ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Прочность при неизотермическом малоцикловом и длительном циклическом нагружении из "Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении " Оценка прочности таких конструкций может быть предпринята с позиций деформационно-кинетического подхода к накоплению повреждений, оказывающегося достаточно эффективным при формулировке критериев малоцикловой прочности в области нормальных, повышенных и высоких температур. [c.44] Предельные числа циклов на стадии образования трещин определяются на основе деформационно-кинетических критериев малоциклового и длительного циклического разрушения (уравнение (1.2.8)) линейным суммированием квазистатических и усталостных повреждений с учетом изменения циклических и односторонне накопленных деформаций по числу циклов и времени, а также изменения во времени располагаемой пластичности материала. [c.44] Возможность применения деформационно-кинетических критериев малоцикловой и длительной циклической прочности в условиях неизотермического нагружения должна быть экспериментально обоснована с учетом особенностей, сопровождающих процесс циклического нагружения при переменных температурах. Эти особенности прежде всего связаны с характером изменения во времени и с числом циклов нагружения располагаемой пластичности материала, а также односторонне накопленных и циклических необратимых деформаций. [c.44] В общем случае при неизотермическом нагружении диапазон изменения температур может охватывать температуры, для которых зависимость располагаемой пластичности от времени оказывается выраженной, причем интенсивность процесса при максимальных и минимальных уровнях температуры может быть существенно различной. В связи с этим в условиях неизотермично-сти величина располагаемой пластичности становится зависящей от формы температурного цикла. [c.44] Другой важной особенностью неизотермического нагружения является то обстоятельство, что характер поциклового изменения напряжений и деформаций, определяющий кинетику накопления усталостного и квазистатического повреждений, в значительной степени обусловлен реализующейся комбинацией процессов нагружение—разгрузка и нагрев—охлаждение. В определенных случаях разрушение в неизотермических условиях может происходить при значительно меньшем (до 4—5 раз и более) числе циклов нагружения, чем при постоянной температуре. [c.44] Для количественной оценки эффектов неизотермичности нагружения на процесс накопления квазистатических (длительных статических) и усталостных повреждений требуется выполнение экспериментальных программ исследований в условиях переменных температур. Необходимо прежде всего осуществление базовых испытаний для контрастных сочетаний режимов нагружения и нагрева, какими являются режимы жесткого нагружения, сопровождающиеся синфазным и противофазным нагревом—охлаждением образца (рис. 1.3.1, а — г). [c.44] Другим базовым испытанием свойств материалов при неизотермическом длительном малоцикловом нагружении оказывается испытание с целью определения располагаемой пластичности материала. Такие данные могут быть получены при монотонном статическом растяжении образца с варьируемой в широких пределах скоростью деформирования в условиях заданного температурного цикла (рис. 1.3.1, д). [c.45] Устанавливаемые на основе базовых экспериментов зависи-мости служат для оценки накопления повреждений при различных, а в общем случае произвольных сочетаниях режимов нагрева и нагружения. [c.45] С использованием описанного подхода к изучению закономерностей неизотермического малоциклового нагружения и аппаратуры на основе программных систем нагружения и нагрева с обратными связями по нагрузкам (деформациям) и температуре в Институте машиноведения был получен ряд данных, характеризующих неизотермическое сопротивление на примере стали Х18Н9 [91]. [c.46] Выявленное при неизотермическом нагружении характерное для ряда сталей и сплавов (например, Х18Н9, ЭИ-654, ВЖ-98, ЭП-693ВД и др.) наличие режимов, обладающих большим повреждающим эффектом, требует при расчете конструкций на малоцикловую усталость определять и учитывать названные эффекты, обусловливающие для некоторых конструкционных материалов изменение долговечности не в запас прочности. [c.47] Анализ результатов испытаний материалов на термическую усталость [34, 71, 81, 99, 102, 194, 205] выявил определенную не-стационарность процесса циклического упругопластического деформирования образца, причем нагружение может сопровождаться накоплением с числом циклов односторонней деформации растяжения и сжатия вследствие формоизменения рабочей части с образованием характерных зон шейки и бочки (рис. 1.3.4). Следует подчеркнуть, что указанные особенности деформирования связаны с условиями испытаний (жесткостью нагружения, уровнем температур цикла, скоростью нагрева и охлаждения, видом термического цикла) и определяются различным сопротивлением статическому и циклическому деформированию частей образца, нагретых в различной степени из-за наличия продольного градиента температур, характерного для термоусталостных испытаний. [c.48] Учитывая отмеченную специфику деформирования нри термоусталостном нагружении, в работе [103] предлагается метод оценки термической прочности с позиций деформационно-кинетического критерия малоциклового разрушения [129, 162], экспериментально обоснованного в области повышенных и высоких температур при изотермических испытаниях материалов. Названный критерий, как отмечалось выше, описывает условия достижения предельного состояния по разрушению квазистатического и усталостного типов как для мягкого и жесткого, так и промежуточного между мягким и жестким характера нагружения, что охватывает особенности нестационарного циклического деформирования, свойственные термоусталостным испытаниям. [c.49] Предполагается, что разрушение при термоусталостном нагружении обусловливается, так же как и при изотермическом длительном малоцикловом деформировании, накоплением и взаимосвязью усталостного и квазистатического (длительного статического) повреждений. [c.49] Для корректной оценки накопления усталостных и длительных статических повреждений при термоусталостном нагружении требуется получение системы базовых данных путем проведения соответствующих экспериментов с учетом специфики переменных температур [91]. Такими базовыми экспериментами являются испытания с целью определения располагаемой пластичности материала и получения кривых усталости в условиях термоусталостного цикла нагружения и нагрева соответствующей частоты. [c.49] Кривые усталости и данные о располагаемой пластичности материала используются для определения доли усталостного и длительного статического повреждений соответственно. [c.49] Таким образом, для оценки термоусталостной прочности материалов необходимо иметь информацию о кинетике циклической и односторонне накопленной деформации, получаемой из экспериментов на термоусталостных установках с непрерывной автоматизированной регистрацией параметров процесса деформирования и нагружения [34, 102, 104], а также получить данные-о располагаемой пластичности и сопротивлении неизотермической усталости с использованием программных установок со следящимп системами нагружения и нагрева, позволяющих воспроизводить, в частности, требуемые режимы неизотермического статического разрыва и жесткого усталостного нагружения в условиях заданной формы цикла нагрева [91]. [c.49] В условиях термоусталостных испытаний место возникновения разрушения на рабочей длине образца определяется следующими основными факторами. Это характер распределения температур и закономерности сопротивления циклическому неизотермичеекому деформированию и разрушению при различных температурах, а также формоизменение образца в процессе теплосмен. [c.50] Нагрев образцов пропусканием тока сопровождается появлением выраженного продольного градиента температур из-за интенсивного теплоотвода через захваты в ненагретые части испытательной установки. На рис. 1.3.5 показаны значения температур вдоль образца в моменты достижения максимальной и минимальной температуры цикла. Длительность цикла нагрева и охлаждения 5,5 мин, период нагрева от 200 до 900 С составлял 70 с. [c.50] В результате формоизменения в настоящих испытаниях бочка образовывалась в середине рабочей длины, две симметричные шейки появлялись на расстоянии приблизительно 6 мм от конических переходных частей образца (см. рис. 1.3.5). [c.51] Сочетание приведенных выше свойств и особенностей деформирования при термоусталостных испытаниях сплава ЭП-693ВД обусловливает появление трещин циклического разрушения в зонах шейки , что говорит о выраженном влиянии процесса накопления односторонних деформаций и, следовательно, квази-статических повреждений на достижение предельного состояния по условию циклического разрушения. Однако при испытаниях на больших уровнях долговечности с жесткостью нагружения с 95 тс/см, когда эффект накопления односторонних деформаций практически отсутствует (см. рис. 1.3.6), можно ожидать возникновения термоусталостной трещины в зоне перехода от рабочей длины к конической части образца, где температура цикла соответствует минимальной пластичности и, следовательно, долговечности материала. [c.51] Вернуться к основной статье