РОЗДІЛ 2
РОЗРОБЛЕННЯ МЕТОДІВ І ЗАСОБІВ ІНІЦІЮВАННЯ ТРІЩИН У БАЛКОВИХ ЗРАЗКАХ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ТРІЩИНОСТІЙКОСТІ МАТЕРІАЛУ
В розділі викладено методологію пошукових експериментальних досліджень щодо проектування та виготовлення необхідного устаткування, пристроїв та контрольно-вимірювальних засобів для ініціювання тріщин у балкових зразках для визначення тріщиностійкості К1с конструкційних матеріалів за умов ударно-втомних і статичних навантажень.
Чільне місце в цьому плані займає запроектована і виготовлена як лабораторний зразок восьмимістна установка [32] для ударно-втомних випробувань балкових зразків згином на консолі, на якій виконано комплекс досліджень щодо впливу режимів та способів навантаження [31] на ударно-втомну міцність конструкційних матеріалів і їх зварних з?єднань та методика запису діаграми ударно-втомного руйнування балкового зразка згином на консолі, защемленого біля концентратора, мова про які піде нижче в наступних розділах.
2.1. Установка для ударно-втомних випробувань балкових зразків з боковим концентратором згином на консолі.
Відомо, що в інженерній практиці для визначення опору матеріалу поширенню тріщини широко використовують ударні [153,154] та втомні [17,146,155] випробування лабораторних зразків на стадії ініціювання вихідних тріщин. Вони дають кількісну оцінку міцності конструкційного матеріалу для конкретно взятого виду випробувань. Надалі ці дані використовуються при проектуванні, а пізніше - під час виготовлення елемента конструкції чи машини в цілому.
Разом з тим, на практиці виходять із ладу або руйнуються, внаслідок появи тріщин, різноманітні деталі чи вузли, наприклад, підвіски коліс автобусів, амортизаторні стійки, важелі з кульовими опорами легкових автомобілів, силові та швидкісні механізми агрегатів транспортних, роторних та ковшових машин, що без сумніву, надає вагому актуальність таким дослідженням.
Слід зазначити, що досліджень, які б адекватно оцінювали поведінку таких деталей в реальних умовах експлуатації, практично, немає. У зв"язку з викладеним вище нами розроблено багатомісну установку для визначення опору матеріалу поширенню тріщини в конструкційних матеріалах (сплавах) і їх зварних з?єднаннях для умов дії одночасних ударних і втомних навантажень, аби більш повно прогнозувати міцність деталей машин і елементів конструкцій для заданих умов експлуатації.
Нижче описано будову та принцип роботи дослідного зразка запроектованої та виготовленої установки (рис. 2.1), яка дає змогу реалізувати поставлену мету.
Установка (рис. 2.1) складається із електродвигуна 1, муфти пальцевої 2, силового агрегата, виконаного на базі двигуна внутрішнього згоряння вантажного автомобіля ЗІЛ-131 з V-подібним розміщенням восьми циліндрів в блоці 3, який закріплений на гумових подушках 4, до зварної конструкції рами 5, вузла базування і закріплення зразка 6, вузла консольного деформування зразка 7 і вузла задавання прогину зразка 8.
Рис. 2.1. Загальний вигляд установки: 1 - електродвигун; 2 - муфта пальцева; 3 - силовий агрегат; 4 - подушки; 5 - рама; 6 - вузол базування і закріплення; 7 - вузол задавання прогину; 8 - вузол консольного деформування.
Детальніше опишемо конструктивні особливості вузла базування і закріплення зразка, а також вузла консольного деформування зразка і вузла задавання прогину зразку, оскільки вони є невід?ємними частинами запроектованої установки для реалізації ударно-втомних випробувань дослідних зразків згином на консолі.
Рис. 2.2. Загальний вигляд вузла базування і закріплення зразка.
Вузол базування і закріплення балкового зразка (рис. 2.2) має чотири П-подібні стояки 4, в пази яких вставляють балкові зразки 8 до контакту з упорною планкою 2, що закріплена двома гвинтами 3. Стояки по периметру приварено до базувальної лівої плити 1. Аналогічних конструкцій ще чотири П-подібних стояків для встановлення балкових зразків по периметру приварено до правої базувальної плити. Жорсткий затиск зразка в пазу кожного стояка здійснюють зверху двома болтами 7, через верхню і нижню рифельні планки 5 і 6, а також збоку двома болтами 9, через бокову рифельну планку 10. Для забезпечення жорсткого закріплення дослідного зразка рифельні планки 5 і 6 термічно зміцнюють до твердості НRС=45-48 одиниць. Матеріал планок - сталь У7.
Виліт консолі від торця паза стояка задають місцем знаходження надрізу на боковій поверхні зразка та його загальною довжиною.
Рис. 2.3. Загальний вигляд вузла консольного деформування.
Вузол консольного деформування балкового зразка (рис. 2.3) служить для вибору режиму, а саме - створення прогину на консолі балки у вертикальному напрямку. Його задають величиною ексцентриситету ексцентрика розподільного вала 1, через стакан 2, який за ковзною посадкою сидить в отворі корпуса блока 3. В гнізді стакана запресовано нижню частину штовхача 4, яка різьбою з'єднана з верхньою частиною штовхача 6, загвинченням або вигвинченням по висоті можна фіксувати гайкою 5. Для забезпечення центрування верхня частина штовхача 6 переміщується за ковзальною посадкою у бронзовій втулці 7, яка запресована у плиті 8. Сам штовхач має радіусну торцеву поверхню у верхній контактуючій частині. Матеріал штовхача - сталь У7 після термічного зміцнення і відпуску має твердість НRС=50...52 одиниць.
Вузол задавання прогину балкового зразка (рис. 2.3) служить для зворотнього консольного деформування призматичного зразка 15 вниз, яке задають переміщенням стиснутої пружини 10 через підп'ятник 9 і пробку 11, що знаходяться у глухому отворі спеціального ковпака 12 за допомогою затискного болта 13. Надійну фіксацію останнього по висоті здійснюють гайкою 14. Жорстке закріплення спеціального ковпака 12 з базувальною плитою 8 виконують чотирма болтами 16. Загвинчуючи чи вигвинчуючи болт 13 і досягнувши заданого стискання пружини 10, отримуємо адекватне зусилля згину Qзг, яке необхідне для згинання зразка на консолі. Підп'ятник 9 з радіусною торцевою поверхнею у нижній контактуючій частині і виго