ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Малоцикловая прочность при различных формах цикла нагружения и нагрева из "Малоцикловая усталость при неизотермическом нагружении " Повреждаемость материала при малоцикловом нагружении. При длительном пребывании элементов конструкций в условиях высоких температур и циклических силовых воздействий, вызывающих пластические дефо шации, изменяются механические характеристики и структура конструкционного материала. Процесс сопровождается накоплением необратимых изменений (повреждений) в материале, критическое значение которых определяет достижение предельного состояния конструктивного элемента по условиям прочности. [c.41] Одним из основных направлений в области изучения закономерностей разрушения при малоцикловом (в том числе неизотермическом) нагружении при высоких, постоянных и переменных температурах является использование представлений о повреждаемости материала [8, 15, 28—31, 54, 64, 73, 80, 85, 100, 122, 124, 135] и установление критериальных зависимостей (уравнений). Повреждаемость материала при малоцикловом нагружении есть приводящий к разрущению (образованию трещины) процесс необратимых изменений, протекающий в материале детали под действием переменных напряжений и деформаций. Наряду с отмеченными факторами, на скорость накопления и вид необратимых изменений в материале влияет форма (частота, длительность, выдержка) температурного цикла. [c.41] Конкретным проявлением процесса накопления повреждений являются необратимые изменения структуры материала [29, 75, 109] в результате сдвиговых процессов внутри зерен (образования двойников, дробления зерен, разрыхления и образования пустот, изменения упрочняющих фаз, деформации ио границам зерен и образования субмикроскопических разрывов и др.) и механическое повреждение объема поверхностного слоя и поверхности детали под действием эксплуатационных факторов. [c.41] Не установлены устойчивые корреляционные связи между характерными параметрами этих внутренних процессов с параметрами внешнего термомеханического нагружения. Действие необратимых изменений (повреждений) в материале, накопленных к определенному моменту выработки ресурса, проявляется в интегральной форме. [c.42] Нанример, снижаются значения основных характеристик кратковременной и длительной прочности, ползучести, пластичности и сопротивления малоцикловой усталости, а также изменяются физические характеристики материала (удельное электрическое сопротивление, акустическая эмиссия и др.). Изменения таких характеристик могут служить косвенной м рой поврежденности и предельного накопленного повреждения материала. [c.42] Практически все существующие модели накопления повреждений базируются па феноменологических представлениях. Повреждаемость материала оценивают с помощью параметров, описывающих поведение материала на основе методов механики деформируемого тела применительно к рассматриваемому режиму термомеханического нагружения. [c.42] Важнейшими параметрами, характеризующими степень воздействия внешнего малоциклового термомеханического нагружения на повреждаемость, являются размах упругопластической пластической s / деформации в цикле, односторонне накопленная деформация, максимальная температура цикла нагрева Т max, длительность циклов нагружения и нагрева /ц (в том числе и длительность выдержки нагрузки или температуры), а также общая суммарная длительность процесса (число циклов или время г = Л //ц). Кроме того, существенную роль играет изменение деформационной способности или располагаемой пластичности материала, что характеризует деформации (односторонне накопленные и н.иклические), которые может выдержать материал перед разрушением (образованием макротрещины). [c.42] В общем случае процесс малоциклового, длительного малоцик-лозого и неизотермического деформирования протекает в условиях циклических реверсивных, а также односторонне накопленных деформаций. В зависимости от соотношения интенсивностей накоп-.ления материалом повреждений от циклических и односторонних деформаций разрушение может носить квазистатический (длительный статический), усталостный или переходный характер разрушения. [c.42] Квазистатические малоцикловые разрушения сопровождаются накоплением односторонних деформаций, значения которых близки к разрушающим деформациям при статическом (монотонном) или длительном статическом разрыве. Усталостные малоцикловые разрушения происходят при отсутствии односторонне накопленных деформаций при образовании в ходе циклических нагружений одной или нескольких трещин усталостного характера. В условиях малоциклового разрушения переходного характера процессы роста трещин усталости и развития односторонних деформаций идут одновременно, в зоне разрушения возможно появление трещин на фоне значительных односторонних деформаций. [c.43] Таким образом, предельными типами процесса деформирования являются режимы малоциклового жесткого усталостного нагружения (действуют циклические реверсивные деформации, накопление односторонних деформаций отсутствует) и статического или длительного статического нагружения (накопление односторонних деформаций не ограничен , реверсивные циклические деформации отсутствуют). Предельные состояния по условиям прочности для этих режимов характеризуются кривой малоцикловой усталости жесткого нагружения, а также кривыми длительной прочности и пластичности. [c.43] В ряде случаев рассматривают изменение базовых характеристик в связи с особенностями процесса малоциклового деформирования. Так, можно учесть уменьшение располагаемой пластичности материала за счет процессов высокотемпературного деформационного охрупчивания кривая малоцикловой усталости может измениться в связи со снижением пластичности материала во время высокотемпературного Деформирования. Базовые характеристики могут претерпевать трансформацию при наличии режимов переменных температур. [c.44] Таким образом, в исходном состоянии компоненты усталостного af, df) и длительного статического at, ds) повреждения равны нулю. К моменту разрушения (образования трещины) при жестком нагружении Uf=l или df=l, при длительном статическом нагрз же-нии at= или ds=. В переходной области циклических разрушений суммируются тот и другой виды повреждений, а предельную величину, соответствуюш,ую достижению разрушения (образования трещины), определяют в зависимости от принятой гипотезы накопления повреждений. [c.44] Следует учитывать, что межзеренный (хрупкий) и внутризерен-ный (вязкий) характер разрушения при высокотемпературном деформировании может сопровождать процессы и усталостного и длительного статического разрушения. [c.44] Роль формы циклов нагружения и нагрева и их сочетания в формировании предельного состояния при жестком режиме испытания. [c.44] За характерный период эксплуатации в опасных зонах конструктивного элемента возникают различные виды повреждений малоцикловое усталостное (длительное малоцикловое усталостное) и квазистатическое (длительное статическое), причем длительное малоцикловое усталостное и длительное статическое повреждения обусловливаются проявлением временных эффектов — ползучестью, релаксацией напряжений, деформационным охрупчиванием материалов и т. п. Предельное состояние по условиям прочности и малоцикловое разрушение материала определяются взаимосвязью и преимущественным влиянием того или иного вида повреждения в зависимости от удельного веса соответствующих этапов в режиме эксплуатации. В основном при циклическом неизотермическом высокотемпературном нагружении реализуется смешанный характер разрушения, когда основные виды малоциклового повреждения (усталостное и квазистатическое) сопоставимы. [c.44] В связи с этим необходимо раздельное изучение режимов нагружения при исследовании предельного состояния конструкционных материалов в условиях неизотермического малоциклового нагружения и оценка влияния того или иного параметра режима на формирование предельного повреждения. [c.44] При неизотермическом нагружении возможны наиболее неблагоприятные по условиям повреждения сочетания режимов нагружения и нагрева, например нагружение, когда полуцикл растяже-1шя приходится на высокотемпер.атурную часть цикла нагрева [15, 56, 78, 94, 97, 109, 120, 123, 124, 126, 129, 133]. [c.46] Рассмотренные данные показывают, что существует зависимость малоцикловой прочности от режимов термомеханического нагружения. Оценка условий малоциклового нагружения материалов в неизотермических условиях возможна лишь с использованием методов испытания, предусматривающих измерения и регистрацию основных параметров режима нагружения и нагрева, а также оборудования, оснащенного автоматизированными системами программированного нагружения и нагрева при широком варьировании параметров режимов нагружения и нагрева [15, 16, 71, 96]. В настоящее время имеются уникальные испытательные стенды, позволяющие проводить исследования указанного направления [15, 71]. [c.46] Необходимость обобщения закономерностей малоцикловой прочности в широкой области температур требует комплексных экспериментальных исследований по материалам различного назначения. [c.47] Вернуться к основной статье