ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Схематизация и типизация режимов термомеханической нагруженности материала и элементов конструкций из "Малоцикловая усталость при неизотермическом нагружении " В развитии циклического деформирования при иейзотермиче-ском нагружении в силу специфики эксплуатационных режимов и конструктивных особенностей детали весьма существенна роль циклических термических напряжений [6, 29, 72, 100], которые усиливают повреждающий эффект, действуя совместно с напряжениями от механической циклической нагрузки, вызывая в ряде случаев деформирование за пределами упругости. Последний вид неизотермического нагружения наблюдается в поверхностных объемах деталей машин вследствие малой теплопроводности теплостойких сталей и жаропрочных сплавов, их высокого коэффициента линейного расширения и больших скоростей нагрева и охлаждения агрегатов и оборудования. [c.34] Повторное действие нагревов и охлаждений деталей машин, вызывающих в каждом цикле термические напряжения, совпадает, как правило, с пусками и остановами агрегатов и оборудования и ограничивается в большинстве случаев малым числом циклов. [c.34] Малоцикловое разрушение рассматриваемого вида, таким образом, определяется режимом циклов нагрузки и температуры, при этом вид разрушения может быть чисто усталостный, или ква-зистатический (длительный статический), а также промежуточный с признаками усталостного и длительного статического типа разрушения в завпсимости от соотношения основных факторов формы и длительности цикла деформирования и нагрева, максимальной температуры, амплитуды циклической упругопластической деформации [107]. Одновременное действие на детали машин циклически изменяющихся нагрузок и температур в общем случае может быть совершенно произвольным и нестационарным. Максимальные значения температуры и нагрузок могут совпадать во времени, действовать со сдвигом по фазе, или частота приложения нагрузки может быть отличной от частоты изменения температуры. [c.35] Причины, вызывающие циклическую нагрузку, также различнрл они либо вытекают из условий обеспечения заданного процесса в машине (например, периодическое изменение давления и температуры в котле реактора [2Ь, 85], двигателя внутреннего сгорания [106]), либо определяются характером преобразования одного вида энергии в другой. [c.35] Предельное состояние материала при неизотермическом нагружении зависит от многих факторов, особенно от режимов изменения напряжений и температур. Все многообразие сочетаний циклически действующих напряжений и температур практически невозможно реализовать при составлении программ испытания материалов или учесть в расчетах деталей машин на неизотермическую малоцикловую прочность. В связи с этим целесообразно выделить наиболее типичные сочетания режимов изменения циклических напряжений (силовых, термических или суммарных) и температур. Из анализа эксплуатационной нагруженности конструктивных элементов можно выделить следующие основные режимы термомеха-нического циклического нагружения (рис. 1,19). [c.35] Режимы, показанные на рис. 1.19, а, д, сопровождаются циклическим характером изменения напряжений или уиругопластиче-ских деформаций при постоянной температуре без выдержки (а — г, и) или с выдержкой (д — з) под нагрузкой в полуцикле растяжения или сжатия, либо в обоих полуциклах. Процесс накопления предельных повреждений и разрушения в этом случае определяется как изотермическая малоцикловая усталость. [c.35] Режимы (рис. 1.19, б, е) без выдержки и с выдержкой отражают сочетание напряжений и температур,- когда в полуцикле нагрева происходит растяжение, а в полуцикле охлаждения — сжатие. При этом соблюдается соответствие экстремальных значений нагрузок и температур, синфазность и синхронность циклов нагружения и нагрева. Широко варьируется время цикла и, в частности, выдержки как при максимальной, так и при минимальной температуре термического цикла. [c.35] Формирование предельного состояния материала в опасных зонах детали (как правило, зоны концентрации напряжений) в большой степени зависит от режима малоциклового упругопластического деформирования материала, протекающего в общем случае при переменных температурах. [c.38] При инженерных расчетах на прочность процесс нестационарного нагружения, как правило, сводится к сумме стационарных, определяемых в результате соответствующей схематизации нестационарного нагружения. При этом стационарные режимы играют роль базовых. [c.38] Для опасных зон конструктивных элементов, по-видимому, наиболее типичным следует считать режим нагружения, когда характерные параметры процесса не остаются постоянными (5( )=var, e ) = var) вследствие упрочнения или разупрочнения материала и условий нагружения, сопровождающихся реологическими явлениями. Значения параметров процесса унругопластического деформирования могут уменьшаться или возрастать по числу циклов и во времени (см. рис. 1.20, а). [c.39] Характерно, что при внешней стационарности теплового и механического нагружения в опасных зонах конструктивных элементов циклическое унруголластическое деформирование, как правило, протекает нестационарно с реализацией промежуточного (между мягким и жестким) режима нагружения, при этом вариантов нагружения может быть множество, с разной степенью проявления внутренней нестационариости. [c.39] Из рассмотрения эксплуатационной нагруженностн следует, что типичными примерами злементов конструкций, в которых реализуется режим нагружения, показанный на рис. 1.20, а, являются турбинные диски, элементы паропровода, котлы высокого давления теплоэнергетического оборудования, кромки и перемычки охлаждаемых лопаток, зоны концентрации диска газотурбинных двигателей и др. [c.39] Экстремальные режимы нагружения (мягкий и жесткий) реализуются менее часто и при соблюдении особых условий. Близкий к жесткому режим имеет место, например, в зонах резкой концентрации напряжений [17] (пазы диска турбины [10, 22, 43], кромки водовпускных отверстий паровых котлов [32, 33, 98]) в связи с тем, что размеры этих зон существенно малы по сравнению с размерами окружающих объемов детали, деформирующихся в целом упруго. Другим примером такой реализации является деформирование поверхностных объемов детали при интенсивном тепловом воздействии и умеренной интеисивности циклического процесса теплообмена (корпуса турбин с рабочим телом высоких параметров н др.). Режимы нагружения, близкие к мягкому, могут встречаться в элементах машин и конструкций, в которых весьма высоки механические и термические напрял ения, в результате чего возможно накопление односторонних циклических деформаций как в зонах концентрации, так и в зонах с номинальными напряжениями (оболочки тепловыделяющих элементов атомных реакторов, ковши металлургического оборудования, диски турбин при экстремальных режимах форсированных испытаний). [c.39] В экстремальных по тёмпературам и напряжениям условиях малоциклового нагружения в ряде конструктивных элементов или отдельных максимально напряженных зон теплоэнергетического и металлургического оборудования, газотурбинных двигателей, в элементах транспортного и химического мацщностроения и др. возможны режимы упругопластического деформирования по схемам нагружения, близкого как к жесткому (см. рис. 1.19, а и б), так и мягкому (рис. 1.19, в). [c.40] Вернуться к основной статье