Применение дискового образца, нагружаемого по схеме «бразильского теста», для оценки хрупкой прочности материалов негеологического происхождения

А.В. Осинцев1, В.Ю. Гольцев1, А.С. Плотников1
1Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Каширское шоссе 31, Москва, Россия, 115409
Аннотация
Проведены  расчетное  и  экспериментальное исследования  распределения  напряжений  и  деформаций  в  поверхностных  точках  дискового  образца,  нагружаемого  по  схеме  «бразильского  теста»  (сжатия  диска  в  диаметральной  плоскости). На рисунке приведены цветовые  картины  распределения  деформаций  εх  в  поверхностных  точках  чугунного  образца:  (a)  —  начальная  стадия нагружения, (b) — стадия, предшествующая разрушению, (с) — стадия разрушения.
Проведены расчетное, с помощью метода конечных элементов, реализованного в программном комплексе ANSYS версии 14.0, и экспериментальное, с применением метода цифровой корреляции изображений, исследования распределения напряжений и деформаций в поверхностных точках дискового образца, нагружаемого по схеме «бразильского теста» (сжатия диска в диаметральной плоскости). На общем фоне сжимающих напряжений отмечено наличие растягивающих напряжений в осевой плоскости диска, возникающих сначала в зоне контакта образца с нагружающими поверхностями и смещающихся от контактной зоны к центру диска при возрастании нагрузки. Получены зависимости максимальных растягивающих напряжений и растягивающих напряжений в середине диска и на его поверхности в центре от параметра напряжения, определяемого по рекомендуемой ASTM формуле. Выявлены допустимые соотношения диаметра и толщины образца для определения достоверных значений прочности материала при испытании. Результаты расчетного анализа сопоставлены с результатами экспериментального исследования, проведенного на образцах из серого чугуна и графита. Разрушение испытанных образцов происходило в плоскости действия растягивающих напряжений. Выявлено различие в характере разрушения чугунных образцов и образцов из графита – пластичное разрушение чугунных образцов и хрупкое разрушение графитовых. Показано хорошее соответствие результатов расчета и эксперимента при использовании расчетной формулы, рекомендованной Стандартом ASTM, для определения хрупкой прочности материалов горных пород. Подтверждена возможность применения метода испытания малоразмерных образцов по схеме «бразильского теста» для косвенной оценки прочности на растяжение хрупких материалов негеологического происхождения.
Получена: 01 декабря 2016   Принята: 13 февраля 2017
Просмотры: 138   Загрузки: 31
Ссылки
1.
E. G. Grigoryev. International journal «Machines, technologies, materials“. V.8, P.8 – 10. (2011).
2.
S. S. Bashlykov, D. V. Demenyuk, E. G. Grigoryev, E. A. Olevsky, M. S. Yurlova. Physics and chemistry of materials processing. No. 5, p. 77 – 83. (2013). (in Russian) [С. С. Башлыков, В. Д. Деменюк, Е. Г. Григорьев, Е. А. Олевский, М. С. Юрлова. Физика и xимия обработки материалов. № 5, С. 77 – 83. (2013).]
3.
A. T. Tumanov. Methods of testing, control and research of engineering materials (Handbook). T. II. Methods of investigation of mechanical properties of metals. M.: Mashinostroenie, 1974. 320 p. (in Russian) [А. Т. Туманов. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов (Cправочное пособие). Т. II. Методы исследования механических свойств металлов. М.: Машиностроение, 1974. 320 с.]
4.
A. G. Zholnin, I. V. Kovaleva, O. I. Pahilo — Darial, I. S. Litvinov, E. G. Grigoryev, E. A. Olevsky, V. Y. Goltsev, R. V., Rytenko. Physics and chemistry of materials processing. No. 2, p. 5 – 10. (2016). (in Russian) [А. Г. Жолнин, И. В. Ковалева, И. О. Пахило — Дарьял, И. С. Литвинова, Е. Г. Григорьев, Е. А. Олевский, В. Ю. Гольцев, В. Р. Рытенко. Физика и химия обработки материалов. № 2, С. 5 – 10. (2016).]
5.
Q. Z. Wang, X. M. Jiaa, S. Q. Koub, Z. X. Zhangh, P. A. Lindgvistg. Int. J. of Rock Mechanics and Mining Sciences. V. 41, Issue 2, February. P.245 – 253. (2004).
6.
ASTM D3967-95a. Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Intact Rock Core Specimens.
7.
Release 16.2 Documentation for ANSYS [electronic document] / ANSYS Inc. Electronic data and software (104019 files: 10660130531 bytes).
8.
NAFEMS search engineering analysis and simulation — FEA, Finite Element Analysis, CFD, Computational Fluid Dynamics and Simulation. NAFEMS Ltd., Hamilton, United Kingdom.
9.
M. A. Sutton, J. J. Orteu, H. W. Schreier. Image correlation for shape, motion and deformation measurements: basic concepts, theory and applications. Springer. P.321. (2009).
10.
T. C. Chu, W. F. Ranson, M. A. Sutton, W. H. Peters. Experimental mechanics. V.25 (3). P.232 – 245. (1985).