Eksperimentalno određivanje dinamičkih parametara mehanike loma primenom tehnike magnetne emisije

Abstract

Eksperimentalna istraživanja su povezana sa pravilnom procenom otpornosti na lom u uslovima dinamičkih opterećenja i imaju ogroman značaj na širem polju problema, od primene u inženjerskim konstrukcijama pa do procene integriteta komponenata elektrana. Razmatrana je činjenica da ne postoje standardne procedure za dinamička ispitivanja epruveta sa zamornom prslinom, te su dinamički parametri mehanike loma određeni pri srednjim brzinama opterećivanja, primenom tehnika magnetne emisije i potencijalnog pada, na instrumentiranoj mašini za ispitivanje, korišćenjem standardnih Šarpi epruveta sa zamornom prslinom. Karakterizacija ponašanja duktilnog feritnog čelika pri dinamičkom lomu, zasniva se na određivanju dinamičke žilavosti loma (KId ili JId) u specifičnim uslovima ispitivanja loma: cepanje; duktilni lom; i lom mešovitog tipa. Usled specifičnih osobina ispitivanog materijala, uslovi određenog tipa loma se generišu izborom temperature ispitivanja i brzine opterećivanja. Dopunsko variranje parametara ispitivanja uključilo je orijentaciju teksture uzorka, kao i širok raspon dužina zamorne prsline. Trenutak inicijacije duktilnog razvoja prsline je detektovan analizom zavisnosti magnetna emisija–vreme i integrisana magnetna emisija–vreme, radi određivanja parametara na bazi energetskih kriterijuma. Novina u primenjenim ispitivanjima je simultano merenje tehnikama magnetne emisije i potencijalnog pada, radi određivanja kritičnih osobina inicijacije prsline na epruvetama za savijanje u tri tačke, na sobnoj temperaturi. Upoređivanjem dobijenih rezultata ispitivanja uzoraka od niskolegiranog čelika povišene čvrstoće, određeni su kritični parametri mehanike loma pri otpočinjanju duktilnog razvoja prsline. Kvalitativni i kvantitativni opis dinamičkih parametara mehanike loma (KId, KJc, KJi, JId, dKId/da, dJId/da), u funkciji početne dužine prsline i početne energije (brzine opterećivanja i temperature) poboljšava model ponašanja loma.

Experimental research is connected to proper assessment of resistance to fracture in conditions of dynamic loads, and is essential to a wide range of problems from structural engineering applications to power plant integrity assessments. The fact that there are no standard procedures for dynamic testing of precracked specimens is considered, and dynamic fracture mechanics parameters are evaluated at intermediate loading rates by applying the magnetic emission and potential drop techniques on instrumented testing machine, and by using standard precracked Charpy specimens. Characterization of ductile ferritic steel behaviour upon dynamic fracture is based on determination of dynamic fracture toughness (KId or JId) in specific testing cases of cleavage, ductile, and mixed mode fracture. Due to specific properties of the tested material, cases of fracture modes are generated by choice of testing temperature and loading rate. Additional variation of testing parameters included specimen texture orientation and a wide range of precracked lengths. The onset of ductile crack initiation is detected on magnetic emission–time and integrated magnetic emission–time curves, from which energy-based parameters are determined. Novel testing features include simultaneous measurements of magnetic emission and potential drop techniques in order to determine critical crack initiation properties of precracked three-point bending specimens at room temperature. The results for high strength low-alloyed steel specimens were compared for determination of critical fracture mechanics parameters upon the onset of ductile crack growth. The qualitative and quantitative description of dynamic fracture mechanics parameters (KId, KJc, KJi, JId, dKId/da, dJId/da) as a function of initial crack length and initial energy (load rate and temperature) enhances the model of fracture behaviour.