Циклическом нагружении
3.1. Построение диаграмм циклического разрушения
Приведенные в п. 3.1 данные позволяют рассчитать запасы по предельным нагрузкам пРр и долговечности nNp на стадии роста трещин аналогично тому, как это делалось на стадии образования трещин циклического разрушения (см. гл. 2). С учетом уравнений (0.1)-(0.8), (1.280) и п. 2.3
Если конструкции рассчитывают по двум стадиям циклического разрушения (до образования трещин и ее развития), то общая долговечность Nc (число циклов до полного разрушения)
Полученные значения Л.К{ и АК1е используют для определения (рис. 3.14, б) скоростей развития трещин соответственно по уравнениям (3.7) и (3.9). Важное значение имеет то обстоятельство, что по уравнению типа (3.9) линейной механики циклического разрушения Пэриса при повышенных значениях напряжений в зонах разрушения получают заниженные скорости роста трещин. Интегрирование (аналитическое или численное) уравнения (3.9) для скорости роста трещины позволяет построить зависимость длины трещины / от числа циклов нагружения N (рис. 3.14, а). Окончательное разрушение происходит при длине трещины /с, соответствующей моменту достижения критического значения коэффициента интенсивности деформаций. При этом определяется число циклов Np на стадии развития трещины; при известном числе циклов JV0 до образования трещины по уравнению (3.41) определяют общую долговечность Nc. Проведение аналогичных расчетов для усилий Р или номинальных напряжений сг„ позволяет построить (рис. 3.14, в) диаграмму циклического разрушения а„ - N (кривая / для стадии образования, кривая 2 для стадии окончательного разрушения). Интервал между кривыми 7 и 2 определяет живучесть элемента конструкции на стадии развития трещины. По числам циклов JV0 и Np для заданного номинального напряжения ст^ и запасам nNo и nNp по уравнениям п. 2.3 устанавливают допускаемые числа циклов [JV0] и [Np]. По числу циклов Np и
Изложенные выше методы определения прочности, ресурса и трещиностойкости по деформационным критериям статического и циклического разрушения были использованы для наиболее ответственных конструкций ядерной, ракетно-космической, авиационной техники. При этом в расчетах использовались условные упругие напряжения а*, равные произведению деформаций на модуль упругости при соответствующей температуре эксплуатации. Применение деформационных критериев разрушения для определения прочности и остаточного ресурса на стадии развития трещин остается пока весьма ограниченным и требует дальнейших разработок в области оценки кинетики напряженно-деформированных и предельных состояний в нелинейной постановке.
Сопротивление образованию и развитию трещин циклического нагружения в общем случае зависит от циклических свойств металла, режима нагружения и размеров трещин. В гл. 2 рассмотрены кинетические особенности процессов упругопластического деформирования и деформационные критерии циклического разрушения с учетом циклических свойств в связи с анализом условий образования трещин в зонах концентрации напряжений при комнатной температуре. Условия распространения трещин циклического разрушения при комнатной температуре с учетом кинетики пластических деформаций в их вершине рассмотрены в главах 1-3. В них показано, что долговечность на стадии образования трещин в зонах концентрации напряжений рассчитывается по значениям амплитуд и односторонне накапливаемых местных деформаций с использованием условия линейного суммирования квазистатических и усталостных малоцикловых повреждений. Скорости распространения трещин малоциклового нагружения и долговечность на стадии окончательного разрушения вычисляются по значениям размахов коэффициентов интенсивности деформаций и предельной пластической деформации в вершине трещины.
На начальном этапе (1970-е годы) исследования выполнялись под руководством академика АН УССР С.В. Серенсена и доктора технических наук, профессора P.M. Шнейдеровича. Наибольшее внимание уделялось исследованию уравнений состояния различных по своей основе конструкционных материалов — сталей (малоуглеродистых, низколегированных, аустенитных, термостойких), алюминиевых и медных сплавов, жаропрочных сплавов. Эти исследования имели фундаментальные постановку и являлись опережающими в мировой науке того времени (в США, Англии, Японии основное внимание продолжало уделяться формированию уравнений для описания циклического разрушения). Кинетические уравнения состояния, получившие всестороннее изучение и распространенные на начальные и предельные стадии деформирования, вошли в инженерную практику расчетов на стадиях проектирования энергетического оборудования, авиационной и атомной техники. В дальнейшем центр исследований был перенесен на обоснование критериев статической и циклической механики разрушения с использованием кинетических деформационных подходов.
3.1. Построение диаграмм циклического разрушения ........ 196
2. Разработка расчетно-экспериментальных вероятностных методов оценки рассеяния характеристик циклического разрушения на основе исследования статистических закономерностей образования и развития трещин малоцикловой усталости в зонах конструктивной концентрации напряжений в условиях механических и тепловых нагрузок.
Рис. 14.2. Кривые циклического разрушения и расчетные кривые допускаемых деформаций и долговечности.
разования трещин циклического разрушения. С учетом уравнений (14.5)
Катастрофы складки встречаются во многих вопросах науки и техники. По-видимому, наиболее простая механическая модель—, это арка, изображенная на рис. 12. Здесь первоначально прямая упругая полоска из стали удерживается в форме пологой арки горизонтальной упругой пружиной. Под действием груза, прочно прикрепленного в вершине, арка может перескочить в положение равновесия, зеркально отраженное относительно начального положения равновесия, как показано на рисунке. Причем при медленном циклическом нагружении арка проходит замкнутую петлю гистерезиса.
Возможные диаграммы а—е, реализуемые при циклическом нагружении, показаны на рис. 11.38, где номера линий соответствуют: 1 - начальной упругости, 2 и 3 - динамической текучести с превышением статического предела текучести, 4 -упругой разгрузке в диапазоне ст <О7, 5 - упругому повторному нагр ужению.
Испытаниями на усталость при циклических нагрузках определяют предел выносливости материала. При высокочастотном нагружении и большом числе циклов (обычная усталость) повреждения накапливаются параллельно с повреждениями от ползучести. При сравнительно медленном циклическом нагружении и небольшом числе циклов (несколько сотен или тысяч) при достаточно высоких напряжениях накопление повреждений, в основном, является следствием ползучести (малоцикловая усталость).
где R = /fmax/^min - отношение максимального и минимального коэффициентов интенсивности напряжений в вершине трещины, возникающей при циклическом нагружении.
Осреднение параметров на базе Л„ циклов дает среднее число импульсов в цикле (средний суммарный счет АЭ в цикле) или среднюю активность (среднюю скорость счета) АЭ при циклическом нагружении
В /313/ приведены результаты циклических испытаний цилиндрических сосудов давления с размерами: длина 3 м, диаметр 0,5 м, толщина стенки 25 мм. Каждый сосуд имел по образующей концентратор напряжений: прямоугольный паз шириной 16 мм, глубиной 7,5 мм и длиной 2500 мм (рис. 13.14). Испытания проводились при циклическом нагружении гидравлическим давлением с измерением четырьмя преобразователями АЭ,
Катастрофы складки встречаются во многих вопросах науки и техники. По-видимому, наиболее простая механическая модель — это арка, изображенная на рис. 12. Здесь первоначально прямая упругая полоска из стали удерживается в форме пологой арки горизонтальной упругой пружиной. Под действием груза, прочно прикрепленного в вершине, арка может перескочить в положение равновесия, зеркально отраженное относительно начального положения равновесия, как показано на рисунке. Причем при медленном циклическом нагружении арка проходит замкнутую петлю гистерезиса.
Характер зависимости нагрузка-деформация при циклическом нагружении колец исследован при циклическом деформировании (5 циклов) с шагом 0,5 мм до достижении деформации в 4 мм. При этом выявлен гистерезис - наибольший в первом цикле, с явно выраженным участком пластической (необратимой) деформации. При последующих нагружениях колец цикл полностью стабилизируется, указывая на достаточный запас их упругости. В ка-
честве примера приведены зависимости нагрузка-деформация при циклическом нагружении для наружного кольца кампании 172 (рисунок 3) и установочной партии (рисунок 4).
В монографии представлены результаты многолетних исследований автора. В первой части изложены основные закономерности деформирования и разрушения при однократном, мало-, много цикловом, длительном статическом и длительном циклическом нагружении. В качестве базовых использованы деформационные критерии разрушения. Отмечена важность детального анализа перераспределения упругих и упругопластических деформаций в зонах концентрации напряжений и в зонах трещин. Достижение предельных состояний определяется по условиям линейного суммирования квазистатических и усталостных повреждений. При оценках прочности и ресурса учтено действие поверхностных контактных нагрузок и влияние среды.
Приведенные выше данные о коэффициентах концентрации деформаций и напряжений можно использовать для приближенной оценки кинетики полей деформаций в зонах концентрации при статическом и циклическом нагружении [18]. Теоретические коэффициенты концентрации в упругой области а а , коэффициенты концентрации деформаций Ке и напряжений К0 в упругопластической области в уравнениях (1.57)-(1.64) характеризуются отношениями интенсив-ностей максимальных местных деформаций или напряжений к интенсивности номинальных деформаций и напряжений. Для других точек в зонах концентрации интенсивности местных деформаций и напряжений получаются меньше, чем в наиболее напряженных точках (с максимальными местными деформациями и напряжениями). Если для данной р-точки при упругих деформациях ввести в рассмотрение отношение интенсивности местных упругих деформаций вр и напряжений ар к интенсивности номинальных деформаций ён и напряжений ан , то можно получить значения, аналогичные теоретическим коэффициентам концентрации деформаций и напряжений:
 Читайте далее:
 Целесообразно использовать
Целесообразно проводить
Циферблате манометра
Циклически разупрочняющихся
Целесообразно пользоваться
Цилиндрический резервуар
Цилиндрическими электродами
Цилиндров компрессоров
Целесообразно применение
Целесообразность применения
Цементным раствором
|
