ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Расчеты на ударную нагрузку Расчет на удар при осевом действии нагрузки из "Сопротивление материалов 1986 " Расчеты элементов конструкций на малоцикловую усталость базируются на экспериментальных данных изучения закономерностей сопротивления деформированию и разрушению при циклическом упруго-пластическом деформировании, а также исследованиях кинетики неоднородного напряженно-деформированного состояния и накопления повреждений в зонах концентрации — местах вероятного разрушения. Ниже приведены основные понятия и некоторые результаты изучения кинетики деформирования и разрушения материалов при циклическом упруго-пластическом деформировании. [c.683] Сопротивление материалов циклическому упруго-пластическому деформированию обычно изучают при однородном напряженном состоянии, используя два основных вида нагружения. При первом в процессе циклического деформирования постоянной сохраняется амплитуда напряжений, при втором — амплитуда деформации. Эти виды соответственно называют мягким и жестким нагружением. [c.683] Мяркое нагружение. Диаграмма циклического деформирования при мягком нагружении в случае одноосного растяжения — сжатия (рис. 599) построена в относительных координатах ст = ст/от e=e/ej. Здесь в качестве предела текучести От обычно принимают предел пропорциональности в исходном полуцикле, обозначаемом нулевым вт — относительная деформация, соответствующая пределу текучести (пропорциональности). Для описания последующих полу-циклов удобн.о пользоваться координатами S=S/Ot ё = е/( т, начала которых берутся в точках, соответствующих началу разгрузки в каждом полуцикле. [c.683] Переход к нелинейному участку диаграммы в -м полуцикле наблюдается при напряжениях и деформациях, равных и е , а в начальной системе координат — при и Эти величины являются пределами текучести (пропорциональности) в данном полуцикле и соответствующими им деформациями. [c.683] В зависимости от свойств материала в процессе циклического упруго-пластического деформирования пределы текучести (пропорциональности) и форма кривых деформирования могут изменяться. Так, для большого количества металлов и сплавов при растяжении образца напряжением, превышающим предел текучести (пропорциональности), при последующей разгрузке и реверсивном деформировании, т. е. при сжатии, предел текучести (пропорциональности) оказывается ниже исходного. Это явление, названное эффектом Бауишнгера, наблюдается не только при растяжении — сжатии, но и при других видах напряженного состояния. [c.684] Для объяснения эффекта Баушингера был предложен ряд моделей. Наиболее вероятной причиной изменения пределов упругости, пропорциональности и условного предела текучести при реверсивном нагружении, по-видимому, являются остаточные ориентированные микронапряжения, возникающие в предшествующей пластической деформации. Они и способствуют более раннему возникновению пластической деформации при повторной нагрузке другого знака. [c.684] Зависимость (22.27), однако, как показали многочисленные эксперименты, не выполняется для многих материалов. Значения St для некоторых материалов приведены в табл. 25. [c.685] Сказанное относится к первому полуциклу. При последующем циклическом деформировании сопротивление материалов упругопластическому деформированию изменяется, что ведет к изменению предела текучести (пропорциональности) S[ С увеличением числа циклов эта характеристика может возрастать или убывать в зависимости от свойств материала (рис. 600, линия / соответствует сплаву Д16, 2 — стали ЗОХГСА). Изменяется она и в зависимости от степени исходного деформирования Однако для практических расчетов обычно принимают, что предел текучести (пропорциональности) не зависит от числа циклов и от степени исходного деформирования. [c.685] Основным параметром в исследованиях малоцикловой усталости при мягком нагружении является ширина петли гистерезиса для нечетных и для четных полуциклов (рис. 599). Ширина петли за данный полуцикл — пластическая (остаточная) деформация за полуцикл, а разность ширины петель в двух соседних полуциклах характеризует накопленную за цикл одностороннюю пластическую деформацию. [c.685] Для некоторых материалов константы а, р, А приведены в табл. 25. [c.686] Наконец, в случае циклически стабильных материалов (например, среднеуглеродистые и аустенитные стали) ширина петли упру-го-пластического гистерезиса практически не зависит от числа циклов деформирования. При различной ширине петель в четных и нечетных полуциклах происходит одностороннее накопление деформации. Для таких материалов, стабилизирующихся при определенном числе полуциклов k = k, ширина петли определяется по формуле (22.29) при k = k. [c.686] Заметим, однако, что деление материалов на циклически упрочняющиеся, стабильные и разупрочняющиеся носит несколько условный характер, так как поведение определенного материала при циклическом деформировании зависит от температуры, его исходного состояния (наклеп, термообработка) и других факторов. Например, наклеп — предварительное пластическое деформирование при комнатной температуре — ведет к циклическому разупрочнению. То же имеет место и при закалке. Так что в нестабильном состоянии материал циклически разупрочняется. В то же время в стабильном состоянии (отжиг) наблюдается циклическое упрочнение. [c.686] Как уже указывалось, весьма распространенным методом изучения сопротивления материалов циклическому упруго-пластическому деформированию являются испытания при постоянных амплитудах деформации — жесткое нагружение (рис. 601 а — сплав В96, б — сталь 1Х18Н9Т). При таких испытаниях за счет перераспределения упругой и пластической составляющих деформации максимальные напряжения от цикла к циклу могут изменяться. [c.687] В испытаниях циклически разупрочняющихся материалов при фиксированной циклической деформации напряжения от цикла к циклу постепенно снижаются. Однако и в этом случае процесс сравнительно быстро затухает и можно говорить о существовании предельного асимптотического размаха напряжений, зависящего от размаха циклической деформации. [c.687] При мягком нагружении циклически разупрочняющихся или стабильных металлов накапливаются пластические деформации, которые могут привести к двум типам разрушения — квазистати-ческому и усталостному. Квазистатическое связано с возрастанием остаточных деформаций до уровня, соответствующего разрушению при однократном статическом нагружении. Разрушение усталостного характера связано с накоплением -повреждений, образованием прогрессирующих трещин при существенно меньшей пластической деформации. Возможны и промежуточные формы разрушения, когда образуются трещины усталости па фоне заметных пластических деформаций. [c.688] Для квазистатического разрун]ения в качестве критерия перехода в предельное состояние принимают величину накопленной деформации е при циклическом нагружении, соответствующую разрушению при однократном статическом нагружении. [c.688] С учетом выражений для ширины петли, зная циклические параметры материала, из формулы (22.34) можно определить для заданной амплитуды напряжений число циклов до разрушения. [c.688] При жестком нагружении нет накопления деформаций, что исключает возможность квазистатического разрушения. В этом случае все материалы разрушаются по усталостному типу с образованием трещин. [c.688] Уравнения (22.35) и (22.37) можно считать основными зависимостями для оценки долговечности при малом числе циклов нагружения, когда преобладающее значение имеет сопротивление материала пластическим деформациям. С увеличением числа циклов до разрушения, т. е. с уменьшением размаха пластической деформации, упругая часть деформации становится соизмеримой с пластической. В связи с этим предложены критерии малоциклового разрушения в упругих и суммарных деформациях. [c.689] При использовании критерия (22.39), как показали эксперименты, константы следует принять такими т = 0,6 к=0,12 М = е1 L = 3,5a,, где Ов — предел прочности. [c.690] Вернуться к основной статье