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-47691 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-476912025-02-09T15:19:55Z Система измерения деформаций и усилий при динамических испытаниях материалов Strength and crack resistance of ceramic materials designed for dental metal-ceramic prostheses Кондряков, Е.А. Жмака, В.Н. Харченко, В.В. Бабуцкий, А.И. Романов, С.В. Производственный раздел Разработана многоканальная система высокоскоростной регистрации деформаций и усилий при испытаниях материалов на ударную вязкость. Для регистрации сигналов использовался четырехканальный аналого-цифровой преобразователь. Испытания проводили на ротационном и вертикальном копрах при разных скоростях нагружения и температурах. Представлены некоторые результаты ударных испытаний образцов типа Шарпи с регистрацией изменения усилий на опорах в процессе испытаний. Розроблено багатоканальну систему висошвидкісної реєстрації деформацій і зусиль при випробуваннях матеріалів на ударну в’язкість. Для реєстрації сигналів використовували чтотириканальний аналого-цифровий перетворювач. Проведено випробування на ротаційному і вертикальному копрах при різних швидкостях навантаження і температурах. Представлено деякі результати ударних випробувань зразків типу Шарпі з реєстрацією зміни зусиль на опорах у процесі випробувань. We developed a multi-channel system of highspeed registration of strains and loads for impact toughness tests of materials. Four-channel analog-digital converter is used for registration of the respective signals. The system was testedusing rotational and vertical drop hammer for various loading rates and temperatures. Some results of impact testing of Charpy specimens are obtained with registration of stress variation in the test machine seat/support during the testing process. 2005 Article Система измерения деформаций и усилий при динамических испытаниях материалов / Е.А. Кондряков, В.Н. Жмака, В.В. Харченко, А.И. Бабуцкий, С.В. Романов // Проблемы прочности. — 2005. — № 3. — С. 140-145. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47691 620.178.7 ru Проблемы прочности application/pdf 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 |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Кондряков, Е.А. Жмака, В.Н. Харченко, В.В. Бабуцкий, А.И. Романов, С.В. Система измерения деформаций и усилий при динамических испытаниях материалов Проблемы прочности |
| description |
Разработана многоканальная система высокоскоростной регистрации деформаций и усилий
при испытаниях материалов на ударную вязкость. Для регистрации сигналов использовался
четырехканальный аналого-цифровой преобразователь. Испытания проводили на ротационном
и вертикальном копрах при разных скоростях нагружения и температурах. Представлены
некоторые результаты ударных испытаний образцов типа Шарпи с регистрацией
изменения усилий на опорах в процессе испытаний. |
| format |
Article |
| author |
Кондряков, Е.А. Жмака, В.Н. Харченко, В.В. Бабуцкий, А.И. Романов, С.В. |
| author_facet |
Кондряков, Е.А. Жмака, В.Н. Харченко, В.В. Бабуцкий, А.И. Романов, С.В. |
| author_sort |
Кондряков, Е.А. |
| title |
Система измерения деформаций и усилий при динамических испытаниях материалов |
| title_short |
Система измерения деформаций и усилий при динамических испытаниях материалов |
| title_full |
Система измерения деформаций и усилий при динамических испытаниях материалов |
| title_fullStr |
Система измерения деформаций и усилий при динамических испытаниях материалов |
| title_full_unstemmed |
Система измерения деформаций и усилий при динамических испытаниях материалов |
| title_sort |
система измерения деформаций и усилий при динамических испытаниях материалов |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2005 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47691 |
| citation_txt |
Система измерения деформаций и усилий при динамических
испытаниях материалов / Е.А. Кондряков, В.Н. Жмака, В.В. Харченко, А.И. Бабуцкий, С.В. Романов // Проблемы прочности. — 2005. — № 3. — С. 140-145. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT kondrâkovea sistemaizmereniâdeformacijiusilijpridinamičeskihispytaniâhmaterialov AT žmakavn sistemaizmereniâdeformacijiusilijpridinamičeskihispytaniâhmaterialov AT harčenkovv sistemaizmereniâdeformacijiusilijpridinamičeskihispytaniâhmaterialov AT babuckijai sistemaizmereniâdeformacijiusilijpridinamičeskihispytaniâhmaterialov AT romanovsv sistemaizmereniâdeformacijiusilijpridinamičeskihispytaniâhmaterialov AT kondrâkovea strengthandcrackresistanceofceramicmaterialsdesignedfordentalmetalceramicprostheses AT žmakavn strengthandcrackresistanceofceramicmaterialsdesignedfordentalmetalceramicprostheses AT harčenkovv strengthandcrackresistanceofceramicmaterialsdesignedfordentalmetalceramicprostheses AT babuckijai strengthandcrackresistanceofceramicmaterialsdesignedfordentalmetalceramicprostheses AT romanovsv strengthandcrackresistanceofceramicmaterialsdesignedfordentalmetalceramicprostheses |
| first_indexed |
2025-11-27T09:04:08Z |
| last_indexed |
2025-11-27T09:04:08Z |
| _version_ |
1849933698285174784 |
| fulltext |
УДК 620.178.7
Система измерения деформаций и усилий при динамических
испытаниях материалов
Е. А. К о н д р я к о в а, В. Н. Ж м а к а а, В. В. Х ар ч ен к о а, А. И. Б а б у ц к и й а,
С. В. Р о м ан о в6
а Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина
6 Ассоциация «Надежность машин и сооружений», Киев, Украина
Разработана многоканальная система высокоскоростной регистрации деформаций и усилий
при испытаниях материалов на ударную вязкость. Для регистрации сигналов использовался
четырехканальный аналого-цифровой преобразователь. Испытания проводили на ротаци
онном и вертикальном копрах при разных скоростях нагружения и температурах. Пред
ставлены некоторые результаты ударных испытаний образцов типа Шарпи с регистра
цией изменения усилий на опорах в процессе испытаний.
Ключевые слова : ударная вязкость, образец типа Шарпи, нагрузка, темпера
тура, многоканальная система регистрации.
Введение. Анализ известных экспериментальных данных показал, что
даже при общем хрупком характере разрушения материала в вершине кон
центраторов (надрез, трещина) присутствуют значительные пластические
деформации, достигающие десятки и даже сотни процентов, наблюдаются
локализация деформации и полосы сдвига, вытяжка берегов трещин и
вязкий их подрост. До настоящего времени отсутствует единая точка зрения
на критерии перехода от вязкого разрушения к хрупкому, особенно при
динамическом нагружении. Имеющиеся результаты исследований не позво
ляют полностью объяснить это явление, остается много открытых вопросов,
в частности совместное влияние скорости деформаций, температуры и жест
кости напряженного состояния на процесс динамического деформирования
и разрушения материалов.
Для изучения особенностей деформирования и разрушения материалов
как при статических, так и динамических нагрузках необходимо располагать
обширной информацией, полученной из экспериментов. Стандартные испы
тания образцов типа Шарпи на ударную вязкость широко используются при
определении механических свойств конструкционных материалов, в част
ности при оценке охрупчивания основного металла и металла сварных швов
корпусов реакторов АЭС по сдвигу критической температуры хрупкости
вследствие радиационного и термического воздействия в процессе эксплуа
тации. Однако такие испытания обычно дают достаточно ограниченную
информацию для анализа влияния различных факторов на поведение мате
риалов. В результате испытаний определяют энергию, затрачиваемую на
разрушение образцов [1-5], а по виду их излома - долю вязкой состав
ляющей в изломе или значение поперечного расширения образца в зоне
излома [6].
Использование инструментированных копров с записью диаграммы на
грузка-время позволяет определять не только энергию разрушения, но и ряд
© Е. А. КОНДРЯКОВ, В. Н. ЖМАКА, В. В. ХАРЧЕНКО, А. И. БАБУЦКИЙ, С. В. РОМАНОВ, 2005
140 Й'ОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 3
Система измерения деформаций и усилий ...
таких важных для анализа параметров, как нагрузка, соответствующая общей
текучести, максимальная нагрузка, уровни нагрузки в моменты старта и
остановки хрупкого разрушения. С помощью диаграммы нагрузка-время
можно разделить энергию, затраченную на деформирование и разрушение
образца, на составляющие, связанные с зарождением и распространением
трещины.
Увеличить объем информации, получаемой при таких испытаниях для
ее последующего анализа, можно путем оснащения стандартного испы
тательного оборудования современными средствами регистрации данных
[1-3, 5, 6].
Разработка системы регистрации данных при ударных испытаниях.
С этой целью в Институте проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН
Украины была разработана многоканальная система высокоскоростной ре
гистрации деформации и температур при испытаниях материалов на удар
ную вязкость, установленная на вертикальном и ротационном копрах. На
рис. 1 приведена схема регистрации данных при испытаниях с использовани
ем такой системы. Для регистрации усилия на ноже и опорах копра наклеива
лись тензодатчики. Информация об усилиях на ноже и опорах, а также о
температуре у вершины надреза через блок усиления, плату аналого-цифро
вого преобразователя (АЦП) подается в персональный компьютер, где после
обработки с использованием соответствующей программы хранится в таблич
ном и (или) графическом виде, удобном для последующего анализа. Кроме
того, с целью повышения чувствительности и усиления регистрируемого
сигнала были доработаны конструкции опор на ротационном и вертикальном
копрах.
Рис. 1. Схема регистрации данных о нагружении образцов при испытаниях на ударный трех
точечный изгиб: 1 - нож копра; 2 - тензодатчики; 3 - образец; 4 - термопара; 5 - опоры копра.
Одним из ключевых компонентов рассматриваемой схемы регистрации
данных является блок усиления сигналов.
Для усиления сигналов тензодатчиков и термопар до уровня порядка
1В, что требуется для нормальной работы АЦП типа NuDAQ PCI 9812/10
фирмы ADLink Technology Inq., использовался быстродействующий усили
тель, блок-схема которого приведена на рис. 2. Усилитель содержит два
канала усиления сигналов тензодатчиков и два канала усиления сигналов
термопар типа К (хромель-алюмель).
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2005, № 3 141
Е. А. Кондряков, В. Н. Жмака, В. В. Харченко и др.
Рис. 2. Блок-схема усилителя сигналов тензодатчиков и термопар для работы с АЦП.
С целью подавления синфазных помех каждый из каналов усиления сигналов тензодатчиков содержит входной и выходной усилители, собранные на прецизионных малошумящих операционных усилителях (ОУ). Имеется возможность ступенчато изменять коэффициент усиления каналов с
k = 121 до 484.Для калибровки усилителей по амплитуде используются внутренний кварцевый генератор прямоугольных калибровочных импульсов и блок калибровки, с помощью которого к входу усилителей подключается набор калибровочных резисторов различных номиналов.Блок внешней синхронизации позволяет осуществить запуск регистрирующего устройства сигналом с внешнего контактного датчика, работающего на замыкание или размыкание, и обеспечить временную задержку импульса запуска.Каждый из четырех каналов усиления сигналов термопары представляет собой инструментальный усилитель с компенсацией напряжения холодного спая производства фирмы Analog Devices - AD595. Такая микросхема представляет собой откалиброванный усилитель, который обеспечивает получение выходного напряжения высокого уровня (10 мВ/°С) непосредст
142 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2005, № 3
Система измерения деформаций и усилийвенно с выхода термопары. Усилитель АБ595 включает в себя датчик повреждения термопары, который позволяет контролировать подсоединение концов термопары к микросхеме. Кроме того, подключение двухполярного источника питания дает возможность измерять отрицательную температуру.Каждый из каналов усиления позволяет получить на выходе сигнал амплитудой порядка 1 В, что достаточно для нормальной работы АЦП типа КиБАО РС1 9812/10, осуществить оцифровку сигнала, ввод в компьютер, последующую его обработку и анализ с применением различного программного обеспечения. Ниже приведены некоторые характеристики АЦП:
Число каналов (вход/выход) ............................................................. 4
Максимальная частота опроса........................................................... 20 МГц
Разрядность ...................................................................................... 12 бит
Диапазон аналогового входа.............................................................. ±5 или ± 1 В
Триггер запуска................................................................................ Аналоговый/цифровой
Путем многократных доработок удалось добиться значительного снижения уровня помех. Проведены необходимые калибровки и тарировки, в том числе с помощью установки для механических испытаний Tiratest. Благодаря нескольким каналам регистрации можно записывать сигналы одновременно с ножа и опор копра при проведении ударных испытаний образцов типа Шарпи.Результаты опробования системы регистрации. Была проведена серия экспериментов на вертикальном копре. В качестве модельного материала использовали сталь 45.Учитывая высокие характеристики быстродействия системы и возможность накопления большого объема данных, можно избирательно рассматривать полученный сигнал длительностью в несколько миллисекунд в интересующих нас очень узких временных диапазонах (порядка единиц и десятков микросекунд), что позволяет оценивать скорость распространения трещин.На рис. 3 представлены характерные диаграммы изменения усилий при вязком и хрупком разрушении, включая участки резкого падения нагрузки во время проскока трещины при хрупком разрушении образца. Средняя скорость распространения хрупкой трещины составила 450 м/с.По результатам регистрации изменения нагрузки на опорах в процессе испытаний можно изучать особенности деформирования и разрушения материала с учетом влияния скорости деформации и температуры. В частности, из представленных экспериментальных диаграмм (рис. 4) видно, что при температурах 60 и 100оС происходит развитие вязкой трещины, а при комнатной температуре четко прослеживается проскок трещины, свойственный хрупкому разрушению. Это было подтверждено анализом изломов испытанных образцов.Таким образом, использование разработанной системы высокоскоростной регистрации параметров нагружения образцов позволяет получать дополнительную информацию о процессах деформирования и разрушения материалов при ударном нагружении.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 3 143
Е. А. Кондряков, В. Н. Жмака, В. В. Харченко и др.
Рис. 3. Данные регистрации нагрузки на опорах копра при испытаниях образцов типа Шарпи
из стали 45, а также увеличенные по времени участки сигнала, соответствующие проскоку
трещины. (Здесь и на рис. 4: 1, 2 - исследуемые образцы.)
в г
Рис. 4. Данные регистрации нагрузки на опорах копра при испытаниях образцов типа Шарпи
из стали 45 при различных температурах и скоростях деформирования: а - Т = 200°С,
V = 4,5 м/с; б - Т = 20°С, V = 3 м/с; в - Т = 60оС, V = 3 м/с; г - Т = 100оС, V = 3 м/с (V -
скорость ударника).
Р е з ю м е
Розроблено багатоканальну систему високошвидкісної реєстрації деформацій і зусиль при випробуваннях матеріалів на ударну в’язкість. Для реєстрації сигналів використовували чотириканальний аналого-цифровий перетво-
144 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 3
Система измерения деформаций и усилий
рювач. Проведено випробування на ротаційному і вертикальному копрах
при різних швидкостях навантаження і температурах. Представлено деякі
результати ударних випробувань зразків типу Шарпі з реєстрацією зміни
зусиль на опорах у процесі випробувань.
1. Kobayashi T. Development in the instrumented impact test-computer aided
instrumented impact testing system // Proc. Charpy Centenary Conf. (Poitiers,
France, 2-5 Oct. 2001). - Poitiers, 2001. - P. 127 - 134.
2. Server W. L. Instrumented Charpy test review and application to structural
integrity// Proc. Charpy Centenary Conf. (Poitiers, France, 2-5 Oct. 2001). -
Poitiers, 2001. - P. 843 - 850.
3. Morita S., Otani M , and Kobayashi T .Problem s related to the measurement
of load signal in the instrumented Charpy impact test // Proc. Charpy
Centenary Conf. (Poitiers, France, 2-5 Oct. 2001). - Poitiers, 2001. - P. 135
- 142.
4. Schindler H.-J. and Bertschinger P. Relation of fracture energy of sub-sized
Charpy specimens to standard Charpy energy and fracture toughness //
NATO-Workshop on Transferability of Fracture Mechanical Data (Brno, 5-6
Nov. 2001). - Brno, 2001 - P. 213 - 225.
5. Bohme W. and Schindler H .-J.A pplication of single specimen methods on
instrumented Charpy tests: Results of a DVM Round Robin exercise //
Pendulum Impact Testing: A Century of Progress, ASTM STP 1380 (Seattle,
19-20 May 1999). - Seattle, 2000. - P. 327 - 336.
6. Tanguy B., Piques R., and Pineau A. Experemental analysis of Charpy
V-notch specimens // Proc. Charpy Centenary Conf. (Poitiers, France, 2-5
Oct. 2001). - Poitiers, 2001. - P. 425 - 432.
Поступила 27. 12. 2004
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2005, № 3 145
|