ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Относительная живучесть сплавов при регулярном нагружении из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Исследованию подвергались крестообразные модели трех типов со сквозными и поверхностными трещинами на специальных устройствах (рис. 6.17). Модели из сплава АК4-1Т1 с пределом текучести 320 МПа имели толщину 1,2 и 2 мм с центральным отверстием, от которого производилось выращивание сквозной трещины при постоянной асимметрии цикла / = 0,5 в диапазоне соотношения главных напряжений -0,1 X,(j 5 0,1 при Q = (0,3-0,4) [86]. Модель была оптимизирована методом конечных элементов таким образом, что при ее загрузке по двум осям в центральной зоне поле равномерного двухосного напряженного состояния располагалось в пределах диаметра 20 мм. В указанных моделях выращивали сквозные усталостные трещины от центрального отверстия диаметром 2 мм. [c.315] Модели из сплава Д16Т (аналог сплава 2024ТЗ) были толщиной 4,9 мм, и они имели центральное отверстие диаметром 3 мм, от которого также выращивали центральные трещины в диапазоне соотношения главных напряжений --1,0 1,5 при асимметрии цикла R 0,8 и Q = 0,45 [87, 88]. Модель была оптимизирована методом конечных элементов таким образом, что диаметр поля равномерного напряженного состояния в ее центральной зоне составил 40 мм. [c.315] В пределах толщины 2 мм получено ориентационное соответствие траектории трещины в области положительных соотношений Об ориентационной зависимости траектории трещины судили по расположению центральной зоны плоскости трещины в пространстве при возрастании соотношения Плоскость центральной зоны во всех случаях была почти перпендикулярна наружной поверхности. С возрастанием соотношения главных напряжений до симметричного растяжения центральная зона излома (плоскость трещины) разворачивалась таким образом, что была расположена почти под углом 45° к обеим компонентам нагрузки. [c.317] Во всех случаях при вариациях соотношением главных напряжений в диапазоне -1,0 1,0 имело место формирование усталостных бороздок, шаг которых соответствовал измеренной СРТ по поверхности крестообразной модели вдоль ее траектории. При одновременной вариации нескольких параметров цикла нагружения можно подобрать такое сочетание их величин, что процесс распространения усталостной трещины будет эквивалентным для разных ориентировок траектории трещин в пространстве (рис. 6.18). На основании этого были проведены расчеты поправочной функции f(X(5, [Л = 0,5]) и определены эквивалентные характеристики процесса распространения усталостной трещины в поле двухосного напряженного состояния для различного расположения в пространстве плоскости излома в центральной части образца. Независимо от ориентации трещины кинетически процесс распространения трещины является эквивалентным и описывается единой кинетической кривой (5.63) и (5.64) (рис. 6.19). Некоторое смещение представленных кинетических кривых относительно указанной единой кинетической кривой связано с влиянием толщины пластины на закономерности роста усталостных трещин, которые не рассматривались при построении представленных кинетических кривых. Единая кинетическая кривая введена для описания поведения сплавов на основе алюминия при толщине пластины не менее 5 мм. [c.317] Изучение кинетики формирования скосов от пластической деформации на моделях толщиной около 5 мм из сплава Д16Т было проведено путем измерения высоты h , ширины и диагонали скосов (см. рис. 3.6). Высота скоса была сопоставлена с высотой отклонения траектории трещины от горизонтали по поверхности пластины на одинаковой длине трещины (рис. 6.20). [c.318] Представленные поправочные функции отражают, в том числе, закономерность возрастания параметров скосов от пластической деформации при переходе от А,,, = 1,0 к = 1,5. Наблюдаемое ускорение процесса разрушения в этом случае связано с тем, что вторая компонента становится выше первой компоненты главного напряжения, вызывая более интенсивное повреждение материала. [c.321] В связи с этим рассмотрим причины различий в поведении усталостных трещин в одинаковом поле двухосного нагружения крестообразной модели, когда имеет место различная ориентация фронта трещины в соответствии с рис. 6.18. [c.321] Возникающая ситуация перед вершиной распространяющейся трещины и за ней оказывает различное влияние на развитие усталостной трещины при двухосном нагружении при различной ориентировке фронта трещины по отношению ко второй компоненте нагрузки. Это типично синергетическая ситуация в реакции материала на внешнее воздействие. В зависимости от того, какую роль играют внешние условия нагружения в кинетике усталостных трещин, материал имеет возможность задействовать различные механизмы разрушения, оказывающие влияние на скорость протекания процесса эволюции его состояния с распространяющейся усталостной трещиной. Добавление второй компоненты к нагружению по одной оси при благоприятной ориентировке трещины вызывает доминирование либо процесса пластической деформации в вершине трещины (перед ее вершиной), либо стимулирует эффекты контактного взаимодействия в перемычках между мезотуннелями за вершиной трещины. Выбор того или иного процесса происходит самоорганизован-но и зависит от того, какой из задействованных механизмов деформации и разрушения наиболее эффективно приводит к снижению темпа подрастания трещины, а следовательно, позволяет наиболее эффективно поддерживать устойчивость открытой системы — сохранять целостность элемента конструкции с развивающейся в нем усталостной трещиной. [c.324] В рассматриваемом случае экспериментальные данные доминировали в области шага усталостных бороздок более 10 м (или 0,1 мкм). [c.324] Оценка относительной живучести существенно зависит от того, каким был выбран первоначальный размер трещины, какова предельная скорость стабильного роста трещины и насколько сильно проявился эффект макротуннелирования трещины. К моменту фиксирования трещины у устья концентратора на боковой поверхности образца она уже успевает прорасти в срединной части настолько, что в некоторых случаях максимальное удаление точек фронта трещины от края концентратора (от зоны зарождения трещины) составляет 3 мм. После этого фронт трещины начинает выравниваться, однако ускорение ее роста отрицательное. Скорость роста трещин уменьшается в направлении развития разрушения, а далее происходит ее возрастание, стабилизация и последовательное развитие разрушения с нарастанием ускорения [90] (рис. 6.26). Использование специальных методических приемов для соблюдения подобия кинетики трещин между различными крестообразными моделями с разной интенсивностью эффекта туннелирования позволяет с единых позиций проводить анализ относительной живучести для широкого диапазона варьирования соотношением и асимметрией цикла нагружения. Один из таких подходов излагается далее [88]. [c.324] Результаты расчетов длительности роста трещины по указанной выше методике Np, долговечность Nf испытанных образцов и соотношение Np/Nf для разных параметров цикла представлены в табл. 6.3. [c.326] что появление трещин происходит раньше при отрицательных соотношениях главных напряжений, чем при положительных соотношениях. Длительность роста усталостных трещин и долговечность имеют тенденцию к увеличению до достижения соотношения главных напряжений 1,0. Переход к соотношению главных напряжений 1,5 сопровождается резким снижением долговечности и периода роста трещин. Различные комбинации параметров внешнего воздействия позволяют получить качественно одинаковый результат по периоду роста трещины и долговечности. [c.326] Возрастание соотношения главных напряжений ифает аналогичную роль в изменении долговечности, как и снижение уровня напряжения в случае одноосного нагружения. В области отрицательных соотношений главных напряжений следует рассматривать ситуацию малоциклового разрушения в условиях опыта, тогда как в области положительных соотношений главных напряжений реализуется многоцикловое разрушение. Это заключение подтверждается данными о соотношении между периодом роста трещины и долговечностью в подобных условиях опыта. [c.327] Коэффициенты полиномов уравнений (6.38) и (6.39) для уровня напряжения 147 МПа представлены в табл. 6.4. [c.327] Противоположный критерий следует рассматривать при переходе к 1,0 за счет возрастания второй компоненты нагружения при сохранении уровня первого главного напряжения. В этом случае усиливаются процессы скольжения при зарождении трещины, на что указывает резкое снижение долговечности, и одновременно при всех уровнях асимметрии цикла происходит зарождение трещины менее чем за 10 % от всей долговечности. Остальная часть приходится на процесс распространения трещины. В этом случае резкое возрастание величины второго главного напряжения по сравнению с компонентой Oi приводит к возрастанию уровня энергии, который связан с формированием зоны пластической деформации перед вершиной трещины. Это вызывает увеличение зоны пластической деформации и приводит к резкому снижению периода зарождения и роста трещины. [c.328] Таким образом, при анализе влияния второй компоненты нагружения в разных случаях напряженного состояния конструкции следует учитывать, за счет какой компоненты главных напряжений происходило изменение их соотношения, чтобы принимать решение о значимости роли второй компоненты нагружения в усталостном разрушении. [c.328] Вернуться к основной статье