ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Форма цикла нагружения из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Воздушные суда гражданской авиации в процессе каждого полета испытывают не только изменяющиеся по частотному составу нагрузки. Длительное статическое нагружение элементов конструкции ВС с неизменным по уровню воздействием происходит на этапе крейсерского полета. Применительно к алюминиевым сплавам, которые воплощены в конструкции планера и крыльях ВС, длительная выдержка под нагрузкой имеет место в течение длительных этапов полета в спокойной атмосфере. [c.354] Помимо перечисленных элементов конструкции и материалов имеет место длительное воздействие во время стоянки воздушного судна на стойки шасси. Стойки изготавливают из титановых сплавов, средне- и высокопрочных сталей. Поэтому для указанной группы материалов проблема влияния формы цикла нагружения на скорость роста усталостных трещин является также актуальной. [c.354] Наконец, в системе управления ВС имеются гидроагрегаты, которые в процессе функционирования могут в течение нескольких секунд, а в некоторых ситуациях и минут, испытывать внутреннее давление. Весь цикл напуска гидрожидкости и ее удаления может составлять различную продолжительность с вариацией скорости возрастания и снятия давления. Сосуды под давлением изготавливают из сплавов на основе алюминия, титана, и в некоторых случаях они могут быть изготовлены из нержавеющей стали. [c.354] Представленные соотношения указывают на возможность введения соответствующих безразмерных поправок в качестве характеристик влияния выдержки под нагрузкой на скорость роста усталостной трещины. Запись (7.17) подобна записи (7.15) и отличается принципиально добавкой функции взаимодействия двух рассматриваемых факторов внешнего воздействия. [c.357] Варьирование формы цикла нагружения активизирует процессы разрушения жаропрочных сплавов, но и может вызывать пластическое затупление вершины трещины. С возрастанием длительности выдержки пластическое затупление может доминировать, что и вызывает снижение скорости роста трещины. В общем случае процессы повреждения материала в цикле нагружения могут быть описаны с помощью модели (рис. 7.13), предложенной в работе [54]. Как следует из этой модели, выдержка под нагрузкой, как и форма цикла, влияет на активизацию процессов ползучести, которые служат ускоряющим фактором в развитии усталостной трещины и могут быть охарактеризованы, например, так, как это представлено в соотношении (7.17). [c.358] Во втором слз ае нагружения материала в области выше критических условий влияние изменения частоты нагружения, выдержки под нагрузкой и температуры не изменяет механизма формирования усталостных бороздок. С увеличением температуры их шаг нарастает в связи с различными процессами разрастания затупления вершины или нарастанием пор перед вершиной (см. рис. 7.12). Однако их количество полностью характеризует количество циклов нагружения образца, а следовательно, и разрушенного в эксплуатации элемента конструкции. Поэтому оценка длительности роста усталостных трещин по числу усталостных бороздок является корректной для практики. В этом случае может быть проведена оценка уровня эквивалентной деформации или напряжения по соотношениям, представленным в главе 4 настоящей книги. Решение прямой задачи моделирования роста трещин в условиях многофакторного воздействия оказывается более сложной проблемой. Необходимо использовать вид уравнения с различной величиной показателя степени у длины трещины на основе испытания образцов для различных материалов. [c.359] Применительно к решению задачи об определении причины разрушения элемента конструкции реализованный процесс роста трещины уже имеет указанный показатель степени. Он может быть определен в результате измерений шага усталостных бороздок по длине трещины, поэтому решение обратной задачи становится достаточно простой процедурой. По известным или предполагаемым значениям поправочных функций, полученным на основе испытания образцов, производится оценка реализованных условий процесса усталостного разрушения жаропрочных и нержавеющих сталей. Она позволяет дифференцировать процессы, реализованные в области низкочастотного, высокотемпературного нагружения и с выдержками материала под нагрузкой. [c.359] Титановые сплавы. Титановые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью по отношению к воздействию окружающей среды, и поэтому роль частоты нагружения, так же, как и выдержка под нагрузкой, в значительной мере определяется состоянием материала или его свойствами сопротивляться росту трещин при переменных условиях температурно-скоростного нагружения. Применительно к авиационным конструкциям следует отметить, что все многообразие разрушений титановых сплавов происходит при близких физико-механических характеристиках материала, которые регламентированы технологическим циклом изготовления той или иной детали. Следует оговориться, что речь не идет о ситуациях, когда разрушение материала в эксплуатации явилось следствием наличия в нем дефектов типа альфирован-ных, газонасыщенных или иных зон с измененными свойствами, в том числе с иными физико-меха-ническими характеристиками в дефектных зонах. [c.359] Таким материалом явился сплав Ti-1100, имеющий следующий состав Ti, А1 — 6 %, Sn — 2,8 %, Zr - 4 Mo - 0,4 Si - 0,45 О - 0,07 и Fe - 0,03 % максимум [64, 65]. Используемый режим термообработки приводит к среднему размеру р-зерен около 615 мкм и размером а-колоний около 45 мкм. Испытания были выполнены на компактных образцах толщиной 10 мм при нагреве до 593 °С с вариацией частоты нагружения формой цикла, включая выдержку под нагрузкой 10 Гц 10 с-10 с, 100 с-100 с, 10 с-150 с-10 с и 10 с-300 с-10 с. Оказалось, что при частоте 10 Гц и 10 с-10 с в области скоростей роста трещин более 10 м/цикл до KИH м / скорость выше для большей длительности цикла, а далее они совпадают. Оба других сопоставляемых по форме и длительности цикла нагружения дают почти одинаковый результат по скорости роста трещины. Выполненный фрак-тографический анализ показал наличие развитого внутризеренного скольжения без формирования усталостных бороздок с элементами межзеренного разрушения. При этом был сделан вывод о том, что процесс ползучести не играет заметную роль в исследованной области длительностей цикла нагружения при нагреве материала. [c.360] Вместе с тем применительно к авиационным конструкциям проблема использования титановых сплавов для изготовления дисков компрессоров различных ступеней ГТД состоит в существовании чувствительности титановых сплавов к условиям их эксплуатационного нагружения [66-72]. Снижение скорости деформации и переход к трапецеидальной форме цикла нагружения сопровождаются увеличением скорости роста трещины и сменой механизма роста трещины. Это касается титановых сплавов типа Ti-Al-Mo с пластинчатой и глобулярной структурами в двухфазовом и однофазовом состоянии. [c.360] В связи с этим более подробно рассмотрим влияние параметров структуры Ti-сплавов и условий их нагружения на закономерности развития процесса усталостного разрушения. [c.360] Вернуться к основной статье