RU2783064C1 - Method for automated determination of the periodicity of the relief of fractures of destroyed materials - Google Patents
Method for automated determination of the periodicity of the relief of fractures of destroyed materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783064C1 RU2783064C1 RU2021136320A RU2021136320A RU2783064C1 RU 2783064 C1 RU2783064 C1 RU 2783064C1 RU 2021136320 A RU2021136320 A RU 2021136320A RU 2021136320 A RU2021136320 A RU 2021136320A RU 2783064 C1 RU2783064 C1 RU 2783064C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fatigue
- function
- section
- fracture
- grooves
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000001186 cumulative Effects 0.000 claims description 7
- 230000001131 transforming Effects 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 23
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 208000001285 Stress Fractures Diseases 0.000 description 2
- 238000004686 fractography Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения периодичности в структуре поверхности разрушенного материала под воздействием периодического повторения прикладываемой нагрузки (усталостное разрушение).The invention relates to measuring technology and can be used to determine the periodicity in the structure of the surface of the destroyed material under the influence of periodic repetition of the applied load (fatigue failure).
На поверхности усталостных изломов можно обнаружить специфические полосчатые образования - усталостные бороздки, что является одним из главных признаков усталостной природы разрушения. Поверхность разрушения с усталостными бороздками представляет собой периодическую структуру с приблизительно треугольной формой профиля, полученного вдоль развития разрушения. Практически у всех предложенных моделей усталостные бороздки отражают последовательное положение фронта усталостной трещины на разных этапах развития. Проведенные эксперименты по усталостному росту трещины с маркированием отдельных блоков усталостных циклов показали, что для поликристаллических материалов формирование одной усталостной бороздки соответствует одному циклу нагружения.On the surface of fatigue fractures, one can find specific banded formations - fatigue grooves, which is one of the main signs of the fatigue nature of fracture. The fracture surface with fatigue grooves is a periodic structure with an approximately triangular shape of the profile obtained along the development of the fracture. In almost all proposed models, fatigue grooves reflect the consistent position of the fatigue crack front at different stages of development. The experiments on fatigue crack growth with marking of individual blocks of fatigue cycles have shown that for polycrystalline materials the formation of one fatigue groove corresponds to one loading cycle.
При данном типе разрушения типичной характеристикой рельефа является периодическая структура усталостных бороздок или макро- и микролиний. Размер данных объектов (ширина) отражает расстояние продвижения трещины за один цикл нагружения материала (скорость роста трещины). Знание скорости роста трещины позволяет определить живучесть детали, т.е. длительность сохранения деталью целостности во время развития усталостной трещины в ней. Такие данные составляют основу ряда критериев, по которым определяют ресурс безопасной эксплуатации техники (прежде всего аэрокосмической).With this type of fracture, a typical characteristic of the relief is a periodic structure of fatigue grooves or macro- and microlines. The size of these objects (width) reflects the distance of crack propagation in one cycle of material loading (crack growth rate). Knowing the crack growth rate makes it possible to determine the survivability of the part, i.e. the duration of maintaining the integrity of the part during the development of a fatigue crack in it. Such data form the basis of a number of criteria by which the resource of safe operation of equipment (primarily aerospace) is determined.
В этом контексте возникает вопрос об определении шага усталостных бороздок с высокой точностью. Для исключения субъективного фактора оператора и одновременного повышения точности измерений предпочтительно измерения проводить в автоматическом режиме. Однако до настоящего времени измерение параметров УБ проводилось в "ручном" режиме. При этом исследователь (фрактограф) проводил измерение параметров усталостных бороздок непосредственно по изображению, полученному в электронном микроскопе, проводя измерения от точки к точке. Измерения для усталостных бороздок, имеющих относительно большие размеры (около 1 мкм), не представляют сложности. Проблемы возникают в случае изучения усталостных бороздок, образовавшихся на начальной стадии формирования (при размерах шага около 0.01 мкм). Такая задача требует высокой квалификации исследователя. В некоторых случаях проведение измерения параметров усталостных бороздок усложняется условиями роста усталостной трещины, а именно окислением или/и вторичным повреждением рельефа. Все это привносит значительные трудности в корректные измерения шага усталостных бороздок.In this context, the question arises of determining the pitch of fatigue grooves with high accuracy. To eliminate the subjective factor of the operator and at the same time improve the accuracy of measurements, it is preferable to carry out measurements in automatic mode. However, up to now, the measurement of UB parameters has been carried out in the "manual" mode. At the same time, the researcher (fractographer) measured the parameters of the fatigue grooves directly from the image obtained in the electron microscope, taking measurements from point to point. Measurements for relatively large fatigue grooves (about 1 µm) are not difficult. Problems arise when studying fatigue grooves formed at the initial stage of formation (with a step size of about 0.01 μm). This task requires a highly qualified researcher. In some cases, measuring the parameters of fatigue grooves is complicated by the conditions of fatigue crack growth, namely, oxidation and/or secondary damage to the relief. All this introduces significant difficulties in the correct measurement of the pitch of fatigue grooves.
Большинство современных электронных микроскопов снабжено программным обеспечением с возможностью приложения двумерного фурье-преобразования или Фурье-преобразования профиля. Фурье-преобразование позволяет получить хороший результат при преобразовании профилей усталостных бороздок с постоянным шагом и относительно больших усталостных бороздок, которые формируются на заключительной стадии роста трещины.Most modern electron microscopes are equipped with software with the ability to apply a two-dimensional Fourier transform or a Fourier transform of a profile. The Fourier transform gives a good result when transforming the profiles of fatigue grooves with a constant pitch and relatively large fatigue grooves that form at the final stage of crack growth.
При считывании с растрового электронного микроскопа в электронно-вычислительной машине строки изображения перпендикулярно гребенчатой структуре излома фиксируется профиль сигнала, имеющего соответствующую периодичность. Для точного определения периодов этой структуры удобнее всего использовать спектральный метод анализа изображения с помощью одномерных и двумерных преобразований Фурье. Фурье-анализ позволяет проводить интегральное метрологическое исследование периодических структур без измерения каждого отдельного шага усталостных бороздок. В этом случае в первую очередь исключается субъективное влияние измерителя на получение конечного размера параметра рельефа поверхности, которым в количественной фрактографии усталостных разрушений является шаг усталостных бороздок.When reading from a scanning electron microscope in an electronic computer, the image line is fixed perpendicular to the comb structure of the fracture, the profile of the signal having the appropriate periodicity. To accurately determine the periods of this structure, it is most convenient to use the spectral method of image analysis using one-dimensional and two-dimensional Fourier transforms. Fourier analysis makes it possible to carry out an integral metrological study of periodic structures without measuring each individual step of fatigue grooves. In this case, first of all, the subjective influence of the gauge on obtaining the final size of the surface relief parameter, which in the quantitative fatigue fracture fractography is the step of fatigue grooves, is excluded.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ, описанный в книге Шанявского А.А. «Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций. Синергетика в инженерных приложениях», издательство «Монография», 2003 г., раздел «Фурье-фрактография», с. с. 206-214. Известный способ определения периодичности рельефа изломов разрушенных материалов характеризуется тем, что посредством растрового электронного микроскопа исследуют излом разрушенного образца, получают изображение участка указанного излома с усталостными бороздками, образованными в структуре исследуемого разрушенного образца, анализируют изображение на электронно-вычислительной машине с помощью одномерного преобразования Фурье.The closest in technical essence and achieved technical result is the method described in the book of Shanyavsky A.A. “Safe Fatigue Failure of Aircraft Structures. Synergetics in engineering applications”, publishing house “Monograph”, 2003, section “Fourier fractography”, p. With. 206-214. A well-known method for determining the periodicity of the relief of fractures of destroyed materials is characterized by the fact that a fracture of a destroyed sample is examined by means of a scanning electron microscope, an image of the area of the indicated fracture with fatigue grooves formed in the structure of the investigated destroyed sample is obtained, the image is analyzed on an electronic computer using a one-dimensional Fourier transform.
Однако данный способ не дает возможность определить периодичность в условиях малой скорости роста трещины на начальных этапах разрушения, и, особенно, в неблагоприятных условиях (окисление поверхности, вторичное повреждение рельефа и т.д.)However, this method does not make it possible to determine the periodicity under conditions of a low crack growth rate at the initial stages of destruction, and especially under adverse conditions (surface oxidation, secondary damage to the relief, etc.)
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного способа, является повышение достоверности определения периодичности рельефа изломов разрушенных материалов, в том числе на начальной стадии формирования усталостных бороздок, что позволяет более точно определить срок службы детали, изготовленной из исследуемого материала, при ее эксплуатации. Надежность определения шага усталостных бороздок в предложенном способе сохраняется и в критических условиях, например при окислении поверхности, повреждении излома вследствие взаимного контактирования берегов трещины в подобных процессах.The technical result achieved by using the claimed method is to increase the reliability of determining the periodicity of the relief of fractures of destroyed materials, including at the initial stage of the formation of fatigue grooves, which makes it possible to more accurately determine the service life of a part made from the material under study during its operation. The reliability of determining the pitch of fatigue grooves in the proposed method is also maintained under critical conditions, for example, during surface oxidation, fracture damage due to mutual contact of the crack edges in such processes.
Технический результат изобретения достигается тем, что в предложенном способе автоматизированного определения периодичности рельефа изломов разрушенных материалов посредством растрового электронного микроскопа исследуют излом разрушенного образца, получают изображение участка указанного излома с усталостными бороздками, образованными в структуре исследуемого разрушенного образца, анализируют изображение на электронно-вычислительной машине с помощью одномерного преобразования Фурье, по предложению выбирают участок излома, по которому будет определяться скорость роста усталостной трещины, регулируют яркость, контрастность и увеличение растрового электронного микроскопа, оптимальные для рассмотрения на нем усталостных бороздок, проводят сечения по полученной фотографии излома, направленные вдоль роста усталостной трещины и пересекающие усталостные бороздки и получают одномерные функции яркости Dn(r) в зависимости от длины проведенного сечения r, где n- номер сечения, по которым проводится Фурье-преобразование, с помощью программного обеспечения автоматически получают коэффициенты дискретного ряда Фурье Fn(rk), функции яркости Dn(r),The technical result of the invention is achieved by the fact that in the proposed method for automated determination of the periodicity of the relief of fractures of fractured materials using a scanning electron microscope, the fracture of the fractured sample is examined, an image of the section of the specified fracture with fatigue grooves formed in the structure of the investigated fractured sample is obtained, the image is analyzed on an electronic computer with using a one-dimensional Fourier transform, according to the proposal, a fracture area is selected from which the fatigue crack growth rate will be determined, the brightness, contrast and magnification of the scanning electron microscope are adjusted, which are optimal for viewing fatigue grooves on it, sections are made according to the obtained photograph of the fracture, directed along the growth of the fatigue crack and crossing fatigue grooves and obtain one-dimensional brightness functions Dn(r) depending on the length of the drawn section r, where n is the number of the section along which Fourier transform, the software automatically obtains the coefficients of the discrete Fourier series F n (r k ), brightness functions D n (r),
где Fn(rk) - коэффициенты дискретного ряда Фурье,where F n (r k ) are the coefficients of the discrete Fourier series,
k - номер дискетного ряда Фурье,k is the number of the diskette Fourier series,
rk - период, соответствующий номеру дискретного ряда Фурье,r k - period corresponding to the number of the discrete Fourier series,
из ряда Фурье получают кумулятивную функцию локальных максимумов Фурье Ф (rmin,ri) преобразованием:from the Fourier series, the cumulative function of the local Fourier maxima Ф (r min ,r i ) is obtained by the transformation:
где F(ri) - усредненные коэффициенты Фурье дискретного преобразования по множеству профилей сечений,where F(ri) are the averaged Fourier coefficients of the discrete transform over the set of section profiles,
, где , where
rmin - минимальный возможный период, зависящий от разрешения фотографии,r min - the minimum possible period, depending on the resolution of the photo,
ri - варьируется от минимального - rmin до максимального возможного значения периода - rmax, причем максимальное значение определяется длиной сечения,r i - varies from the minimum - r min to the maximum possible value of the period - r max , and the maximum value is determined by the length of the section,
получают производную кумулятивной функции Ф (rmin,ri) - функцию локальных максимумов Р(ri):get the derivative of the cumulative function Ф (r min ,r i ) - the function of local maxima Р(r i ):
определяют шаг усталостной бороздки, характеризующей скорость роста усталостной трещины, по значению аргумента ri функции локальных максимумов Р(ri), соответствующему максимальному значению данной функции P(ri):determine the step of the fatigue groove, which characterizes the growth rate of a fatigue crack, by the value of the argument r i of the function of local maxima Р(r i ), corresponding to the maximum value of this function P(r i ):
Диапазон увеличения микроскопа, при котором наблюдаются усталостные бороздки, составляет от 1000 до 30000 крат.The magnification range of the microscope at which fatigue grooves are observed is from 1000 to 30000 times.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где:The essence of the invention is illustrated by graphic materials, where:
на фиг.1 - увеличенное фото, сделанное под микроскопом, поверхности усталостного разрушения, на которой выбрано сечение n, перпендикулярное усталостным бороздкам;figure 1 is an enlarged photo taken under a microscope, the surface of fatigue failure, which is selected section n, perpendicular to the fatigue grooves;
на фиг.2 - график зависимости уровня яркости D(n) от расстояния для сечения n;figure 2 is a plot of the brightness level D(n) from the distance for the section n;
на фиг.3 - график зависимости коэффициентов ряда фурье Fn от расстояния r;figure 3 is a plot of the coefficients of the Fourier series F n from the distance r;
на фиг.4 - график зависимости кумулятивной функции Ф(n) от расстояния r;figure 4 is a graph of the cumulative function f(n) from the distance r;
на фиг.5 - график зависимости функции Р(n) от расстояния r;figure 5 is a graph of the function P(n) from the distance r;
на фиг.6 - график зависимости функции Р(n) от расстояния r в диапазоне от 0 до 0,3 мкм;figure 6 is a graph of the function P(n) from the distance r in the range from 0 to 0.3 μm;
на фиг.7 - общий вид образца, где крестами показаны места, в которых проводилось измерение шага усталостных бороздок;figure 7 - General view of the sample, where the crosses show the places where the measurement of the step of the fatigue grooves was carried out;
на фиг.8 - участок, находящийся на расстоянии 410 мкм от очага, по которому определялся шаг усталостных бороздок;figure 8 - area located at a distance of 410 μm from the focus, which was determined step fatigue grooves;
на фиг.9 - Фурье преобразование F(n) участка, находящегося на расстоянии 410 мкм от очага;figure 9 - Fourier transform F(n) of the area located at a distance of 410 μm from the source;
на фиг.10 - функция локальных максимумов Р(n) участка, находящегося на расстоянии 410 мкм от очага;figure 10 - function of local maxima P(n) area, located at a distance of 410 μm from the source;
на фиг.11 - участок, находящийся на расстоянии 940 мкм от очага, по которому определялся шаг усталостных бороздок;figure 11 - area located at a distance of 940 μm from the focus, which was determined step fatigue grooves;
на фиг.12 - Фурье преобразование F(n) участка, находящегося на расстоянии 940 мкм от очага;Fig.12 - Fourier transform F(n) of the area located at a distance of 940 μm from the focus;
на фиг.13 - функция локальных максимумов Р(n) участка, находящегося на расстоянии 940 мкм от очага;figure 13 - function of local maxima P(n) area located at a distance of 940 μm from the focus;
на фиг.14 - динамика роста усталостной трещины для образца, испытанного при температуре 750°С;Fig.14 - dynamics of growth of a fatigue crack for a sample tested at a temperature of 750°C;
на фиг.15 - приращение циклов от расстояния до очага для образца, испытанного при температуре 750°С.Fig.15 - increment cycles from the distance to the source for the sample tested at a temperature of 750°C.
Заявленный способ осуществляется следующим образом.The claimed method is carried out as follows.
С помощью растрового электронного микроскопа исследуют излом разрушенного при испытаниях образца. Выбирают участок излома, на котором наблюдается периодическая структура - усталостные бороздки (фиг.1). Регулируют яркость, контрастность и увеличение растрового электронного микроскопа, оптимальные для рассмотрения на нем усталостных бороздок. Опытным путем подбирают увеличение, достаточное для рассмотрения на нем усталостных бороздок, характеризующих рост усталостной трещины. При этом яркость и контрастность подбирают таким образом, чтобы не было засветок и затемнения.Using a scanning electron microscope, the fracture of the sample destroyed during testing is examined. Choose a fracture site, which is observed periodic structure - fatigue grooves (figure 1). Adjust the brightness, contrast and magnification of the scanning electron microscope, optimal for viewing fatigue grooves on it. Empirically, a magnification is selected that is sufficient to consider fatigue grooves on it, characterizing the growth of a fatigue crack. At the same time, brightness and contrast are selected in such a way that there are no highlights and darkening.
Проводят сечения по полученной фотографии излома, направленные вдоль роста усталостной трещины и пересекающие усталостные бороздки и получают одномерные функции яркости Dn(r) в зависимости от длины проведенного сечения (r), где n- номер сечения, по которым проводится Фурье-преобразование,Sections are made according to the obtained photograph of the fracture, directed along the growth of the fatigue crack and crossing the fatigue grooves and one-dimensional brightness functions D n (r) are obtained depending on the length of the section drawn (r), where n is the number of the section along which the Fourier transform is performed,
с помощью программного обеспечения автоматически получают коэффициенты дискретного ряда Фурье Fn(rk), функции яркости Dn(r):using software, the coefficients of the discrete Fourier series F n (r k ), brightness functions D n (r) are automatically obtained:
где Fn(rk) - коэффициенты дискретного ряда Фурье,where F n (r k ) are the coefficients of the discrete Fourier series,
k - номер дискетного ряда Фурье,k is the number of the diskette Fourier series,
rk - период, соответствующий номеру дискретного ряда Фурье,r k - period corresponding to the number of the discrete Fourier series,
n- номер сечения, по которым проводится Фурье-преобразование,n is the number of the section along which the Fourier transform is carried out,
Из ряда Фурье получают кумулятивную функцию локальных максимумов Фурье Ф (rmin,ri) преобразованием:From the Fourier series, the cumulative function of the local Fourier maxima Ф (r min ,r i ) is obtained by the transformation:
где F(ri) - усредненные коэффициенты Фурье дискретного преобразования по множеству профилей сечений,where F(r i ) are the averaged Fourier coefficients of the discrete transform over the set of section profiles,
где rmin - минимальный возможный период, зависящий от разрешения фотографии,where r min is the minimum possible period, depending on the resolution of the photo,
ri - варьируется от минимального - rmin до максимального возможного значения периода - rmax, причем максимальное значение определяется длиной сечения,r i - varies from the minimum - r min to the maximum possible value of the period - r max , and the maximum value is determined by the length of the section,
получают производную кумулятивной функции Ф (rmin,ri) - функцию локальных максимумов P(ri):get the derivative of the cumulative function Ф (r min ,r i ) - the function of local maxima P(r i ):
определяют шаг усталостной бороздки, характеризующей скорость роста усталостной трещины, по значению аргумента ri функции локальных максимумов P(ri), соответствующему максимальному значению данной функции Р(ri)determine the step of the fatigue groove, which characterizes the growth rate of a fatigue crack, by the value of the argument r i of the function of local maxima P(r i ), corresponding to the maximum value of this function P(r i )
Для повышения точности определения периода важен выбор увеличения. Необходимо, чтобы период объекта не попадал в диапазон, соответствующий малым частотам из-за большого расстояния между периодами ri (к данным размерам будет смещаться период объекта при больших увеличениях), и не попадал в диапазон, соответствующий большим частотам (слишком малое увеличение) вследствие снижения разрешения, при котором выявляются периодичности структуры. Для определения нужного увеличения можно проводить съемку объекта при разном увеличении и для каждого увеличения использовать данный способ. Это позволит определить, при каком увеличении максимум функции находится в оптимальном диапазоне периодов. Оптимальным для данного способа является диапазон увеличения микроскопа от 1000 до 30000 крат.To improve the accuracy of determining the period, the choice of magnification is important. It is necessary that the period of the object does not fall into the range corresponding to low frequencies due to the large distance between the periods r i (the period of the object will shift to these dimensions at high magnifications), and does not fall into the range corresponding to high frequencies (too low magnification) due to reducing the resolution, which reveals the periodicity of the structure. To determine the desired magnification, you can shoot an object at different magnifications and use this method for each magnification. This will allow us to determine at what increase the maximum of the function is in the optimal range of periods. Optimum for this method is the magnification range of the microscope from 1000 to 30000 times.
Получив скорость роста трещины можно определить длительность развития трещины по следующей формулеHaving obtained the crack growth rate, we can determine the duration of crack development using the following formula
где М - количество измерений,where M is the number of measurements,
rn и dn - соответственно расстояние до очага и скорость роста трещиныr n and d n are the distance to the source and the crack growth rate, respectively
Пример. Был исследован данным способом излом разрушенного цилиндрического образца, испытанного на малоцикловую усталость при температуре 750°С (при такой температуре наблюдается окисление поверхности). Материал образцов - никелевый гранулируемый сплав ЭП741НП. Размер гранул сплава, из которого были изготовлены образцы, не превышает 140 мкм. Образцы цилиндрической формы были вырезаны из ступицы турбины высокого давления турбореактивного двигателя в осевом направлении диска. Микроструктура сплава после термической обработки представляет собой твердый раствор γ-Ni со средним размером зерна ~40 мкм, по границам зерен присутствуют крупные частицы, упрочняющей интерметаллидной γ'-фазы размером до 3 мкм.Example. This method was used to study the fracture of a destroyed cylindrical sample tested for low-cycle fatigue at a temperature of 750°C (surface oxidation is observed at this temperature). Sample material - nickel granulated alloy EP741NP. The grain size of the alloy from which the samples were made does not exceed 140 μm. Cylindrical specimens were cut from the high pressure turbine hub of a turbojet engine in the axial direction of the disk. The microstructure of the alloy after heat treatment is a solid solution of γ-Ni with an average grain size of ~40 μm, along the grain boundaries there are large particles of the strengthening intermetallic γ'-phase up to 3 μm in size.
Параметры нагружения при испытаниях образцов: форма цикла -синусоидальная; частота нагружения - 1 Гц; контролируемый параметр в процессе нагружения - размах деформации в цикле Δε = 0,6; коэффициент асимметрии цикла Rε = (εмин/εмакс) = 0.Loading parameters when testing specimens: cycle shape - sinusoidal; loading frequency - 1 Hz; the controlled parameter during loading is the range of deformation in the cycle Δε = 0.6; cycle asymmetry coefficient R ε = (ε min / ε max ) = 0.
Фиксировались координаты очага. Производился поиск участков, на которых можно наблюдать формирование усталостных бороздок. Для каждого локального участка излома фиксировались координаты, что позволило вычислить расстояние до очага, и проводилось измерение шага усталостных бороздок с помощью программы (размер которых характеризует скорость роста усталостной трещины за один цикл нагружения), фиг.7.The coordinates of the focus were fixed. A search was made for areas where the formation of fatigue grooves can be observed. For each local section of the fracture, the coordinates were fixed, which made it possible to calculate the distance to the focus, and the step of the fatigue grooves was measured using the program (the size of which characterizes the growth rate of a fatigue crack in one loading cycle), Fig.7.
На фиг.8. показан участок поверхности разрушения находящегося на расстоянии 410 мкм от очага, на которой прямоугольником выделен участок сечений, по которым проводилось измерения периода. На фиг.9 показана полученная функция Fn(r). Используя описанные выше формулы была получена функция локальных максимумов Р(ri) показанная на фиг.10 у которой максимальное значение P(ri) соответствует ri = 0,37 мкм. Следовательно, шаг усталостных бороздок равен 0,37 мкм.In Fig.8. shows a section of the fracture surface located at a distance of 410 μm from the focus, on which a section of the sections for which the period was measured was marked with a rectangle. Figure 9 shows the resulting function Fn(r). Using the formulas described above, the function of local maxima P(r i ) shown in Fig.10 was obtained, in which the maximum value of P(r i ) corresponds to r i = 0.37 μm. Therefore, the pitch of the fatigue grooves is 0.37 µm.
На фиг.11. показана участок поверхности разрушения находящегося на расстоянии 940 мкм от очага, на которой прямоугольником выделен участок сечений, по которым проводилось измерения периода. На фиг.12 показана полученная функция Fn(r), на фиг.13 функция локальных максимумов Р(ri) у которой максимальное значение Р(ri) соответствует ri = 1,39 мкм. Следовательно, шаг усталостных бороздок равен 1,39 мкм. In Fig.11. shows a section of the fracture surface located at a distance of 940 μm from the source, on which a section of the sections for which the period was measured was marked with a rectangle. Figure 12 shows the resulting function Fn(r), figure 13 is the function of local maxima P(r i ) in which the maximum value of P(r i ) corresponds to r i = 1.39 μm. Therefore, the pitch of the fatigue grooves is 1.39 µm.
Измерение шага усталостных бороздок на локальных участках излома позволило получить динамику роста усталостной трещины, где шаг усталостной бороздки равен скорости роста трещины (продвижение трещины за один цикл нагружения). На фиг.14 показана полученная динамика роста трещины.Measuring the pitch of fatigue grooves in local fracture sections made it possible to obtain the dynamics of fatigue crack growth, where the fatigue groove pitch is equal to the crack growth rate (crack advancement in one loading cycle). Figure 14 shows the resulting crack growth dynamics.
Используя полученный график роста трещины можно рассчитать количество циклов развития трещины по следующей формулеUsing the resulting crack growth graph, it is possible to calculate the number of crack development cycles using the following formula
где М - количество измерений,where M is the number of measurements,
rn и dn - соответственно расстояние до очага и скорость роста трещины Динамика роста трещины позволила оценить длительность развития разрушения и, следовательно, рассчитать живучесть которая равна 1300 циклам (фиг.15).r n and d n - respectively, the distance to the source and the rate of crack growth. The dynamics of crack growth made it possible to estimate the duration of the development of destruction and, therefore, calculate the survivability, which is equal to 1300 cycles (Fig.15).
Claims (18)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2783064C1 true RU2783064C1 (en) | 2022-11-08 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1512297A1 (en) * | 1987-03-30 | 1991-04-30 | Предприятие П/Я Г-4361 | Method of investigating fractures and structure of material in destruction zone of aluminium articles |
US5216500A (en) * | 1991-07-15 | 1993-06-01 | Rj Lee Group, Inc. | Simultaneously recording of video image and microscope stage position data |
US5277062A (en) * | 1992-06-11 | 1994-01-11 | Halliburton Company | Measuring in situ stress, induced fracture orientation, fracture distribution and spacial orientation of planar rock fabric features using computer tomography imagery of oriented core |
RU2463123C1 (en) * | 2008-10-07 | 2012-10-10 | Ниппон Стил Корпорейшн | Method and device for detecting fracture of moulded article, program and machine-readable data record medium |
RU2568075C1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-11-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Method of assessment of fractographic characteristics of fractures of sample during impact bending tests |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1512297A1 (en) * | 1987-03-30 | 1991-04-30 | Предприятие П/Я Г-4361 | Method of investigating fractures and structure of material in destruction zone of aluminium articles |
US5216500A (en) * | 1991-07-15 | 1993-06-01 | Rj Lee Group, Inc. | Simultaneously recording of video image and microscope stage position data |
US5277062A (en) * | 1992-06-11 | 1994-01-11 | Halliburton Company | Measuring in situ stress, induced fracture orientation, fracture distribution and spacial orientation of planar rock fabric features using computer tomography imagery of oriented core |
RU2463123C1 (en) * | 2008-10-07 | 2012-10-10 | Ниппон Стил Корпорейшн | Method and device for detecting fracture of moulded article, program and machine-readable data record medium |
RU2568075C1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-11-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Method of assessment of fractographic characteristics of fractures of sample during impact bending tests |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Шанявский А.А. "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций. Синергетика в инженерных приложениях", издательство "Монография", 2003 г., раздел "Фурье-фрактография", с. 206-214. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wisner et al. | In situ microscopic investigation to validate acoustic emission monitoring | |
RU2783064C1 (en) | Method for automated determination of the periodicity of the relief of fractures of destroyed materials | |
JPH10160646A (en) | Method for anticipating fatigue life of structure member | |
CN115046872B (en) | Fatigue crack real-time measuring method | |
JP2012163420A (en) | Fatigue limit identifying system and fatigue limit identifying method | |
JP5410395B2 (en) | Method and apparatus for evaluating crack growth rate of metallic material | |
KR20160038187A (en) | Method for evaluating creep damage | |
EP3712601A1 (en) | Method for measuring degree of recrystallization of zirconium alloy cladding tube for nuclear fuel by using ebsd pattern quality | |
JP3064107B2 (en) | High-temperature damage evaluation method for austenitic heat-resistant steel | |
JP3252933B2 (en) | Creep life prediction method | |
Fan et al. | Surface characteristic of corroded cold-formed thin-walled steel in industrial environments | |
JP6865569B2 (en) | Evaluation method and evaluation device for evaluating creep damage of metallic materials | |
Regrain et al. | Experimental and numerical study of creep and creep rupture behavior of PA6 | |
Kraemer et al. | Toward a Better Understanding of Crack Growth in Nickel-Cast Alloys Under Creep-Fatigue and Thermo-Mechanical Fatigue Conditions | |
JP5583489B2 (en) | Method and apparatus for evaluating damage of metal materials | |
Underhill et al. | Quantitative fractography for improved probability of detection (POD) analysis of bolt hole eddy current | |
JP3519703B2 (en) | Temperature estimation method for high temperature parts | |
RU2686877C1 (en) | Method for determination of endurance limit of steel parts and samples | |
Hector et al. | Friction stir processed AA5182-O and AA6111-T4 aluminum alloys. Part 2: Tensile properties and strain field evolution | |
Zhai et al. | Grain Boundary Damage Evolution and SCC Initiation of Cold-Worked Alloy 690 in Simulated PWR Primary Water | |
Kobayashi et al. | The relationship between fracture surface roughness and fatigue load parameters | |
RU2828237C1 (en) | Method of determining limit state of metal products | |
Hartman | Infrared damage detection system (IDDS) for real-time, small-scale damage monitoring | |
JP3064110B2 (en) | High-temperature damage evaluation method for austenitic heat-resistant steel | |
Pokrovskii et al. | Fatigue crack growth in the base metal and weld of the combustion chamber casing of an aircraft gas-turbine engine |