ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Диаграмма роста усталостных трещин из "Трещиностойкость металлов при циклическом нагружении " В настоящее время интенсивно исследуются закономерности развития усталостных трещин при циклическом нагружении. Скорость развития усталостных трещин различными исследователями рассматривается в зависимости от силовых, деформационных, энергетических факторов, длины трещины и механических свойств материалов. В литературе описано более 60 зависимостей, связывающих скорость развития усталостных трещин с параметрами нагружения и характеристиками механических свойств материалов, обзор которых сделан в работах [25, 38, 48, 89, 122, 1981. [c.25] Парис и Эрдоган [89] предложили зависимость 5, связывающую скорость роста трещин с размахом коэффициента интенсивности напряжений А/С или с его максимальным значением /С,так. Указанный подход основан на зависимости текущего значения К от размера тре щин, полученной из линейного упругого анализа поля напряжений у вершипы трещины, от которого за висит скорость роста трещины. [c.27] В зависимости 5 коэффициенты Сит являются постоянными материала и условий испытаний и определяются экспериментально. Со поставление с экспериментальными результатами показало, что наилучшее соответствие зависимости 5 в диапазоне скоростей 10 — 10 мм/цикл для алюминиевых сплавов обеспечивает значение m = 4. Результаты, полученные для сплавов различных классов и уровней прочности, показали, что значение т в зависимости 5 изменяется от 2 до 10. [c.27] Зависимость 5 справедлива тoл JKO для участка /У диаграммы роста усталостных трещин. Хотя эта зависимость не учитывает влияния вида иаиряжениого состояния, значения коэ( )фициента асимметрии цикла и некоторых других факторов, благодаря своей простоте она получила широкое распространение. [c.28] Коэффициент асимметрии цикла и среднее напряжение по-разному сказываются на скорости роста трещины для различных материалов 150, 119, 272, 2971, что учитывается зависимостями 6—И и другими соотношениями, приведенными в работе [1221. [c.28] Таким образом, зависимости для скорости роста трещин должны включать как максимальные значения коэффициента интенсивности напряжений в цикле (/(imax), так и размах его (Ay i), а также учитывать свойства материала в том или ином виде, например К с, Кс, К,,, что заложено в зависимости 6—11. [c.28] Из приведенных зависимостей наиболее известны соотношение 6 для асимметричного цикла нагружения при плоском напряженном состоянии и И для плоского деформированного состояния. Эти уравнения были подтверждены во многих работах и экспериментальных исследованиях при изменении коэффициента асимметрии R в диапазоне от —1 до 0,8. [c.28] Мэнсон [2731 предложил выражения, связывающие скорость роста трещин с размахом номинальных упругопластических дс( юрмаций (выражения 17, 18). В аналогичной форме предложена связь между скоростью роста усталостной трещины и размахом раскрытия трещины АЛ 2281 (выражение 19), а также между скоростью развития трещины и размером пластической зоны г, [2641 (выражение 20). Результаты экспериментов показали, что коэффициенты в уравнениях 17—20 С н п зависят от уровня номинальных напряжений и деформаций, длины трещины, числа циклов, а также статических и циклических свойств металлов. Сами зависимости с постоянными коэффициентами Сип справедливы в диапазоне скоростей развития трещин от 10до 10 мм/цикл. [c.29] Более устойчивой является связь скорости развития трещины с размахом (или амилитудой) местной упругопластической деформации eia в вершине трещины в виде зависимости 21. По экспериментальным данным показатель степени в диапазоне скоростей роста трещин от 10 до 0,5 10 мм/цикл для циклически стабильных и циклически разупрочняющихся сталей оказывается приблизительно постоянным и равным —2. [c.29] Предположив, что разрушение материала у вершины треш,ины происходит в каждом цикле нагружения на расстоянии от вершины трещины, равном размеру пластически деформируемой зоны, Н. А. Мах-мутов записал выражение для скорости развития усталостных трещин в виде зависимости 22. [c.30] Зависимости 23—26 также позволяют описывать закономерности развития трещин ири высоких значениях циклических напряжений, превышающих предел текучести сплавов. [c.30] В последнее время появились работы [2, 235, 335, 269], в которых делаются попытки учесть накопление усталостного повреждения в пластически деформируемой зоне перед вершиной трещины, перед каждым ее продвижением в результате ее циклического упругопластического дес1юрмирования. Один из вариантов такой модели, реализованный в численном виде, описан в работе [21. [c.30] В рассмотренные выше зависимости входят в основном характеристики механических свойств материалов, определенные при статическом нагружении. При этом предполагается, что развитие трещины происходит в каждом цикле, поэтому не учитывается накопление повреждений и изменение характеристик механических свойств материала у вершины при циклическом нагружении. Силовые, энергетические и деформационные характеристики режимов циклического нагружения, определяемые расчетом, используемые в указанных зависимостях, не учитывают влияния остаточных напряжений, изменение толщины образцов и коэффициента асимметрии цикла на реальное напряженно-деформированное состояние материала у вершины трещины, когда размеры пластических зон достаточно велики, но не происходит пластического течения всего оставшегося сечения образца. Все это ограничивает применение рассмотренных зависимостей, как правило, только исследованными-материалами, условиями испытаний, режимами нагружения и толщинами образцов и не позволяет прогнозировать условий перехода к нестабильному развитию трещин и закономерностей нестабильного развития трещин. [c.31] Эксплуатационные и конструктивные факторы, оказывающие большое влияние на закономерности стабильного и нестабильн010 развития усталостных трещин, особенно на участке III диаграммы, такие, как температура испытаний, толщина образцов, асимметрия цикла, частота нагружения, в рассмотренных зависимостях не учитываются и их влияние на закономерности стабильного и нестабильного развития усталостных трещин может быть оценено только экспериментально. [c.31] Вернуться к основной статье