ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Эффекты взаимодействия нагрузок при двухосном нагружении из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " После перехода от одного к другому уровню нагружения в случае вариации только максимального уровня нагрузки соотношение размеров зон будет зависеть лишь от соотношения [( I)i/( I)г+l] Поэтому качественно переходный режим нагружения в случае двухосного нагружения должен иметь те же закономерности роста трещины, что и при одноосном нагружении. Однако количественные характеристики при изменении одновременно асимметрии цикла и соотношения главных напряжений могут изменяться. Переход от одного к другому соотношению главных напряжений при прочих равных условиях влияет на поведение трещины через изменение размера зоны пластической деформации по соотношению (8.9) в связи с изменением степени стеснения пластической деформации в вершине трещины. [c.410] Подробные исследования переходных режимов нагружения на рост трещины при однопараметрической смене соотношения главных напряжений были выполнены на нержавеющей стали 304 с пределом текучести 284 и 333 МПа [40]. На крестообразных образцах толщиной 5 мм было продемонстрировано, что переходы к симметричному сжатию от одноосного растяжения или симметричного растяжения сопровождаются резким ускорением роста трещины с последующим снижением скорости по мере роста трещины. При этом в случае роста трещины при одноосном нагружении ее скорость на значительной длине остается неизменной. Причем при снижении уровня первого главного напряжения со 196 к 163 МПа различия в СРТ нет при одноосном нагружении и симметричном растяжении-сжатии. Этот факт объяснен влиянием пластических свойств материала, как это было указано в главе 6. При снижении величины ai/Oo,2 = влияние второй компоненты нагружения на рост трещины снижается. [c.410] Испытания плоских крестообразных образцов толщиной 4,9 мм применительно к алюминиевому сплаву Д16Т были проведены при одновременном варьировании несколькими параметрами цикла переходного режима нагружения [41]. Рассматривались блоки последовательно менявшихся соотношений главных напряжений, модулированное и ступенчатое изменение главного напряжения Ti, а также различное сочетание уровня напряжения, асимметрии цикла и соотношения главных напряжений в момент однократного изменения режима нагружения при выращенной трещине на длину около 5 мм с обеих сторон от центрального отверстия (рис. 8.8). [c.411] Минимальная по уровню нагрузка не привела к продвижению усталостной трещины с формированием усталостных бороздок. Только при значительном возрастании длины трещины наблюдаются зоны с усталостными бороздками малого щага и уступ, который сформирован в момент приложения к образцу нагрузки минимального уровня в блоке (рис. 8.9). Формирование уступа свидетельствует о том, что при нагружении образца на минимальном уровне напряжения имело место страгива-ние трещины и ее незначительное продвижение. [c.412] Таким образом, качественно последовательность изменения первого главного напряжения в блоке нагрузок разного уровня при различном соотношении в интервале от минус 1,0 до 1,0 приводит к аналогичному воздействию на материал, как и в случае одноосного нагружения. [c.412] В соотношении (8.11) известны величины шага бороздок из анализа излома и уровни напряжения при разном соотношении главных напряжений. Поскольку соотношение главных напряжений остается неизменным при всех уровнях напряжения в блоке, то величина поправочной функции для каждого уровня должна оставаться неизменной, если эффект взаимодействия нагрузок отсутствует не только качественно, но и количественно. [c.413] при моделировании роста усталостных трещин после резкой смены уровня напряжения в условиях двухосного нагружения можно использовать единую кинетическую кривую, учитывая влияние на последующий этап роста усталостной трещины переходного режима через поправочную функцию регулярного нагружения, если эффект взаимодействия нагрузок в виде задержки трещины не обнаружен. [c.413] Средняя величина прироста трещины за один период изменения амплитуды напряжения по результатам измерения расстояния между двумя соседними максимальными величинами шага усталостных бороздок совпадает с СРТ, определявшейся в испытаниях в виде прироста трещины по боковой поверхности образца за некоторое число периодов изменения амплитуды напряжения (рис. 8.1 Об). Для рассмотренных соотношений при монотонном периодическом изменении амплитуды напряжения закономерности роста трещин качественно аналогичны выявленным ранее при нерегулярном нагружении в условиях одноосного растяжения или изгиба. [c.415] Блочное изменение соотношения главных напряжений рассмотренно при = 115 МПа с частотой 10 Гц. Происходит монотонное снижение скорости роста усталостной трещины и шага усталостных бороздок по мере возрастания соотношения (рис. 8.11). Переход в область к(, 1,0 сопровождается быстрым возрастанием указанных параметров при возрастании Поэтому естественно ожидать при блочном изменении взаимное влияние зон пластической деформации от предыдущего и последующего соотношений главных напряжений из-за взаимодействия нагрузок с задержкой и даже остановкой трещины. [c.415] Развитие трещины в пределах каждого этапа нагружения образца с постоянным соотношением происходило не за полное число циклов приложения внешней нагрузки. Переход к уровню Хд = 1,4 после Xf, = 1,0 вызвал существенное возрастание шага усталостных бороздок, однако резкого возрастания шага по длине не произошло. Аналогичный переход по интенсивности изменения напряженного состояния в случае одноосного нагружения в связи с изменением максимального уровня напряжения цикла приводит к резкому нарастанию шага бороздок, затем происходит его снижение но мере увеличения длины трещины, и далее — более резкое нарастание шага по длине излома, чем до перехода к большему уровню напряжения. Из всей описанной последовательности эффектов взаимодействия нагрузок в случае одноосного нагружения только постепенное возрастание шага усталостных бороздок имеет место в случае двухосного нагружения. В случае возрастания соотношения до 1,4 после соотношения = 1,0, при котором можно достичь существенного стеснения пластической деформации, а следовательно, и максимального снижения скорости роста трещины при О, имеет место ускорение процесса разрушения. [c.416] После анализа однопараметрических изменений нагружения образцов перейдем к анализу кинетики усталостных трещин, когда одновременно изменяются два или три параметра цикла нагружения — соотношение главных напряжений, уровень первого главного напряжения и асимметрия цикла. В этом случае при сохранении эквивалентности повреждения материала изменение одновременно нескольких параметров может приводить к сохранению неизменной кинетики усталостных трещин. Некоторые из вариантов изменения кинетики усталостных трещин при однократном изменении параметров цикла нагружения представлены на рис. 8.12. [c.417] Переходы к меньшим уровням первого главного напряжения, возрастанию соотношения главных напряжений и увеличению асимметрии цикла приводили к аналогичному снижению шага усталостных бороздок, как и при соответствующих изменениях параметров цикла в случае испытания образцов при регулярном нагружении. При всем многообразии реализованных режимов нагружения в некоторых случаях удалось пол ить идентичную закономерность формирования усталостных бороздок до и после смены режима нагружения. [c.417] Переход от соотношения = 0,7 к минус 0,7 оказывается явно недостаточным, чтобы компенсировать уменьшение уровня напряжения с 240 до 150 МПа. Требуется еще дополнительное снижение асимметрии цикла R с 0,4 до 0,3, чтобы в несколько раз увеличить шаг усталостных бороздок после однократного перехода к меньшему уровню напряжения и существенно снизить его роль в кинетике трещин. [c.417] Смена соотношения главных напряжений в широких пределах оказывает менее сильное влияние на скорость роста трещины, чем небольшое изменение уровня главных напряжений. Переход от положительного к отрицательному соотношению главных напряжений при прочих равных условиях влияет на рост трещин, но при одновременном изменении уровня напряжений роль оказывается менее значимой. [c.417] Расчеты числа усталостных бороздок и их сопоставление с числом циклов нагружения образцов после смены режима нагружения показали, что наибольшее расхождение между ними в пределах 15 % в сторону занижения числа усталостных бороздок по сравнению с числом циклов нагружения получено при наиболее резком уменьшении шага бороздок после смены режима нагружения. В этих случаях есть основание полагать, что после перехода некоторое количество циклов нагружения образца не вызвало незамедлительного роста трещины в новых условиях. [c.417] Выявленное несоответствие результатов моделирования экспериментальным данным показало необходимость корректировки значений поправочной функции (6.41) применительно к этапу роста трещины после многопараметрических однократных переходов. Методика корректировки была такой же, как и в случае получения функций (6.41). По алгоритму моделирования роста трещины при стационарном режиме нафужения проводилось последовательное изменение величины поправочной функции с тем, чтобы получить в результате период роста трещины с точностью не менее 0,2 % по сравнению с экспериментальными данными. [c.420] В результате корректировки были получены новые величины F(j + i) (Xg, К) поправочных функций (табл. 8.1), в сопоставлении со значениями Fj кф К) поправочных функций для стационарного режима нагружения применительно к исследованным параметрам цикла нагружения. Очевидно, что реализуемая кинетика трещины протекает менее интенсивно после смены режима нагружения, чем при тех же параметрах цикла в случае регулярного нагружения. Снижение поправки произошло почти в три раза. [c.420] в случае смены режима многопараметрического нагружения взаимодействие нагрузок приводит к снижению темпа роста трещин по сравнению с тем, что отвечает регулярному нагружению материала с теми же параметрами цикла. Создание условий изменения параметров цикла нагружения позволяет существенно снизить этим развитие усталостной трещины и управлять данным процессом. [c.420] Вернуться к основной статье