pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTUpimi-222Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ НА УСТАЛОСТЬ С ПОМОЩЬЮ БИГАРМОНИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯLABORATORY SETTING FOR TESTS OF STANDARDS ON TIREDNESS BY MEANS OF BIHARMONIC LADENINGБуськоВ. Н.BuskoV. N.

Адрес для переписки: Бусько В.Н. Институт прикладной физики НАН Беларуси, ул. Академическая, 16, 220072, г. Минск, Беларусь e-mail:busko@iaph.bas-net.by

Address for correspondence: Busko V.N. Institute of Applied Physics National Academy of Sciences of Belarus, Akademicheskaya str., 16, 220072, Minsk, Belarus e-mail:busko@iaph.bas-net.by

busko@iaph.bas-net.byИнститут прикладной физики НАН БеларусиБеларусьInstitute of Applied Physics of the NAS of BelarusBelarus20150912201562181187Copyright © Бусько В.Н., 20152015Бусько В.Н.Busko V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/222

Ситуация, когда металл конструкции подвергается одновременному воздействию двух и более источников простых напряжений широко распространена в машиностроении, авиастроении, строительстве. Усталостная долговечность материала в результате бигармонического нагружения, в 1,5–4 раза ниже, чем одночастотном. В отличие от одночастотного при бигармоническом нагружении за счет интенсификации процесса накопления усталостных повреждений происходит ускоренное наступление процесса разрушения конструкции. Процесс накопления усталостной повреждаемости в материале при бигармоническом нагружении отражает более близкую к реальности ситуацию в конструкции. Цель работы ‒ создание эффективной малогабаритной установки для испытаний и исследований на усталость. Для решения поставленных задач разработана и изготовлена лабораторная установка для испытания и исследования ферромагнитных образцов на усталость при изгибе. При исследованиях использовался магнитный метод эффекта Баркгаузена. В работе представлена конструкция установки, подробно описан принцип действия, а также приведены основные технические характеристики. Принцип работы основан на использовании бигармонического нагружения на оба конца образца с использованием двух электродвигателей и двух специальных силовозбудителей в виде подшипников качения. Установка и методика испытаний образцов путем независимого регулирования двухчастотных циклических нагружений позволяет моделировать состояние исследуемого образца, приближенного к реальным условиям работы конструкции. Установка позволяет более детально исследовать трещиностойкость материала, стадии распространения усталостных трещин, выявлять новые закономерности развития процесса усталости. В отличие от аналогов установка имеет малые размеры и вес (длина образцов – до 0,2 м; ширина – 0,13 м; высота – 0,25 м; вес – 12 кг) и позволяет повысить производительность и достоверность испытаний в 1,5–2 раза. 

The situation when the metal structure is subjected to the simultaneous impact of two or more sources of simple stress is common in mechanical engineering, aviation and civil engineering. The fatigue life of the material by the impact of Biharmonic loading is 1.5‒4 times lower than in single-frequency operation loading. Unlike the single-frequency loading under Biharmonic loading degradation of the material is accelerated because of the intensification of the process of fatigue damage accumulation. Description of the process of damage accumulation of fatigue in the material under biharmonic loading is closer to the real situation. The aim of the workis ‒ to create an effective setting for testing of ferromagnetic samples for fatigue and durability. To achieve the objectives small-sized laboratory facility for testing ferromagnetic sample flexural fatigue developed and produced. Studies have been conducted using the method of magnetic Barkhausen effect. The article describes the design and its basic characteristics, as well as the basic technical characteristics the sample. The principle of operation is based on the bi-harmonic load acting on both ends of the sample. The device use two electric motors with two special agents of power, based on the use of rolling bearings. Installation and testing of samples by the method of independent regulation of dual-frequency cyclic loading allows to simulate the condition of the test sample in the approximation to the real working conditions. This allows a detailed investigation of fracture toughness of the material, the stages of fatigue crack propagation and identify new patterns of development of fatigue. Unlike analog unit has small dimensions and weight (the length of the sample does not exceed 20 cm, width – 13 cm, height – 25 cm, weight of the unit is 12 kg). Use of the setting can improve performance and reliability of tests in two times.

бигармоническое (двухчастотное) нагружениеизгибные напряженияциклированиеусталостьмагнитный шумbiharmonic (twofrequency)lоadingflexural tensionscyclingfatiguemagnetic Barkhausen NoiseReferencesТерентьев, В.Ф. Усталость металлических материалов / В.Ф. Терентьев. – М. : Наука, 2003. – 254 с.Теrentiev V.F. Ustalost’ metallicheskikh materialov [Fatigue of metal materials]. Moscow, Nauka Publ., 2003, 254 p. (in Russian).Воробьев, А.З. Сопротивление усталости элементов конструкций / А.З. Воробьев, Б.И. Олькин, В.Н. Стебенев. – М. : Машиностроение, 1990. – 240 с.Vorobiov А.Z, Оlkin B.I., Sтеbenev V.N. Soprotivleniye ustalosti elementov konstrukcij [Fatigue resistance of structural elements]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 1990, 240 p. (in Russian).Патент РФ 1826031А1, МПК G 01N3/32. Установка для испытания образцов при двухчастотном нагружении / М.Е. Колотников, В.А. Солянников // БИ. – № 25. – 07.07.1993.Коlоtniкоv М.Е., Sоliannikov V.А. Ustanovka dlia ispytanij obrazcov pri dvukhchastotnom nagruczeniyi [Installation for testing samples at two-frequency loading]. Patent RU no. 1826031А1, IPC G 01N3/32. Bulletin of inventions, no. 25, 07.07.1993.Махутов, Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. Ч. 2 / Н.А. Махутов. – Новосибирск : Наука, 2005. – 610 с.Makhutov N.A. Konstrukcionnaya prochnost’, resurs i tekhnogennaya bezopasnost’. Chast’ 2 [Structural strength, resources and technological safety. Part 2], Nоvоsibirsk, Nauka Publ., 2005, 610 p. (in Russian).Патент РФ 2115910, МПК G 01N3/32. Установка для испытания образцов при двухчастотном нагружении / М.Е. Колотников, В.А. Солянников. – 20.07.1998.Коlоtniкоv М.Е., Sоliannikov V.А. Ustanovka dlia ispytaniya obrazcov pri dvukhchastotnom nagruczeniyi [Installation for testing samples at two-frequency loading]. Patent RU no. 2115910, IPC G 01N3/32, 20.07.1998.Патент РФ 2047134, МПК G 01N3/20. Установка для испытаний образцов на изгиб / Е.В. Лодус // БИ. – № 4. – 27.10.1995.Lоdus Е.V. Ustanovka dlia ispytanij obrazcov na izgib [Installation for testing of samples for bending]. Patent RU no. 2047134, IPK G 01N3/20. Bulletin of inventions, no. 4. 27.10.1995.А.с. СССР 1259145, МПК G 01N3/32. Установка для испытаний на усталость при бигармоническом воздействии / В.М. Филонов, В.П. Руденко, К.Б. Кацов // БИ. – № 3. – 23.01.1987.Filonov V.М., Rudenko V.P., Каcоv К.B. Ustanovka dlia ispytanij pri bigarmonicheskom vozdejstvii [Installation for testing testing on the effects of fatigue under Biharmonic impact]. USSR Author’s Certificate no 1259145, IPC G01N3/32. Bulletin of inventions, № 3, 23.01.1987.Benasciutti, D. Spectral methods for lifetime prediction under wideband stationary random processes / D. Benasciutti, R. Tovo // Int J Fatigue. – 2005. – № 27(8). – P. 867–877.Benasciutti D., Tovo R. Spectral methods for lifetime prediction under wideband stationary random processes. Int J Fatigue, 2005, no. 27(8), pp. 867‒877.Benasciutti D. On fatigue cycle distribution in nonstationary switching loadings with Markov chain structure / D. Benasciutti, R. Tovo // Prob Eng Mech. – 2010. – № 25. – P. 406–418.Benasciutti D., Tovo R. On fatigue cycle distribution in non-stationary switching loadings with Markov chain structure. Prob Eng Mech, 2010, no. 25, pp. 406‒418.Бусько, В.Н. Лабораторная установка для исследования усталостной повреждаемости плоских ферромагнитных образцов / В.Н. Бусько // Приборы и техника эксперимента. – 2011. – № 1. – С. 165–167.Busko V.N. Laboratory unit for investigating fatigue of damage to the plane of the ferromagnetic sample. Russian Journal «Instruments and Experimental Techniques», 2011, no. 1, pp. 165‒167.Патент РБ 5248, МПК G 01N3/32, G 01N27/30. Устройство для испытания плоских образцов на усталость / В.Н. Бусько, В.Л. Венгринович, А.Г. Довгялло; заявитель – ГНУ «ИПФ НАН Беларуси» // Оф. Бюлл. – 2009.– № 2. – С. 202–203.Busko V.N., Vengrinovich V.L., Dovgiallo А.G. Ustrojstvo dlia ispytanij ploskikh obrazcov na ustalost’ [The device for testing flat samples fatigue]. Patent BY № 5248, IPC G01N3/32, G 01N27/30. The applicant ‒ «IAP National Academy of Sciences of Belarus» NASB. Official Bulletin, 2009, no. 2, pp. 202‒203.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.