ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Корректированная линейная гипотеза суммирования усталостных повреждений при нерегулярном нагружении из "Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность " Одной из актуальных проблем современного ма1пиностроения является проблема повышения долговечности элементов машин по критериям прочности при одновременном снижении нх металлоемкости. Непрерывное увеличение мощностей, скоростей, грузоподъемности, производительности и других параметров машин и связанный с этим рост напряженности элементов приводят к тому, что указанную проблему можно решить лишь при использовании в процессе конструирования и расчета новейших достижений науки о прочности. [c.6] Выбор материала, определение формы и размеров деталей должны основываться на знании предельных состояний и критериев прочности для заданного характера изменения нагрузок, температур, влиянии окружающей среды и других факторов. [c.6] Для элементов машин и конструкций в экстремальных условиях нагружения (в зонах концентрации, в местах действия высоких температ рны5в и остаточных напряжений, в окрестности трещин) традиционно применяемые в инженерной практике расчеты прочности, основанные на определении номинальных и местных напряжений (методы сопротивления материалов), оказываются недостаточными и в целом ряде случаев неправол1ерньдаи-Поэтому запасы прочности и долговечности в рамках поверочных расчетов устанавливают на базе деформационных критериев разрушения, т. е. по предельным нагрузкам, местным упругопластическим деформациям, коэффициентам интенсивности напряжений и деформаций по размерам дефектов типа трещин. [c.6] Преимущество расчетов прочности не по напряжениям, а по деформациям состоит в том, что в деформационные критерии вязкого, квазнхруикого и хрупкого разрушений при однократном нагружении входит комплекс основньм характеристик механических свойств— прочность, пластичность, показатели упрочнения в неупругой области, а также другие параметры диаграмм деформирования. Это позволяет проводить количественный анализ эффективности применения конструкционных материалов с различными статическими свойствами для машин и конструкций, работающих в широком диапазоне нагрузок, температур и скоростей деформирования. [c.6] Линейная механика разрушения, в рамках которой наибольшее значение имеют коэффициент интенсивности напряжений и его критическое значение, явилась основой расчетов прочности с учетом дефектов типа трещин при сравнительно небольших уровнях номинальных напряжений в зоне трещин (порядка 0,3—0.6 от предела текучести). Вместе с тем для ответственных и высоконагруженных элементов конструкций при фактических уровнях напряжений в зонах трещин, достигающих предела текучести или превышающих его, и реальных размерах дефектов, удовлетворяющих нормам дефектоскопического контроля, использование уравнений и критериев линейной механики разрушения становится необоснованным. При этих условиях размеры пластических зон превышают размеры трещин и сами трещины могут оказаться в пластически деформированных областях элементов машин и конструкций. [c.7] Анализ перераспределения напряжений и деформаций в зонах трещин позволяет количественно описать поле упругопластических деформаций и заменить в расчетах коэффициенты интенсивности напряжений на коэффициенты интенсивности деформаций. Деформационные параметры нелинейной механики разрушения дают возможность выполнить расчеты прочности на стадии проектирования. При этом используют упомянутые выше фундаментальные характеристики механических свойств, в которых учтено влияние основных конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов и дефектов типа трещин. [c.7] В современном машиностроении имеют большое значение методы оценки живучести элементов конструкций, т.е. наработки на стадии развития трещины от момента ее зарождения до окончательного разрушения детали. Оценки живучести необходимы для оптимизации выбора материала обладающего наибольшей циклической трещиностой-костью при заданных условиях эксплуатации, оптимизации конструктивных форм и технологических процессов изготовления деталей, для установления длительности периодов эксплуатации между осмотрами, дефекта-дией и ремонтом элементов машин, связанных с разборкой этих машин в заводских условиях. [c.8] Основные обозначения, использованные в справочнике, соответствуют принятым в ГОСТах я нормативно-технических документах часть обозначений согласована с принятыми в соответствующей литературе. [c.8] Предельные состояния, виды и критерии разрушения. Традиционные инженерные расчеты на прочность деталей машин и элементов конструкций при однократном нагружении основаны, с одной стороны, на номинальных напряжениях, определяемых по формулам сопротивления материалов, теории упругости и пластичности, теории пластин и оболочек и, с другой стороны, на характеристиках прочности материалов при однократном нагружении,, определяемых при стандартизированных или унифицированных испытаниях лабораторных образцов из применяемых конструкционных материалов [16]. В зависимости от большого числа конструктивных (вид нагружения, размеры и форма сечений, наличие концентрации напряжений), технологических (.механические свойства применяемых материалов, вид и режимы сварки, термообработки, упрочнения) и эксплуатационных (скорость нагружения, уровень нагрузок, температура, среда) факторов при однократном нагружении возможно возникновение трех основных видов разрушения — хрупкого, квазихрупкого и вязкого 16]. Каждый из этих видов разрушения существенно отличается по уровню номинальных и местных разрушающих напряжений и деформаций, скоростям развития трещин и времени живучести деталей с трещинами, внешнему виду поверхностей разрушения. Применительно к этим видам разрушения выбирают те или иные критерии разрушения из трех основных групп — силовых, деформационных и энергетических. [c.9] Из сказанного следует, что по мере развития методов расчета на прочность при одновременном снижении запасов прочности я материалоемкости машин и конструкций традиционные инженерные расчеты по напряжениям (преимущественно номинальным) необходимо дополнять или заменять расчетами по деформациям (или энергиям). [c.10] Для отмеченных выше предельных состояний, видов и критериев разрушения принципиальное значение имеет наличие или отсутствие макродефектов в деталях машин и элементах конструкций. [c.10] В аналогичных состояниях находится (рис. 2, а—е) и бездефектная гладкая пластина при отсутствии концентрации напряжений, когда в любом из сечений местные и номинальные напряжения одинаковы (а — Ощах). а разрушение может начаться в любой точке пластины, как только напряжение в ней станет критическим = = Ошах е- После этого несущая способность пластины мгновенно становится нулевой. [c.11] Аналогично, осуществляя автоматическую регистрацию усилий Р и удлинений Д при исходной базе 4 в образцах с концентрацией напряжений (см. рис. 1) и с трещиной (см. рис. 3), можно получить условные диаграммы растяжения — кривые 2 н 3 па рис. 4. Такого же типа получатся кривые и при регистрации уменьшения площади поперечного сечения. На кривых 2 и 3 в конце каждого характерного участка деформирования- можно отметить точки А, С и К и установить соответствующие им нагрузки. Если брутто-сечения всех трех плоских образцов — гладкого (см. рис. 2), с концентрацией напряжений (см. рис. 1) и с трещиной (см. рис. 3) были одинаковы, то диаграммы растяжения Р — Л/ для этих образцов будут расположены так, как показано на рис. 4. Предельные нагрузки Рс, Рк и номинальные деформации Д/ , Д-Рк снижаются по мере увеличения концентрации напряжений (1 Кд оо). [c.13] Для образцов с трещиной допуск на нелинейность деформирования при назначении условной нагрузки текучестц Pq назначается не пО величине остаточной деформации, а по заданному снижению секущего модуля (tg aq, = = /С tg а, /С = 0,95). Особенности кривых дефориирования 2 и S ш ш параметры будут рассмотрены ниже. [c.14] Значение сравнительно мало зависит от рабочей длины 1 образца. Значение о существенно изменяется при изменении IqIFq, поэтому ГОСТами п] едуемотреиы испытания 5- и 10-кратных образцов (имеющих отношение рабочей длины 1о к размеру поперечного сечения, равное 5 или 10) тогда бц обозначают 65 или 6ю. [c.14] Так как по мере увеличения Р значение if растет, то диаграмма статического деформирования гладкого образца (кривая 1 на рис. 4), выраженная в истинных напряжениях 0 и деформациях пройдет выше кривой деформирования (кривая I на рис. 4), выраженной в условных напряжениях 0 по (3) и деформациях е по (7). В области малых упругих и упругопластических деформаций величины Ои и % мало отличаются ot в и е соответственно, поэтому кривые 1 и I практически совпадают. [c.14] Уравнения (11) и (15) е параметрами упрочнения Вт, и т являются наиболее простыми и, как показано ниже, удобными при аналитическом определении напряженного и деформированного состояний и интегрировании соответствующих дифференциальных уравнений при определении несущей способности элементов конструкций в условиях статического, длнтельногв статического и циклического (малоцик-лового) нагружения. [c.15] Параметры диаграммы деформирования т, Ег1 и (Тт определяют по данным статических испытаний с записью напряжений и деформаций (продольных или поперечных) в соответствующем масштабе. Так как в целом ряде случаев автоматическая регистрация диаграмм деформирования с требуемой точностью затруднена (как это имеет место при проведении стандартных испытаний на растяжение), то возникает необходимость в определении этих параметров по стандартным характеристикам механических свойств (do,г. в, 5, г1) ). [c.16] Значения показателей степени а Шв в выражениях (37) и (38) практически совпадают и равны 0,013. Уменьшение пластичности фк с увеличением F, характеризуемое функцией f (ifn) по рис. 10, оказывается более интенсивным, чем уменьшение сопротивления образованию пластических деформаций Оо.а и разрушению Ств. [c.21] Вернуться к основной статье