ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Деформационно-кинетический критерий прочности при длительном малоцикловом и неизотермическом нагружении из "Малоцикловая усталость при неизотермическом нагружении " Исследование закономерностей длительного малоциклового деформирования и разрушения связано с изучением диаграмм циклического деформирования и определением изменения механических свойств конструкционных материалов в зависимости от температуры и времени нагружения, а также получением данных о кинетике-полей деформаций элементов конструкций и формулировкой условий прочности с учетом температурно-временных эффектов применительно к режимам нестационарного малоциклового нагружения изделий. [c.95] Рассмотрим вопросы прочности и особенности условий разрушения. В общем случае процесс длительного малоциклового нагружения сопровождается накоплением односторонних деформаций, вызываемых циклической анизотропией свойств материалов, асимметрией цикла нагружения (по напряжениям, длительностям выдер-л ек) и т. п. Когда процесс накопления односторонних деформаций выражен, наблюдается так называемый квазистатический тип малоциклового разрушения с характеристиками пластичности,, соответствующими условиями статического (однократного) нагружения до разрыва. Как правило, в конструкциях за пределами упругости работает материал только в зонах максимальных напряжений. За счет стесненности пластических деформаций в большинстве случаев нагружения накопление односторонних деформации подавлено или отсутствует. Под действием циклических деформаций развиваются иоврех дения, приводящие к малоцикловому усталостному разрушению, когда в зонах максимальных циклических деформаций образуются макротрещины усталостного типа. [c.95] Нижний предел интегрирования в урав.нении (2.37) принимают равным единице из соображений, что при исходных нагружениях конструктивных элементов (jV = 0), как правило, в максимально напряженных зонах наблюдаются значительные деформации, резко уменьшающиеся уже начиная с первого цикла нагружения N= = 1). Деформации предварительного нагружения в таких случаях (рис. 2,39, а и в) вносят основной вклад в накопление квазистати-ческих иовре/кдений. Для режимов нагружения, симметричных по деформациям, и напряжениям (рис. 2,39, б и г), интегрирование следовало бы начинать от нуля. Однако разница, как правило, за счет добавления одного цикла мала, и указанную долю усталостных повреждений можно для однотипности вычислений из рассмотрения исключить. [c.96] Определение усталостного повр еждения базируется на кривой усталости, получаемой при жестком нагружении в условиях соответствующей температуры, частоты, скорости изменения в цикле параметров нагружения. Использование расчетных кривых усталости может привести к существенным отклонениям оцениваемых повреждений (в 10 раз и более). [c.98] Располагаемую пластичность (или деформационную способность) используют при вычислении квазистатического или длительного статического повреждения. Эту характеристику получают ири статическом разрыве с различной длительностью при соответствующей температуре испытания. Диапазон времен разрущения выбирают с учетом временной базы, применительно к которой оценивают повреждения. Приближенно располагаемую пластичность можно получить при пспытаннях на ползучесть и длительную прочность. [c.98] Квазистатическое иовреждение не зависит от знака деформации, возникающей в конструктивном элементе (деформация растяжения или сжатия). Базовые данные должны быть получены с учетом формы и размеров образцов (при интерпретации результатов лабораторных испытаний), а также типа напряженного состояния конструктивного элемента (при расчете деталей машин или конструкций), определяющего в первую очередь стеснение предельных деформаций статического разрушения и, следовательно, снижение располагаемой пластичности 1[15]. [c.98] Расчет повреждений ведут в инвариантных к типу напряженного состояния величинах, например в интенсивностях деформаций. [c.98] Уравнения (2.39), (2.41) устанавливают условия достижения предельного состояния по моменту образования трещины малоцикловой усталости. [c.98] Результаты исследований закономерностей накопления повреждений при блочном малоцикловом нагружении приведены в работе [49]. Принятые в испытаниях типы режимов нагружения охватывают контрастные случаи сочетания процессов накопления квазиста-тических и усталостных повреждений. Воспроизводились условия накопления повреждений и режимы озволяющие дозировать долю компонент накопленных повреждений. Это обеспечивало либо сильное перемешивание блоков нагружения, либо весьма слабое, например однократный переход с режима на режим, т. е. в жестких условиях резкой смены процессов. [c.100] Испытания проведены на трех конструкционных материалах — стали 45 и 15Х2МФА, высокопрочный алюминиевый сплав, обеспе-чиваюших получение характерных типов квазистатического, усталостного и смешанного разрушений. [c.100] В деформационных интерпретациях обоснована возможность использования практически во всех рассмотренных случаях правила линейного суммирования квазистатических и усталостных повреждений. Данные о накоплении повреждений к моменту образования трещины для режимов с хорошим перемешиванием дают максимальные отклонения суммарных (квазистатических и усталостных) повреждений в пределах 0,6... 1,3 по сравнению с единицей, соответствующей линейному правилу суммирования. [c.100] Наибольшие экспериментально полученные значения накопленных повреждений оказываются около 2, что наблюдается при однократном переходе с режима на режим, т. е. когда практически отсутствует взаимное влияние повреждений. Получаемые сравнительно большие значения суммарных повреждений в таких условиях нагружения дают при расчете долговечности заниженный результат, т. е. запас прочности увеличивается. [c.100] Результаты испытаний, обосновываюш,их деформационную трактовку накопления усталостных повреждений при нерегулярном малоцикловом и многоцикловом нагружении с перегрузками, приведены в работах [48, 49]. [c.100] Испытания проводили на электрогидравлическом испытательном стенде фирмы MTS (США) с обратной связью. Стенд позволял осуществлять растяжение — сжатие с максимальным усилием 10 тс и выполнять программное нагружение с обратной связью по усилиям, деформациям или перемещениям. Погрещность регулирования программируемого Параметра (0,5... 1)% в диапазоне частот 5 Гц и 2,5% при частоте более 5 Гц. Стенд с помощью генератора случайных сигналов и системы фильтров обеспечивал случайное нагружение в выбранном диапазоне частотных характеристик 0,1,25. .. 100 Гц. [c.100] В процессе испытаний измеряются с помощью динамометра и механоэлектри-ческого тензометра для измерения пластических деформаций (деформометра) характеристики нагружения и деформирования образца. Деформометр для измерения продольных деформаций с базой 20 мм устанавливали непосредственно на рабочей части образца. Для регистрации диаграмм циклического деформирования использовали двухкоординатный прибор фирмы Брайане (Англия) с точностью регистрации 0,5% при частотах нагружения до 5 Гц. [c.100] Нерегулярное случайное нагружение осуществлялось в режиме слежения за деформациями в процессе испытаиий. Среднее значение регулируемого параметра процесса во всех случаях нагружения задавалось равным нулю. Осциллограммы обрабатывали по методу экстремумов. [c.101] Результаты экспериментальной проверки гипотезы линейного суммирования усталостных повреждений в деформационной трактовке подтвердили ее применимость при нерегулярном случайном нагружении. Суммарное повреждение оказалось в пределах 0,6... 1,5 (рис. 2.42). [c.101] Таким образом, для широкого диапазона условий нагружения [15, 49] суммарное повреждение, определенное в соответствии с уравнением (2.39) или (2.41), укладывается, как правило, в полосе разброса 0,5... 1,5. Это свидетельствует о возможности использования деформационно-кинетического критерия для расчета прочности при малоцикловом и длительном малоцикловом нагружении. Однако необходимо использовать результаты только корректно поставленных экспериментов, обеспечивающих получение полной информации о параметрах процесса деформирования и характере изменения с числом циклов и -во времени нагрузок (напряжений), деформаций и температур в зоне достижения предельного состояния по условиям малоциклового разрушения, а также систему базовых данных и расчетных характеристик, необходимых для правильной оценки повреждений, накопленных в ходе повторных нагружений. [c.101] Вернуться к основной статье