Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z metodami pomiaru przyrostu długości szczeliny. Badanym materiałem jest stal 40HMNA. Badanie zostało przeprowadzone przy użyciu hydropulsacyjnej maszyny wytrzymałościowej MTS.

Schemat blokowy układu pomiarowego.

Wstęp teoretyczny:

Amplitudę osobliwych naprężeń i odkształceń dla ciał nieliniowych nazywamy całką J.

Całka J jest amplitudą naprężeń i odkształceń przed frontem szczeliny w ośrodku nie linowym wg. prawa Ramberga- Osgooda.

Całka J ma miano (Nxm)/m2= N/m, gdyż zmianę energii potencjalnej obliczamy na jednostkowy przyrost powierzchni szczeliny.   

J1c może być uznane za stałą materiałową gdy badany element znajduje się w p.s.o.  Stanie się tak gdy zostanie spełniona nierówność:

b oraz B oraz a>

gdzie a= 25 dla próbek w których występuje przewaga zginania, a=175 dla próbek rozciąganych. 

Aby doświadczalnie wyznaczyć wartość całki J1cnależy rozstrzygnąć dwie sprawy:

-          dostarczyć wzór na obliczenie całki J w oparciu o dane otrzymane z eksperymentu,

-          oszacować moment w którym zacznie wzrastać pęknięcie.

Wzór na obliczenie całki J w oparciu o dane otrzymane z eksperymentu:

gdzie:

h=2 dla trójpunktowego zginania

bo- długość niepękniętego odcinka próbki przed frontem pęknięcia

B- grubość próbki

A- sumaryczna ilość energii zmagazynowanej odwracalnie zmagazynowanej w próbce Aspr oraz dysypowanej na odkształcenia plastyczne Apl, oznaczają powierzchnie pod krzywą P-D.

Istniej kilka metod i technik pomiarowych pozwalających na oszacowanie momentu w którym zacznie wzrastać pęknięcie np.

a)      metoda wielu próbek

b)     metoda jednej próbki -technika zmiany podatności

c)      metoda jednej próbki – technika spadku potencjału.

Technika spadku potencjału pomiaru krytycznej wartości całki J różni się niewiele od techniki zmiany podatności, polega na różnym pomiarze długości pęknięcia. Przy pomiarze zmian długości pęknięcia techniką spadku potencjału wykorzystuje się zjawisko zmiany oporu elektrycznego próbki w trakcie zmiany jej czynnego przekroju. Przekrój zaś zmienia się wraz z przyrostem długości pęknięcia. W celu przeprowadzenia pomiaru tą techniką musimy zasilić próbkę prądem o stałym natężeniu, podczas ćwiczenia wykorzystujemy prąd stały. Zasilacz powinien zapewnić przepływ prądu, który nie może być zbyt duży, gdyż powoduje to nagrzanie się próbki.

              Układ pomiarowy do pomiaru spadku potencjału:

Napięcie do próbki przykłada się w miejscach oddalonych możliwie daleko od elektrod do których przymocowany jest mikrowoltomierz. Mikrowoltomierz winien rejestrować spadki potencjału na poziomie od dziesiątych części do kilkuset mikrowoltów.

Przed przystąpieniem do rejestracji spadku potencjału dokonujemy kompensacji napięcia do zera. Istotne jest miejsce przymocowania elektrod pomiarowych. Optymalne położenie elektrod pokazane jest na schemacie. Elektrody te zgrzewa się do powierzchni próbki. Stosując technikę spadku potencjału rejestrujemy trzy sygnały: siłę odciążającą , przemieszczenie punktu przyłożenia siły i spadek potencjału. Nie rejestrujemy sygnału przemieszczenia rozwarcia powierzchni pęknięcia gdyż służył on tylko do pomiaru zmiany podatności.

Schemat stanowiska:

Zasilacz prądu stałego

+

-

y

A/C

  PC

Moduł

   A/C

C/A

    Schemat układu pomiarowego do pomiaru JIC metodą spadku potencjału.

Wyniki pomiarów i obliczeń:

Wykresy zarejestrowanych sygnałów:

Przyrost długości pęknięcia obliczamy ze wzoru:

Wykres przedstawiający sposób wyznaczenia całki         J1c  w oparciu o otrzymane wyniki.

Wartości całki uzyskane przy pomocy programu   :

    pierwsza metoda:  J1C=142.180 [N/mm]

    druga metoda:       J1C=151.855 [N/mm]

Wnioski :

Przeprowadzone doświadczenie miało na celu wyznaczenie momentu inicjacji wzrostu oraz wyznaczenie przyrostu długości szczeliny. Wielkości te są niezbędne dla określenia odporności materiałów sprężysto - plastycznych na pękanie.

Do pomiaru przyrostu długości szczeliny służą trzy metody:

- metoda wielu próbek;

- metoda spadkupotencjału;

- metoda zmiany podatności.

W doświadczeniu wykorzystano metodę spadku potencjału .Wartości przyrostów długości szczeliny wyznaczono na podstawie zależności podanych w PN. Wyznaczenie JIC można uznać za prawidłowy ponieważ liczba punktów w przedziale ograniczonym prostymi równoległymi do linii tępienia  spełnia warunek (minimum cztery punkty ). Wszystkie uwzględnione do wyznaczenia JIC leżą pomiędzy liniami pomocniczymi, przesuniętymi w stosunku do linii R o +35% i –25%. Z wykresu odczytaliśmy wartość JIC=123 [N/m2]