ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Двухосное нагружение из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Первоначально влияние асимметрии цикла на СРТ учитывалось из условия, что размах КИН пропорционален максимальной величине КИН в цик/ie нагружения AKi = (/ i)pnax(l - R). Показатель степени в уравнении Париса рассматривался равным четырем, и смещение кинетических кривых происходило параллельно друг другу в логарифмическом масштабе, или эквидистантно (см. приложение к главе 5). Возрастание асимметрии цикла при прочих равных условиях сопровождается снижением размаха КИН, а следовательно, сопровождается снижением СРТ. Одновременно с этим происходит и снижение шага усталостных бороздок. [c.299] Важно подчеркнуть, что представленная запись правомерна только в случае 0,1 i 0,7, если на всем протяжении распространения длинной трещины ее раскрытие (эффект раскрытия трещины) остается неизменным. В этом случае имеет место эквидистантное смещение кинетических кривых относительно ( i)max при переходе от одной асимметрии цикла к другой. Использование эффективного КИН, введенного Элбером, позволяет проводить унифицированное описание роста трещин в виде единой кинетической кривой. [c.300] Выражение (6.5) удобно для расчетов уровня напряжения, при котором начинается раскрытие берегов трещины. Однако в дальнейшем мы будем придерживаться общего и единообразного рассмотрения поправочных функций, учитывающих влияние различных параметров воздействия на рост усталостных трещин, с позиций синергетики. Для этого все поправочные функции будут рассмотрены в виде, аналогичном (6.3) или (6.4), а все представленные выше и далее соотношения t op/ max будут преобразованы в функции F(R) по соотношению (6.5). Величины AKgff = рассматриваются как эквивалентные друг другу характеристики процесса роста трещины, которые могут быть получены из различных условий влияния асимметрии цикла на распространение усталостных трещин. Поскольку эффективный КИН является физической характеристикой материала, то и Kg является ею. [c.300] Коэффициенты уравнения (6.7) и число членов этого уравнения и есть предмет исследования роли асимметрии цикла в кинетике усталостных трещин с учетом трех областей отрицательной асимметрии цикла, положительной асимметрии цикла до пороговой величины Ri и при более высокой асимметрии цикла [37]. Пороговая величина положительной асимметрии цикла лежит в интервале 0,7 Rl 0,9. Так, например, применительно к алюминиевому сплаву 7475-Т761 использована величина Ri = 0,7 [38]. Применительно к области Ri 0,7 величина поправочной функции определяется как F R R ) = (i - R). Достижение уровня асимметрии цикла было связано с изменением в условиях роста усталостной трещины, когда выход на вторую стадию роста трещины становится невозможным. [c.301] Очевидно, что оба уравнения (6.8) и (6.9) могут быть с достаточной для практики точностью преобразованы в полиномы типа (6.7). Их исполь- зование определяется требованием к точности мо- делирования роста трещины, которую необходимо обеспечить. [c.301] Как следует из представленных соотношений, они фактически сочетают в себе уточненное значение раскрытия трещины при нулевой асимметрии, что рассматривается в качестве начальных (тестовых) условий нагружения. Уточнение касается оценки влияния пластических свойств материала на раскрытие берегов трещины. При напряжении, близком к пределу текучести материала, имеет место полное раскрытие берегов трещины — напряжение раскрытия близко нулю. [c.301] На первой стадии роста усталостной трещины, когда скорости характеризует КИН, не намного превосходящий пороговую величину Kff , имеет место немонотонное влияние асимметрии цикла на условия страгивания и роста трещины [26]. В интервале асимметрии цикла 0,5 R 0,7 наблюдается стабилизация величины Kff,, и при большей асимметрии цикла его величина остается неизменной. В связи с этим в области малых амплитуд КИН при высокой асимметрии цикла, особенно применительно к титановым сплавам, могут быть получены различные поправочные функции, что, например, в табл. 6.2 отражено системами уравнений в п. 4-6. [c.302] Начальное развитие усталостной трещины при низкой асимметрии цикла сопровождалось формированием усталостных бороздок, а переход к высокой асимметрии цикла более 0,8 вызывал смену механизма разрущения, что выражалось в формировании псевдобороздчатого рельефа излома без усталостных бороздок. При этом развитие трещины происходило по плоскостям скольжения путем пересечения пластинчатой структуры. Однако формирования фасеточного рельефа излома (межфазовое разрушение), который характеризует чувствительность материала к условиям его нагружения, не происходило. [c.303] Такие особенности разрущения типичны для титановых сплавов при СРТ менее 3-10 м/цикл, когда имеет место преимущественное разрушение материала путем внутризеренного скольжения. Этот механизм еще сильнее активизируется при высокой асимметрии цикла нагружения. При этом переход к нестабильному росту трещины может произойти прежде, чем создадутся условия для перехода к стадии формирования в изломе усталостных бороздок (см. рис. 6.10). [c.303] при высокой асимметрии цикла нагружения, в пределах одного механизма разрушения материала без формирования усталостных бороздок, одинаковые кинетические параметры процесса роста трещины можно реализовать при разных параметрах цикла внешнего воздействия. Это полностью согласуется с представленными выше данными о подобии кинетики усталостных трещин при различном сочетании параметров цикла нагружения применительно к формированию усталостных бороздок. [c.303] Анализ кинетических кривых показал, что все они лежат приблизительно в одном весьма узком интервале изменения КИН (рис. 6.13). Трещины быстро ускоряются в узком диапазоне длин, причем темп их ускорения отвечает I и 1П стадиям разрушения по единой кинетической кривой. Это особенно хорошо видно применительно к области скоростей выше 2-10 м/цикл. [c.303] Использование (6.12) в описании роли асимметрии цикла в кинетике усталостных трещин позволило свести все кинетические кривые к единой кинетической кривой (см. рис. 6.136). [c.303] Нагрузки малой амплитуды, как и выдержка материала под нагрузкой, не являются достаточным условием для разрушения материала по меж-фазовым границам. Они только способствуют проявлению факта ослабленного состояния этих границ, которое материал имеет изначально. Если границы фаз материала не ослаблены, то он не проявляет чувствительности как к выдержке под нагрузкой, так и к нагрузкам малой амплитуды при высокой и, тем более, при низкой асимметрии цикла нагружения. Следует уточнить, что здесь речь идет не о высокочастотных колебаниях, когда единичное приращение трещины не может отвечать каждому акту приложения внешней нагрузкой. В случае высокочастотного нагружения могут играть роль резонансные явления, когда отдельные элементы структуры (например, сами пластины) могут входить в резонанс, вызывая потерю когезивной прочности по межфазовым границам. [c.305] Очевидно значимое влияние одновременно асимметрии цикла и предела текучести материала на скорость роста усталостной трещины. При формировании вида поправочной функции типа (6.14) роль предела текучести может быть учтена в коэффициенте пропорциональности при КИН в кинетическом уравнении (5.64). [c.307] Влияние на СРТ и величину шага усталостных бороздок отрицательной асимметрии цикла зависит одновременно от уровня максимального напряжения цикла, как это следует, например, из данных, представленных в табл. 6.1. Поэтому поправочная функция на отрицательную асимметрию цикла нагружения является многопараметрической и применительно к рассмотренному выше случаю ее влияния на рост трещин в алюминиевых сплавах В95 и Д16Т представлена в виде поверхности (рис. 6.6). Одна из переменных соответствует асимметрии, а другая характеризует уровень максимального напряжения цикла или шага усталостных бороздок. [c.307] В уравнении (6.16) константа Xg определяется экспериментально, и для исследованных сталей она находилась в диапазоне 2,1-5,8 [57]. [c.307] применительно к различным стадиям кинетической кривой и пороговым КИН применим единый подход учета влияния асимметрии цикла на процесс роста трещины и последовательность переходов через критические точки, отвечающие смене механизмов и условий развития разрушения материала. [c.307] Уравнения (6.18)-(6.21) отражают многопараметрический характер влияния на рост усталостных трещин характеристик цикла нагружения, геометрии образца и пластических свойств материала. Однако все рассмотренные выше подходы касаются только ситуации одноосного нагружения. [c.308] В условиях эксплуатации нагружение элементов конструкций реализуется, как минимум. [c.308] Напряженное состояние материала у вершины усталостной трещины даже в случае внешнего одноосного растяжения при раскрытии берегов усталостной трещины перед ее вершиной является объемным. Переход к внешнему воздействию по нескольким осям не нарушает объемности напряженного состояния материала у вершины трещины и не изменяет условия раскрытия ее берегов, если в процессе распространения усталостной трещины реализуются механизмы роста трещины, подобные механизмам разрушения при одноосном внешнем циклическом растяжении. Поэтому при различном сочетании уровня действующих нагрузок по нескольким осям всегда имеется некоторая область их значений, в которой развитие разрушения качественно аналогично ситуации с одноосным растяжением — на вершине распространяющейся усталостной трещины осуществляются упорядоченные переходы к возрастающим масштабным уровням разрушения, каждому из которых отвечает определенный механизм роста трещины. Это представление отвечает регулярному нагружению материала без эффекта влияния смены режимов нагружения на рост трещин. [c.308] Вернуться к основной статье