Исследование возможности упрочнения стекла лазерным излучением, страница 16

Далее следует произвести нагружение до разрушения образца и зафиксировать разрушающую нагрузку.

После проведения испытания образца необходимо убрать его остатки и очистить опоры от стеклянной пыли щеткой.

     Методика измерения предела прочности стекла при центрально–симметричном изгибе

Методика измерения предела прочности стекла при центрально–симметричном изгибе испытывает прочность поверхности стекла.

Объектом испытаний является стеклопластины с фаской, полученной с помощью лазерного излучения .

Целью испытания является определение предела прочности стекла по результатам разрушения образцов, свободно лежащих на кольцевой опоре, силой, приложений в центральной части образцов нагружающим пуансоном, в условиях кратковременного статического нагружения.

Метод центрально-симметричного изгиба применяется для определения "поверхностной" прочности стекла, т.е. исключает влияние поврежденного края образца на прочность хрупкого материала.

Настоящая методика предназначена для определения предела прочности по результатам испытаний образцов из стекла при кратковременном статическом нагружении методом центрально-симметрического изгиба. Схема проведения испытаний приведена на рис 2.18.

Кратковременное нагружение характеризуется временем от начала нагружения до разрушения образца в пределах (1 - 30)˚С и скоростью перемещения нагружающего устройства в пределах (1 - 10) мм/мин.

За величину прочности стеклянного образца при центрально-симметричном изгибе принимаем расчетное значение радиального напряжения растяжения, возникающего на поверхности, ограниченной кольцевым пуансоном, как показано на рис. 3.4. Формула для расчета имеет вид:

,                (2,6)

где  Р - величина изгибающей силы, Н (кгс);

h - толщина образца, М (мм);

μ - коэффициент Пуассона;

a - радиус опоры, М (мм);

r₀ - радиус нагружающего пуансона, М (мм);

2b - длина стороны образца, М (мм).

Под пределом прочности стекла при центрально-симметричном изгибе понимается величина максимальных напряжений, возникающих в образце при разрушении, которая может быть расчитана по формуле2.6.

Если выполняются соотношения:

r₀ ≈ 2h; a ≈ 4h; 2b ≈ 20h; b - a ≥ 6h, то расчетная формула 6.15. имеет вид:

               1

r₀                      r₀                                              4

2

3

a                          a

b                                                                    b

Рис. 2,18.  Схема испытаний на центрально-симметричный изгиб. 1- пуансон; 2-образец; 3-опора; 4-липкая лента.

По своему физическому смыслу предел прочности не является величиной постоянной, а представляет собой статистическую величину, зависящую от многих факторов: формы и размеров образцов, состояния поверхности, времени действия прикладываемых нагрузок, вида напряженного состояния; реализуемого в испытаниях, температуры окружающей среды и т.д. Поэтому прочность хрупкого материала не может быть оценена одним числом. Необходимо получить распределение характеристик прочности по повторным испытаниям одинаковых образцов.

Значения предела прочности стекла, полученные в результате механических испытаний образцов на изгиб, имеют большой разброс, что приводит к необходимости применения статистических методов при определении прочности. При этом значения σ_1, σ_j,…,σ_n прочности n испытанных образцов считаются выборкой случайной величины σ. Для описания случайной величины может использоваться среднее значение выборки. При этом, однако, происходит потеря информации о значениях прочности меньших σ_ср, которые играют очень важную роль в хрупкой прочности.

Другой подход к описанию прочности стекла состоит в определении вероятности разрушения образца при прочности, меньшей некоторого заданного значения - построении гистограммы функции распределения значений прочности и ее аппроксимации теоретической функцией распределения с известными свойствами. Для получения гистограммы функции распределения выборка случайной величины упорядочивается по возрастанию (строится вариационный ряд). Вероятность разрушения образца при напряжении меньше или равным равна .