ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные направления исследований из "Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении " Как показывают многочисленные исследования, даже при весьма малых амплитудах переменной нагрузки зависимость между напряжениями и деформациями в металлах не остается линейной и при представлении результатов таких исследований в координатах напряжение — деформация наблюдается замкнутая петля механического гистерезиса. Наличие такой петли свидетельствует о том, что работа деформации, затрачиваемая при нагружении образца, больше работы деформации при его разгрузке. Часть, энергии, определяемая площадью петли гистерезиса, расходуется в металле на необратимые процессы. [c.81] Причинами появления петли гистерезиса в этом случае является релаксация напряжений по границам зерен, диффузия между зернами поликристалла, упорядочение, вызванное напряжениями, термоупругие эффекты и т. п. [48, 88, 277]. [c.81] В этой области напряжений появление петли гистерезиса связано, в основном, с микропластическими деформациями в локальных объемах металла. [c.82] Для аналитического описания петель гистерезиса в области амплитуднозависящего гистерезиса используется большое количество различных зависимостей. Работы в этом направлении были ориентированы, в основном, на разработку методов учета рассеяния энергии при расчете колебаний, когда рассеяние энергии в материале (или конструкции) вызывает снижение динамической напряженности конструкции в условиях, близких к резонансу [20, 78, 82, 103]. В последние годы форма петли гистерезиса исследовалась также в связи с энергетическими критериями усталостного разрушения [229, 259]. [c.82] Разнообразие форм петель гистерезиса приводит к различным значениям площ,ади петли гистерезиса и видам ее зависимости от амплитуды переменного напряжения, с одной стороны, и к разным дифференциальным уравнениям, описываюш,им колебания систем с учетом рассеяния энергии, с другой. [c.82] Выбор формы петель гистерезиса в этих случаях основывается на удовлетворении следуюш,их основных требований соответствие формы петли гистерезиса физическим процессам, которые вызывают образование этих петель, и получение аналитических выражений, удобных для практических расчетов колебаний. Все гипотезы, которые используются для описания амплитуднозависящего гистерезиса, можно разделить на две группы. [c.82] Подобного рода зависимости являются справедливыми лишь для напряжений, значительно ниже предела выносливости, когда процессы микропластического деформирования не являются опре деляющими. [c.83] В настоящее время отсутствуют методы, которые позволили бы воспроизвести и исследовать форму петли гистерезиса при напря-жениях, ниже предела выносливости в случае высоких частот нагружения ( 30—50 Гц). В связи с этим о соответствии той или иной гипотезы о форме петли гистерезиса экспериментальным данным судят по различным косвенным измерениям (затухание свободных колебаний, температура образца, форма резонансной кривой и т. п.). [c.83] Характеристики петли гистерезиса (ее ширина и площадь), когда гистерезис обусловлен пластическими деформациями (мик-ропластическими и макропластическими), не определяются только уровнем действующих переменных напряжений, а существенно зависят от многих факторов, и в первую очередь от скорости, частоты и истории нагружения. [c.84] Результаты этих исследований показаны на рис. 63 в логарифмических координатах. На этом рисунке кривая 1 представляет зависимость между неупругой (пластической) деформацией и напряжениями при монотонном деформировании, прямая 2 — зависимость между неупругой деформацией и напряжениями при циклическом нагружении, точки — результаты отдельных измерений при циклическом нагружении. [c.84] Данные рис. 63 показывают, что величина неупругой деформации для стали SAE4340 при одних и тех же напряжениях при монотонном и циклическом изменении с малой частотой нагрузки существенно различна. Если при малых напряжениях неупругие деформации больше при циклическом нагружении, то при больших напряжениях существенно выше деформации при монотонном увеличении нагрузки. [c.84] С учетом результатов, приведенных выше, а также других данных, имеющихся в литературе, можно утверждать, что процесс деформирования металлов при статическом и циклическом нагружении, а также при малоцикловом и многоцикловом нагружении существенно отличен. [c.85] С увеличением частоты и скорости нагружения увеличивается роль процессов, которые не проявляются при монотонном деформировании с малой скоростью. [c.85] Все это дает основание сделать вывод, что взаимосвязь процессов неупругого деформирования и усталостного разрушения при малоцикловом нагружении, осуществляемом при низких частотах, и многоцикловом, при котором частота нагружения существенно выше, может быть различной. [c.85] В дальнейшем из всего многообразия терминов, использующихся в литературе для определения способности материала образовывать замкнутую петлю гистерезиса, имея в виду, в первую очередь, диапазон напряжений, соответствующий многоцикловой кривой усталости, примем термин неупругость, а деформирование, которое сопровождается наличием замкнутой петли гистерезиса, будем называть неупругим деформированием. [c.85] О влиянии эффекта осреднения на численные значения характеристик неупругости металлов и закономерности их изменения в зависимости от числа циклов нагружения можно судить по данным приведенным на рис. 65 [223]. На этом рисунке для мягкой стали при консольном изгибе в случае вращения построены зависимости осредненных значений удельной необратимо рассеянной энергии за цикл в зависимости от числа циклов нагружения для сплошного цилиндрического и тонкостенного образцов при одинаковых максимальных напряжениях. [c.86] В случае тонкостенных образцов, когда напряженное состояние более однородное по сравнению со сплошными образцами, величина рассеянной за цикл энергии существенно выше и характер ее изменения в зависимости от числа циклов нагружения существенно отличен от характера изменения для сплошного образца. Эти результаты убедительно показывают, что средние характеристики неупругости не выявляют ни качественно, ни количественно всех особенностей поведения материалов в поверхностных, наиболее напряженных, слоях. [c.86] Вернуться к основной статье