ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Долговечность дисков при циклическом нагружении из "Расчет на прочность вращающихся дисков (БР) " В зоне замковых соединений, различных отверстиях, по радиусам закруглений. На рис. 4.16, а и б показаны трещины малоцикловой усталости, появившиеся в диске компрессора ий стали 1Х15НЗВМФ при наработке 10 —10 циклов. Трещины возникли на ободе диска у замкового выступа и около эксцентрично расположенных отверстий для прохода воздуха. Циклическое повреждение дисков оценивают на основании соотношений между размахом напряжений (или деформаций) в цикле нагружения и числом циклов до разрушения. Эти зависимости, представляемые в виде кривых усталости Да—N или Ае—JV, могут быть получены экспериментальным путем. [c.134] При оценке и прогнозировании циклической долговечности дисков возникают некоторые проблемы а) расчетная аппроксимация кривых усталости б) выбор критериев сложного напряженного состояния, позволяющих использовать данные о малоцикловой усталости, полученные при одноосном напряженном состоянии в) учет концентрации напряжений и деформаций г) суммирование повреждения от малоцикловой усталости и ползучести и учет эффектов неизотермичности нагружения д) учет формы цикла при оценке долговечности е) учет рассеяния характеристик малоцикловой усталости при прогнозировании долговечности диска. Несмотря на то, что в последнее время экспериментальные данные по малоцикловой усталости интенсивно накапливаются, количество их остается ограниченным. Необходимость знать соотношения между напряжениями и деформациями и числами циклов до разрушения в широком диапазоне температур и уровней напряжений (деформаций) в расчетных точках делает целесообразным аналитическое описание усталостных кривых. [c.135] Наиболее широко используемой в расчетной практике является эмпирическая формула Мэнсона [129, 130], связывающая размах полной деформации и число циклов до разрушения Nf. [c.135] Зависимость (4.38) описывает кривую универсальных наклонов , полученную на основании экспериментальных исследований малоцикловой усталости 29 различных материалов при 20° С. Полная деформация As является суммой упругой и пластической составляющих, которые схематично изображены на рис. 4.18. -Величины а = —0,12 и == —0,6 для различных материалов несколько изменяются. На йв.ш/м это следует обращать внимание, особенно при использовании расчетной зависимости в областях малых (меньше 10 —10 ) и больших (больше 10 —10 ) чисел циклов. Различные степени у слагаемых, особенно у пластической составляющей, рекомендующиеся в литературе (по Коффину [123], Ъ = 0,5), частично также связаны с различными способами оценки Nf по моменту полного разрушения или моменту фиксации трещины [1201. [c.135] Изменение размахов напряжений и деформаций от цикла к циклу заканчивается через сравнительно небольшое число циклов по отношению к разрушающему числу циклов, и основное уменьшение долговечности происходит при стабилизированном состоянии (постоянных размахах напряжений). Таким образом, если в распоряжении имеются результаты шагового расчета, то для оценки долговечности, особенно в области больших чисел циклов, можно использовать размахи напряжений или деформаций стабилизированного состояния. Начальные неустановившиеся характеристики цикла в большинстве случаев не влияют на долговечность. Исключением могут быть особые случаи, когда нагрузки или температура значительны и долговечность исчерпывается за малое число циклов и для циклически разупрочняющихся материалов. [c.136] Суш ественным моментом при оценке циклической долговечности является учет неодноосности напряженно-деформированного состояния. Наибольшее количество экспериментальных данных усталости при малом числе циклов получено при повторном нагружении растягиваюш,ими силами по пульсирующему циклу. Результаты представляк тся в виде зависимостей амплитуды напряжений = Аа/2 от числа циклов до разрушения. Такое представление характеристик малоцикловой усталости связано с традиционным распространением методик усталостных испытаний при большом числе циклов, когда пластическая составляющая деформаций отсутствует. [c.136] Здесь — предел выносливости материала диска при Nf = = 10 Од — предел прочности (или длительной прочности при учете длительности циклов). При нагружении, близком к простому, Ola И Oi можно вычислить как амплитуды и средние значения интенсивности напряжений. [c.137] Пример 4.6. На рис. 4.19 для диска (см. 10, пример 3.4) показано изменение интенсивности напряжений (максимальных и минимальных за цикл) в процессе нагружения за 150 циклов. Рассмотрим точки с наибольшими напряжениями в сечениях на внутреннем радиусе 9,25 см, радиусах 17,5 и 21 см (шейка диска), а также на ободе диска, где имеет место реверс деформаций (см. рис. 3.15). [c.137] Рассмотрим в качестве примера оценку долговечности для точки, близкой к центральному отверстию, расположенной в сечениях на радиусе 9,25 см. Максимальная интенсивность напряжений в установившемся цикле Ст/ ,ах = = 54 кгс/мм2, минимальное значение Tj [дщ = 20,7 кгс/мм . [c.137] При использовании критерия размаха максимальных деформаций в цикле ДЕтах получим В рассматриваемом примере = Ее ах — беп,1п = 0,198% = 0,00198 и Nf = 2,5-10 циклов. [c.139] Сравнение циклической долговечности, определенной по напряжениям и деформациям, показывает их практическое совпадение. Критерий размаха максимальных деформаций приводит к получению более низкой долговечности по сравнению с интенсивностью размахов. [c.139] В качестве параметров упругости, входящих в (4.48) — (4.50), используют определяемые в последнем приближении упругоплас-тического расчета секущий модуль Е п i в каждой точке диска. [c.140] Пример 4-7. На рис. 4.22 показано меридиональное сечение диска из сплава ХН77ТЮР. В табл. 4.4 приведены температуры, характеристики прочности материала (сгв и (Тдл), а также напряжения и запасы по напряжениям с учетом длительности работы на рассматриваемом режиме. Характерным для рас-сматриваемого диска является то, что он работает при высоких температурах. Однако общая длительность работы на указанном режиме (при максимальных температуре и напряжениях) относительно невелика и составляет Тр 40 ч. [c.140] Коэффициент запаса по напряжениям йм/-= 1,3 минимален в подободном сечении (шейке диска) на г= 19,1 см, что является следствием высокой температуры (658° С) и радиальных напряжений. [c.140] Долговечности в других расчетных точках диска, приведенные D табл. 4.4, оценены в примере 4.8. [c.141] Концентрация напряжений влияет на долговечность дисков при циклическом нагружении это влияние возрастает с увеличением числа циклов. При оценке долговечности в местах концентрации напряжений в дисках (замковые выступы, отверстия, места соединений и т. п.) возникают некоторые проблемы. [c.141] Перспективным является использование численных методов расчета напряженного состояния в зонах концентрации, например, метода конечных элементов (см. гл. 5), если эти методы применяют в сочетании с соответствующими методами пластичности и ползучести, учитывающими историю нагружения. Для оценки концентрации при статическом нагружении этот метод себя оправдывает, давая достаточно хорошее совпадение с теоретическими коэффициентами концентрации [77, 113]. Однако в случае циклического нагружения, в том числе и термического, возникают трудности, связанные с выделением критической области, нелинейностью условий на границах этой области, обеспечением достаточной точности решения, выбором соответствующих критериев разрушения. [c.141] При оценке долговечности в месте концентрации следует использовать эффективные коэффициенты концентрации напряжений Ха или деформаций ag, известные из опыта. Характеристики цикла определяют умножением номинальных величин на соответствующие эффективные коэффициенты концентрации. Долговечность вычисляют по кривым усталости гладких образцов или по расчетным зависимостям типа (4.47), как это было описано выше. [c.142] В этих формулах а д — эффективный амплитудный коэффициент концентрации при обычной усталости, определяемый экспериментально или по эмпирическим формулам — статический коэффициент концентрации, определяемый эмпирическими зависимостями или опытным путем (во многих случаях принимают = 1 при Nf 10 циклов) п — логарифм числа циклов Ь — эмпирический коэффициент, зависящий от а и определяемый из опытов. Приближенные значения Ь [ИЗ] для сталей и сплавов определяются как Ъ = (1225/сг ), для сплава А1—Zn—Mg b = 25, для А —Си Ь = 60. Так как в (4.51) и (4.52) входит логарифм числа циклов, а долговечность является неизвестной величиной, то при использовании этих зависимостей применяют метод подбора. [c.143] Коэффициент q для жаропрочных никелевых сплавов и титана составляет примерно 0,5—0,8, в частности, для сплава ХН77ТЮР 7 0,7, для титанового сплава ВТЗ-1 = 0,8 0,9 при 20° С. Чувствительность к концентрации есть функция не только свойств материала, но также и напряженного состояния, геометрических параметров, температуры и других факторов. Поэтому (4.54) может иметь ограниченное применение. [c.144] Вернуться к основной статье