Рассмотрена задача, которую необходимо решить при создании образца с концентраторами механических напряжений, например, для испытания прочности материалов в условиях хрупкого, циклического и усталостного разрушения
напряжение, напряженно-деформированное состояние, испытание, образец, концентратор, прочность
Работа материала при различных видах нагружения сопровождается комбинацией сжатия - растяжения, кручения или сдвига, следовательно, критерии оценки прочности материала в очаге возможного разрушения могут существенно отличаться от нормативных. Напряжения в зоне концентраторов механических напряжений соответствуют определенному виду напряженно-деформированного состояния (НДС) [1], который характеризуется коэффициентом вида НДС. Тензометрия, а также численное моделирование полей напряжений образцов показало, что коэффициент вида НДС находится в пределах от -2 до +2.
Известно, что в условиях сжатия, одноосного растяжения, сдвига, а также при сложных видах НДС, которые являются их комбинацией, критерии прочности материала могут существенно различаться. По этой причине, вид НДС в рабочей зоне образцов, испытываемых до разрушения, должен совпадать с видом НДС в очаге его разрушения. Указанный вид НДС характеризуется коэффициентом вида НДС, определяемого отношением [2]:
где 
,
- главные напряжения в очаге разрушения образца.
Тензометрия, а также численное моделирование полей напряжений нагруженных элементов показало, что значения величины коэффициента 
в очагах разрушения конструкции лежит в диапазоне значений:
Численное моделирование значения (1) выражается коэффициентом концентрации напряжений определяется формулой:
где 
– интенсивность напряжений в точке наблюдения рабочей зоны образца; 
– номинальные эквивалентные напряжения.
Образцы [3] изготавливаются в форме пластин с U- или V-образными надрезами. Недостаток их состоит в том, что они не позволяют осуществлять расчетно-экспериментальную оценку прочности материала во всем диапазоне измерения (2). Дисковый образец для оценки конструкционной прочности материала при сложном НДС [4] испытывают приложением нагрузки, направленной перпендикулярно к его плоской поверхности в центре. Поэтому контактное воздействие влияет на характер распределения напряжений в зоне концентратора, искажающие результаты испытания, а отсутствие в образце концентраторов механических напряжений различной формы и конфигурации снижает возможности его применения. Было бы предпочтительным использование образцов, испытываемых комплексом нагрузок с повышенным уровнем напряжений, возникающих вблизи конструктивных неоднородностей (отверстий, выступов, пазов и т. п.), которые создают сложное НС.
Поставлена задача создания образца для оценки прочности материалов при нагружении статическими и знакопеременными нагрузками и их сочетанием: растяжения-сжатия; изгиба; кручения; устойчивости при сжатии и др., то есть образца, который позволил бы расширить диапазон измерения коэффициента вида НДС без изменения положения образца в испытательной машине в процессе испытания. Методы испытания таких образцов следовало бы выбирать в зависимости от конфигурации, размеров, ориентации, количества, геометрического места точек расположения концентраторов на образце для достижения определенного вида НДС, которое характеризовалось бы значениями коэффициента жесткости в диапазоне 0,2<k<0,8 и значениями коэффициента вида НДС в интервале от -2 до +2.
1. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. - М.: Машиностроение, 1985. - 224 с.
2. Смирнов-Аляев Г.А. Механические основы пластической обработки металлов. Инженерные методы. - Л.: Машиностроение, 1968. - 272 с.
3. ГОСТ 25.506-85. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определения характеристик трещиностойкости при статическом нагружении. Сб. стандартов. - М.: Стандартинформ, 2005.
4. Патент № 2734276 Российская Федерация, МПК G01N 1/28,G01N 3/02 (2006.01). Дисковый образец для оценки конструкционной прочности материала: № 2019133638: заявл.22.10.2019: опубл. 14.10.2020 / Цвик Л.Б., Зеньков Е.В., Бочаров И.С. и др.: заявитель ФГБОУ ВО ИрГУПС. – 10 с.
