ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Программные усталостные испытания из "Количественная фрактография " Разработка технологии проведения программных усталостных испытаний образцов и элементов конструкций подразумевает установление физической сущности явлений, обуславливающих появление в изломе определенных маркирующих признаков, фиксирующих местоположение фронта трещины в момент изменения вида или условий нагружения. [c.287] Необходимость проведения программных усталостных испытаний связана с тем, что фиксирование местоположения фронта трещины без ее торможения в процессе испытаний позволяет получить объективную информацию о количестве усталрстных бороздок в соответствии с количеством действовавших циклов нагружения независимо от плотности усталостных бороздок по сравнению с плотностью других элементов рельефа, определить скорость развития процесса разрушения в срединных слоях материала, когда трещина не выходит на поверхность образца, а также когда доступ к разрушаемому элементу конструкции в процессе опыта не возможен. В некоторых случаях испытаний создание программ вызвано не столько необходимостью маркировки излома, сколько определяется попыткой воспроизвести реальный спектр эксплуатационных нагрузок, а далее по излому оценить период роста трещины на основании возникающих маркирующих признаков на переходных режимах. [c.288] Методика создания маркирующих признаков в первую очередь определяется возможностью испытательной системы и условиями работы изделия. Например, сосуд под давлением может испытывать только растягивающие нагрузки. Поэтому создание маркирующих признаков в сосуде под давлением не может быть связано с использованием сжимающих нагрузок. [c.288] Кроме этого маркирующий признак должен вносить минимальную повреждаемость в материал испытываемого изделия и не оказывать существенного влияния на кинетику усталостной трещины на переходных режимах при том уровне нагрузок, на котором проводится ее исследование. Последнее весьма затруднительно реализовать, поскольку даже в случае простого чередования циклов большей и меньшей амплитуды с положительной асимметрией цикла [309] увеличение асимметрии приводит к снижению скорости роста трещины с последующим ее возрастанием, а уменьшение асимметрии — к увеличению скорости роста трещины (шага усталостных бороздок) на переходном режиме с дальнейшим снижением его величины. [c.288] Принципиальной основой создания маркирующих признаков в изломе при составлении программ испытаний является представление о физических явлениях, сопровождающих рост трещины на переходных режимах нагружения. Варьируя набором элементарных переходных режимов, любой исследователь может составить программу испытаний с заранее известной реакцией материала. [c.289] Целесообразно при составлении набора переходных режимов нагружения с целью, маркировки изломов исходить тех задач, которые решаются с их помощью установление соотношения между числом бороздок и нагружающих циклов для материала (выбор образца и условий опыта не лимитирован) и слежение за ростом трещины в элементах конструкции в процессе натурных стендовых испытаний изделий. [c.290] Решение первой задачи может быть проведено на образцах любой геометрии. При изгибе с вращением круглых образцов целесообразно проводить испытания путем простого чередования двух уровней размаха напряжений. При этом четкое различие в блоках двух уровней нагрузок достигается путем чередования уровней через 20—30 циклов, а различие в уровнях напряжений не должно превышать 30—40% [248]. Указанный метод относится к использованию электронных микроскопов в анализе излома на всех стадиях роста трещины. [c.290] Использование световых микроскопов в исследовании излома подразумевает создание маркирующего признака в виде макроусталостной линии. Целесообразно осуществлять маркирование излома путем смены механизма роста трещины и ее частичной остановки при нанесении маркирующих циклов за счет разгрузки на 50—60% в течение 1000 циклов. Такой способ приводит к увеличению длительности проведения испытаний, однако в изломе при этом наблюдают четкие усталостные линии. Измерения шага усталостных бороздок и расчеты скорости роста трещины по маркерным признакам в виде расстояния между усталостными линиями свидетельствуют об их удовлетворительной сходимости (рис. 130). Расчеты показывают, что между маркерными макроусталостными линиями количество усталостных бороздок на основной исследуемой нагрузке составляет 480—490 при 500 циклов нагружения, что свидетельствует о незначительной потере информации о росте трещины на переходных режимах нагружения. [c.290] Целесообразно выбирать величину а , такой, чтобы в пределах двух—трех последовательных маркерных режимах она оставалась постоянной. [c.292] Решение вопроса о проведении маркерных испытаний элементов конструкций существенно зависит от условий их работы и возможностей использования того или иного типового переходного режима. [c.292] Считают [309, 311], что маркерный режим должен состоять из циклов с постоянной амплитудой, максимальное напряжение которого равно максимальному напряжению растяжения в спектре исследуемых нагрузок, и минимальным напряжением, которое равно сжимающим напряжениям исследуемого спектра нагрузок. При таких испытаниях амплитуда сжимающих циклов нагрузок невелика и при их действии развития трещины практически не происходит. [c.292] Сжимающие циклы нагрузки могут вызвать в конструкции двухосное растяжение — сжатие, что сопровождается образованием продуктов фреттинга. В результате этого происходит декорирование излома продуктами окисления материала и выявление маркирующих признаков в изломе становится весьма затруднительным. Кроме этого в ряде конструктивных элементов невозможно использование сжимающих нагрузок при маркировке излома. [c.292] При создании маркирующих признаков на поверхности излома в процессе испытаний в области малоцикловой усталости необходимо в первую очередь выполнять требования, предъявляемые к продолжительности нанесения маркера. Она определяется небольшим количеством циклов — в пределах 20—30. При этом существенно выбрать длительность интервала, определяющего продвижение трещины между двумя маркирующими нагрузками. [c.292] Проведенные фрактографические исследования образцов после испытаний по программе путем чередования двух уровней асимметрии цикла нагружения показали (рис. 131), что в направлении роста трещины характер маркирующего признака в изломе меняется (на рис. 131, 6 —цифра означает количество циклов). Блок нагрузки п]ри переходе от малой асимметрии (положительной) к размаху напряжений с отрицательной асимметрией характеризуется четкой, наибольшей по величине в блоке, усталостной бороздкой. При продолжительной асимметрии в начале роста трещины вообще не происходил. Далее наблюдалось формирование псевдобороздчэтого рельефа, который в последующем сменил бороздчатый рельеф. Следовательно в блоке нагрузок можно выделить два маркирующих признака — максимальную усталостную бороздку, разграничивающую начало блока, а такЖё серию минимальных или максимальных по величине усталостных бороздок. [c.296] Рассмотренная закономерность повреждения материала в блоке нагрузок отражает предполагаемую картину повреждения конструкции в эксплуатации. [c.297] При любом виде и спектре действующих нагрузок. Закономерности формирования морфологии рельефа излома на переходных режимах нагружения позволяют перейти к расшифровке последовательности нагружения детали с учетом пластического затупления вершины трещины при перегрузках и хрупкого подрастания при сохранении постоянства максимального напряжения цикла. Примером возможных программ испытания с целью фиксирования местоположения фронта трещины служат фрактограммы изломов из сплава В95 (данные Л. М. Бурченковой), представленные на рис. 132—139. [c.297] Вернуться к основной статье