ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Малые трещины. Малоцикловая усталость. Постоянная деформация ер из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Из рассмотрения реальной геометрии траектории трещины в пространстве, которая отражает многообразие процессов взаимодействия структурных элементов у кончика распространяющейся трещины с пересекающей их зоной пластической деформации, следует, что уменьшать величину Ki на некоторый безразмерный коэффициент, если различия в локальных ориентировках направления роста трещины вдоль ее фронта статистически неизменны в разные моменты времени. В том случае, когда различия ориентировок локальных направлений роста трещины нарастают по ее длине, в качестве множителя следует использовать безразмерную функцию. Корректировка подразумевает уточнение реализуемых затрат энергии на рост трещины в связи с ее более развитой в пространстве геометрией излома, чем в предполагаемом случае формирования идеально плоской поверхности. Определение плотности энергии разрушения (dW/dV)f через уровень одноосного напряжения при растяжении образца при формировании излома с разной высотой скосов от пластической деформации и при различной шероховатости излома в срединных слоях образца также связано с введением поправки на используемую в расчете величину действующего напряжения (см. главу 4). Прежде чем определить структуру указанных поправок, рассмотрим вид управляющих параметров в уравнениях роста усталостных трещин. [c.235] Применение синергетики к анализу эволюции открытой системы, которой является элемент кон-струкции-окружающая среда, для описания кинетических закономерностей развития усталостных трещин связано с необходимостью многопараметрического анализа структуры управляющих параметров. Распространение усталостной трещины происходит в материале, при описании свойств которого используются различные характеристики среды — металла. [c.235] Функции Fi (Xi, Х2,. .., Xj) характеризуют роль различных параметров структуры материала X, в кинетике трещин. Из варьируемых характеристик 7 внешнего воздействия в тестовом опыте переменной величиной является только уровень одноосного напряжения или деформации. Первоначально для получения единой кинетической кривой как характеристики свойства материала сопротивляться росту усталостных трещин функции Fi(Yi, 72. Yj) рассматриваются только в качестве характеристики одноосного цикла нагружения в тестовом опыте, а основное внимание будет уделено структуре функционалов F, (Xj, Х2,. .., X,). [c.235] Структура рассматриваемого управляющего параметра соответствует условию пропорциональности СРТ ее длине, и оно соответствует экспериментальным исследованиям [8, 9], в которых было показано, что скорость роста трещины зависит от действующего напряжения Управляющий параметр (5.4) зависит от различных факторов, характеризующих свойство материала затрачивать энергию на пластическую деформацию и разрушение в цикле приложения нагрузки. [c.236] Уравнения (5.6) и (5.7) совпадают между собой с точностью до коэффициента пропорциональности, поскольку КИН полностью определен параметрами нагружения, длиной трещины и формой образца или детали. Однако в уравнении (5.7) имеется дополнительный функционал /(я), зависимый от длины трещины. Применительно к анализу эксплуатационных разрушений Хоппер [19] предлагает использовать уравнение вида (5.6) и подчеркивает, что все условия внешнего воздействия и свойства среды, в которой распространяется усталостная трещина, полностью определяются коэффициентом пропорциональности Сг. В дальнейшем изложении, чтобы упростить написание, мы будем рассматривать управляющие параметры без поправочной функции, принимая ее равной единице. Такое упрощение правомерно для размеров трещины, когда в большей мере реализуется первое синергетическое уравнение, эквивалентное соотношению (5.5). [c.236] Со — константа, которая дополнительно характеризует управляющий параметр и не определена из общих физических представлений. Ее получают экспериментально на образцах для каждого из исследуемых материалов. [c.237] Показатель степени в уравнении (5.12) имеет не целое число при модуле упругости. Этот факт заставил провести специальный анализ напряженного состояния материала вдоль контура трещины для выяснения физического смысла такой закономерности [31]. Оказалось, что управляющий параметр может зависеть от модуля упругости во второй степени с учетом влияния уровня напряжения следующим образом . [c.237] Зависимость скорости роста усталостной трещины и шага усталостных бороздок от модуля упругости была продемонстрирована на многих материалах на основе алюминия и сталей различного класса [32-35]. Однако в ряде случаев показатель степени при модуле упругости был получен больше двух и не являлся целым числом. [c.237] В изложенных подходах к описанию процесса роста усталостной трещины структурные характеристики материала введены в управляющий параметр, а не в показатель степени при длине трещины. [c.237] Уравнения (5.15) и (5.17) близки между собой по смыслу рассматриваемых параметров структуры материала. Однако существенное отличие их состоит в том, что в уравнении (5.17) отсутствует предел текучести материала. [c.238] Рассматриваемый вид управляющего параметра (5.21) не в полной мере определен, поскольку коэффициент Сб не имеет прямого физического смысла и характеризует свойства материала, которые подлежат дополнительному исследованию. Однако простота записи уравнения оказалась весьма удобной для практического использования, тем более что во многих исследованиях сталей различного класса были получены зависимости шага усталостных бороздок от коэффициента интенсивности напряжения во второй степени со структурой типа (5.21) для управляющего параметра [32-34, 60]. Правда, в большинстве случаев было подчеркнуто, что и скорость роста трещины, и шаг усталостных бороздок зависят от модуля упругости и слабо зависят от предела текучести материала. [c.239] Томкинс [61] на основе представления о равенстве приращения трещины в цикле нагружения раскрытию ее вершины конкретизировал вид и значение коэффициента пропорциональности q Он не рассматривал неоднородность реализуемой пластической деформации вдоль фронта трещины и показал, что g = 0,12. [c.239] Введение циклического предела текучести связано с тем, что при монотонном растяжении и упрочнении материала в повторяющихся циклах пластического деформирования у кончика трещины в разные моменты времени начинается накопление необратимых повреждений на восходящей и нисходящей ветви нагружения в единичном цикле. Поэтому циклический предел текучести точнее характеризует кинетику усталостных трещин. Однако следует отметить, что обе величины пределов текучести для многих материалов близки друг другу. Различие в коэффициентах пропорциональности в 10 раз в уравнениях (5.22) и (5.23) свидетельствует о том, что для разных материалов наблюдается подобный рост трещины с эквидистантным смещением кинетических кривых. Однако природа такого существенного расхождения в закономерностях роста трещины не выявлена. [c.239] Применительно к материалам с низким уровнем предела текучести коэффициент пропорциональности близок 0,04. [c.240] Сопоставление формул (5.24) и (5.26) свидетельствует о том, что для V = 0,3 коэффициенты пропорциональности в них совпадают применительно к сплавам с низким пределом текучести и средним уровнем действующего напряжения. Для жаропрочных сплавов, имеющих высокий предел текучести, при комнатной температуре реализуются условия, аналогичные разрушению других сплавов с низким пределом текучести, и поведение материалов кинетически оказывается эквивалентным. [c.240] Значения универсальной постоянной разрушения для сплавов на основе титана и железа близки между собой, тогда как для алюминиевых сплавов ее величина в два раза выше. Однако одновременно с этим предел текучести материала у алюминиевых сплавов почти в два раза ниже, чем у сплавов на основе титана и железа. Поэтому оба параметра как бы компенсируют друг друга и характеризуют различие в кинетике усталостных трещин только за счет темпов уменьшения одного параметра и увеличения другого при переходе от сплавов на одной основе к сплавам на другой основе. [c.240] Геометрические характеристики движущейся трещины определяются масштабными уровнями процессов пластической деформации и разрушения и могут определяться размерами элементов структуры, суб- или микроструктуры. [c.240] Испытания меди и а-бронзы в нринороговой области СРТ показали [69], что при изменении размера зерна с 12 до 120 мкм на воздухе происходит увеличение, а в аргоне — снижение СРТ в припороговой области. Причем изменение скорости происходит всего в два раза, т. е. существенно менее интенсивно, чем соотношение в размере зерен. [c.240] Любая анизотропия свойств вызывает неоднородное пластическое деформирование материала, что находит свое отражение в изменении предела текучести. [c.241] Исследование а-титанового сплава IMI было выполнено на прямоугольных образцах 140x35x5 мм при частоте нагружения 130 Гц с целью оценки влияния на рост трещин соотношения между кислородом, азотом и углеродом после различных режимов термообработки [75]. Данные о соотношении примесных элементов, о размере зерен и величине предела текучести для разных режимов термообработки представлены в табл. 5.1. [c.241] Вернуться к основной статье