ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Закономерности развития усталостных трещин из "Сопротивление усталости и живучесть конструкций при случайных нагрузках (БР) " Общие положения. Появление в элементах конструкций усталостных трещин еще не означает окончательного выхода этих элементов из строя и необходимости немедленного проведения ремонтных работ. На практике элементы конструкций с трещинами могут продолжать надежно функционировать еще значительное время, а небольшое снижение эксплуатационных нагрузок, например, может резко повысить их долговечность и даже полностью приостановить рост трещин. Поэтому достоверный расчетный прогноз развития трещин в конструкциях при переменных эксплуатационных нагрузках может способствовать значительному повышению эффективности их использования. Для такого прогноза необходима информация о закономерностях роста трещин в материале конструкции при переменных нагрузках. Рассмотрим способы представления этих закономерностей. [c.36] Параметры а и п определяются обычно либо при симметричных, либо при отнулевых положительных циклах нагружения. В обоих случаях принимается, что величина К в (5.4) равна максимальному значению цикла нагружения. [c.37] Меха низм увеличения длины усталостной трещины при циклическом нагружении можно представить следующим образом. При достаточно интенсивном нагружении путем растяжения раскрытие трещины и ее удлинение происходят за счет сдвига слоев металла в одной из плоскостей с наибольшими касательными напряжениями (рис. 5.1). При последующих растягивающих нагружениях плоскости сдвига чередуются, и длина трещины постепенно увеличивается. Процесс увеличения длины трещины считается непрерывным. В экспериментах, однако, часто обнаруживается скачкообразный рост трещин, чередующийся со значительными приостановками их развития. Полный учет этого явления в расчетах пока затруднителен. [c.37] Уточнение зависимости для скорости роста трещин. Считается, что зависимость (5.4) справедлива во всем диапазоне изменения величины К, но в эксперименте обнаруживаются определенные отклонения от этой зависимости. [c.40] Характерный ее вид в логарифмической системе координат представлен на рис. 5.4, а. Различают следующие три зоны, отличающиеся интенсивностями роста трещин / — с относительно малой скоростью развития трещины 1при К Kth, где /( ш пороговое (или стартовое) значение КИН, ниже которого скорость развития трещины незначительна] // — с умеренной скоростью развития трещины (при Kth где Kf — циклическая вязкость разрушения) III — с высокой скоростью развития трещины (при Kf K К где Kii — значение КИН, при котором прекращается устойчивое увеличение длины трещины и оно переходит в неустойчивое лавинообразное разрушение конструкции) можно принять Ki, = Ки — при плоской деформации и = = /(jg — при плоском напряженном состоянии. [c.40] Если в формуле (5.18) и в соотношении для определения параметров xpi и х )2 величину Kf ,о заменить на Ktb,o получим выражение для определения коэффициента запаса устойчивости неразви-вающейся трещины. [c.43] Графики функций v = v (R) при л = 4 и некоторых значениях J i и представлены на рис. 5.9. Сопоставляя полученные данные с результатами экспериментальных исследований, представленных на рис. 5.10, приходим к выводу, что расчетные и экспериментальные данные хорошо согласуются между собой. [c.44] Графики функции (5.22) при различных значениях и xlJj приведены на рис. 5.12. Для рассматриваемых циклов нагружения (с Кр = onst) по мере возрастания асимметрии циклов нагружения параметр v в диапазоне R = —1-г-О убывает, а в диапазоне К = 0-f-l — возрастает. Если размах нагружения определить как разность максимальных и минимальных значений КИН в циклах нагружения при всех значениях R, то по мере возрастания величины R во всем диапазоне его значений параметр v будет возрастать. Этот случай показан на рис. 5.11 и 5.12 штриховой линией. [c.45] Экспериментально установлено, что если высокий уровень воздействий предшествует более низкому уровню воздействий, то скорость роста трещины не сразу принимает значение, характерное для этого уровня. Вначале эта скорость будет ниже ожидаемой, и только спустя определенное число циклов нагружения она примет характерное для данного уровня воздействий значение. Описанное явление называется эффектом тренировки или эффектом торможения трещин, и для его объяснения выдвигаются различные гипотезы. Рассмотрим одну из них. [c.46] Аналогично можно вычислить эффект торможения трещин и время его действия для случая, когда за напряжениями следуют циклы с напряжениями (Та, (Тд и т. д. [c.47] Здесь 01 и Оз — амплитуды напряжений в двух соседних циклах нагружения у — параметр, зависящий от свойств материала. [c.48] Пластинки с ограниченной шириной. При расчете реальных элементов конструкций встречаются определенные вычислительные трудности, пути преодоления которых можно показать на примерах расчета роста трещин в пластинках с ограниченной шириной. Процесс нагружения будем считать гармоническим с амплитудой напряжений сг. [c.48] Интеграл (5.30) протабулирован (см. прил. II). На рис. 5.18 представлены графики функции Уз = для различных значений параметра п. Соотношение (5.29) полностью решает задачу о расчете живучести рассмотренной пластинки. [c.49] При циклическом нагружении элемента конструкции с трещиной в агрессивной среде обнаруживается более интенсивный рост трещины, чем в неагрессивной среде. Для сравнения на рис. 5.24 проведено качественное сопоставление диаграмм роста трещин в таких средах. [c.52] Помимо того что Б агрессивной среде скорость роста трещин выше, чем в неагрессивной среде, в ней также обнаруживается определенный диапазон изменения КИН, в пределах которого скорость роста трещин остается постоянной. [c.52] Пусть в эксперименте выявлена зависимость напряжения, при котором зарождается усталостная трещина, от теоретического коэффициента концентрации напряжений Oi = f a). По мере увеличения а уровень напряжений снижается (рис. 5.27). При напряжении трещина непрерывно развивается вплоть до полного разрушения конструкции. По мере увеличения концентрации напряжений (см. рис. 5.25, а и б) уменьшаются (при одинаковых длинах трещин) зоны действия концентратора напряжений, и конец трещины становится менее нагруженным. Отсюда следует, что уровень напряжений при котором трещина непрерывно развивается, при увеличении а должен увеличиваться (см. рис. 5.27). При Oi 02 возникшие трещины не развиваются, а при 02 эти трещины непрерывно растут. [c.53] Экспериментально установлено, что i ) зависит от асимметрии циклов нагружения. Так, для алюминиевых сплавов рекомендуется следующее эмпирическое соотношение = 0,707 -f + 0,4087 при О / 0,7, где R = атш/ащах — коэффициент асимметрии циклов нагружения. [c.54] Вернуться к основной статье