ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Малоцикловая прочность при сложном напряженном состоянии из "Малоцикловая усталость при неизотермическом нагружении " Предельное состояние материала при неизотермическом малоцикловом нагружении раньше всего достигается в зонах, где в силу специфики геометрии конструктивного элемента, расиределения температур, градиента напряжений и деформаций реализуется сложное напряженное состояние. Сложное напряженное состояние, как правило, сочетается с такими факторами, как малоцикловьш характер процесса упругопластического деформирования и В(ремен-ные эффекты ползучести и релаксации напряжений. [c.113] Характер напряженного состояния является существенным фактором в достижении материалом предельного состояния по прочности. Приведенные данные по малоцикловой усталости диска (рис. [c.113] Исследования напряженно-деформированного состояния в зоне отверстий оболочек в условиях малоциклового нагружения внутренним давлением (отнулевой цикл) [34] показывают, что в зонах коц-центрации вследствие остаточных пластических деформаций реализуется режим циклического упругопластического деформирования, близкий к жесткому. Результаты малоцикловых испытаний (рис. [c.113] Испытания образцов в этих условиях с доведением их до разрушения показывают, что, малоцикловая долговечность образцов с концентрацией напряжений, определенная с помощью кривых усталости (для гладких образцов) по интенсивностям циклических деформаций в зоне надреза (расчет по МКЭ), хорошо совпадает с результатами эксперимента (см. рис. 2.3, а). Роль формы цикла силового и температурного нагружений проявляется в условиях концентрации напряжений в той же мере, что и при однородном напряженном состоянии. На это указывает сравнение данных испытаний как при синфазном, так и при противофазном сочетании циклического нагрева и механического нагружения (см. рис. 2.3, а). [c.115] Усилия исследователей [54, 72, 80, 85, 95, 109, 121, 132] направлены на разработку теорий малоцикловой прочности для условий сложного напряженного состояния. Получены результаты при жестком режиме циклического деформирования, как наиболее представительного и часто реализуемого в локальных напряженных зонах детали и в то же время сравнительно легко воспроизводимого в эксперименте с надежным контролем основных параметров процесса. [c.115] В общем случае в результате сложных геометрических форм конструктивных элементов и специфических сочетаний режимов механического и теплового нагрул [ений напряженное и деформированное состояния опасных зон оказываются многокомпонентными. Однако в поверхностных объемах детали реализуется преимущественно плоское напряженное состояние (корпус паровой турбины, элементы трубопроводов и др.). Поэтому для характеристики закономерностей разрушения можно использовать данные, получаемые при испытаниях в условиях сравнительно простых напряженных состояний. На рис. 2.52 приведены кривые усталости, построенные на основании расчета (через условные упругие напряжения) в приведенных деформациях [в соответствии с теориями наибольших деформаций (У), наибольших касательных напряжений (2), энергии формоизменения (5)] и в интенсивностях деформаций (4). [c.115] Пересчет одних данных через другие можно осуществить, использовав соотношение y=V 3 е, где у — размах сдвиговой деформации при кручении, е — размах линейной деформации при циклическом растяжении-сжатии в испытаниях на термоусталость. [c.116] На рис. 2.53, а приведены характеристики термоусталостной прочности жаропрочного сплава для разных видов напряженных состояний, причем совпадение расчетных и опытных данных хорошее. Таким образом, сопоставление результатов испытания трех жаропрочных аустенитно-ферритных сталей в режиме термоусталостного нагружения 650...250° С при одноосном напряженном состоянии и чистом сдвиге позволяет сделать вывод о возможности оценки опасности разрушения при малоцикловой неизотермической усталости с помощью энергетической теории прочности. [c.116] Характер кривых усталости на рис. 2.54, а по параметру Ag показывает, что в соответствии с критерием (2.45) можно построить с помощью эквивалентной деформации обобщенную кривую термической усталости Д э рТ //=С. Она служит для определения малоцикловой долговечности в этих условиях. [c.118] Анализ возможных путей обобщения результатов позволил рекомендовать в качестве критерия интенсивность полной деформации. Полагая ужг,- = Для исследуемых вариантов сложного напряженного состояния и определяя на основании постоянства объема характерные параметры деформированного состояния е.г = е, ву е, Hz = —2 (для первого) и Ех = е, / = 0, 6z=—2 (для второго случая), находим по предлагаемому критерию эквивалентные деформации для сопоставления данных эксперимента. Для первого варианта Si = 2s, для второго — ег= 1,155 е. [c.119] Из данных рис. 2.55, в следует, что рассматриваемый критерий дает хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных для сравнительно контрастных видов сложных напряженных состояний. [c.119] Указанный вывод подтверждается обстоятельным статистическим анализом [53, 54] данных малоцикловых испытаний при изотермическом и неизотермическом (преимущественно термоусталостном) нагружениях в неодинаковых условиях как по режимам термомеханического нагружения, так и по видам сложного напряженного состояния. [c.119] При испытании лабораторных стандартных образцов (растяжение-сжатие) оказывается, что 93% всех эспериментальных точек укладываются в полосу л 1 2,0. Относя этот разброс за счет свойств материалов, погреяп-юсть самого критерия для сложного напряженного состояния с вероятностью 93% характеризуется кратностью 5/2 = 2,5 Таким образом, расхождение расчета с экспериментом при сложном напряженном состоянии не более в 2,5 раза по числу циклов до разрушения является удовлетворительным. [c.120] Энергетический критерий носит пока гипотетический характер, поскольку он апробирован лишь в условиях линейного однородного напряженного состояния, для которых получены и выведены основ-нь е закономерности. [c.121] Рассмотренные выше критерии апробированы для сравнительно узкого диапазона термомеханических нагружений как но типу режимов, так и по видам сложного напряженного состояния. Всс исследования ограничивались лишь частными вариантами однородного плоского напряженного состояния в изотермических [53] и кеизотермических [29, 109] условиях, причем в последнем случае рассматривался преимущественно термоусталостный режим нагружения. [c.121] Исследовали, как правило, или жесткий режим (в контролируемых условиях по деформациям) при постоянных (нормальных н повышенных) температурах, или близкий к жесткому режим, который обеспечивался условиями термоусталостного нагруя ения без включения выдержек в экстремальных точках циклов нагрузки и температур. Временные эффекты либо не проявлялись, либо были ограничены, а характер процесса для исследованных материалов оказывался практически стабильным по напряжеииям и деформациям или достаточно быстро стабилизировался. [c.121] Таким образом, рассмотренные критерии охватывают практически важные условия термомеханического нагружения, реализуемые в опасных зонах конструктивных элементов. Однако они не учитывают, с одной стороны, кинетику процесса упругопластического деформирования (предполагается стабилизация процесса циклического деформирования), развитие которого особенно характерно для мягкого и промежуточных режимов малоциклового деформирования, и обусловлено временными эффектами на этапах выдержки при экстремальных температурах цикла нагрева, а с другой стороны, нестабильность циклических свойств конструкционных материалов, особенно в области высоких температур. [c.121] В этом отношении обоснованы предложения [15, 24, 68, 117] по использованию деформационно-кинетического критерия в случае сложного напряженного состояния и в зонах концентрации напряжений. Он апробирован для большого числа материалов и разнообразных режимах (изотермических и иеизотермических) малоциклового нагружения в условиях линейного однородного напряженного состояния. [c.121] Необходимые для расчета интенсивности деформаций данные об изменении линейных деформаций в осевом и окружном направлениях определяли в процессе испытаний. Третью компоненту деформации (в радиальном направлении) вычисляли на основании гипотезы о постоянстве объема. Особый интерес представляет задача определения предельной интенсивности деформации однократного статического разрушения е//. [c.123] Вернуться к основной статье