ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Деформационная трактовка накопления усталостных повреждений при нерегулярном малоцикловом и миогоцикловом нагружении с перегрузками из "Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении " Выше деформационно-кинетические критерии малоциклового разрушения рассмотрены и обоснованы для весьма различных условий изотермического и неизотермического нагружения как в области умеренных, так и высоких температур, в том числе при программном изменении напряжений и деформаций. Вместе с тем наиболее общим случаем является нерегулярное нагружение, и проверка применимости деформационно-кинетических подходов к оценке прочности в таких условиях представляет существенный интерес. [c.57] В Институте машиноведения выполнена серия испытаний [95, 96], обосновывающая деформационную трактовку накопления усталостных повреждений при нерегулярном малоцикловом и многоцикловом нагружении с перегрузками. [c.57] Названные условия нагружения приняты как весьма общие и характерные для ряда ответственных узлов и деталей машин, когда осуществляется нерегулярное усталостное нагружение с кратковременными перегрузками. При этом уровень переменных напряжений, как правило, не достигает предела пропорциональности материала и соответствует величине предела усталости или несколько его превышает, в то время как перегрузки выводят материал за предел упругости. В этом случае разрушение может происходить и в многоцикловой области, и при малом числе циклов нагружения. [c.57] В условиях рассматриваемого типа нагружения проявляются особенности малоцикловой усталости, заключающиеся прежде всего, как отмечено выше, в возможности накопления в процессе циклических нагружений наряду с усталостными повреждениями и квазистатических. В указанном наиболее общем случае оценка накопления повреждений может быть выполнена в деформационной форме, что является традиционным для малоцикловой ветви кривой усталости [2—8] и обосновывается в ряде исследований также и для многоцикловой области [144, 210, 211], а расчет повреждений представляется возможным осуществить на основе деформационно-кинетических критериев разрушения. [c.57] Применительно к рассматриваемой задаче оценки прочности в условиях сочетания малоциклового и многоцикловОго, в том числе и случайного по характеру нагружения с наложенными кратковременными перегрузками, справедливость деформационнокинетического критерия разрушения не очевидна. С целью обоснования справедливости критерия (1.1.12) для указанных случаев проводились испытания при мягком и жестком типах нагружения, а также программном нагружении как с регулярным, так и нерегулярным изменением напряжений или деформаций в процессе испытания. Во всех случаях форма цикла регулярного нагружения была симметричной синусоидальной, и общая долговечность всех испытанных образцов не превосходила 5 10 циклов. Частота испытаний выбиралась из условий соблюдения требований ГОСТ 2860—65 Металлы. Методы испытаний на усталость об исключении саморазогрева образца до температуры более 50° С в процессе повторных нагружений при нормальной температуре. В зависимости от уровня напряжений (деформаций) частота составляла 0,5—50 Гц. [c.58] Испытания проводились на электрогидравлической испытательной установке фирмы МТЗ с обратной связью. Установка позволяет производить испытания при растяжении — сжатии с максимальным усилием 10 тс и выполнять программное нагружение в режиме слежения за усилиями, деформациями или перемещениями. Погрешность регулирования программируемого параметра не превышает (0,5 — 1)% в диапазоне частот до 5 Гц и 2,5% при частоте более 5 Гц. Установка с помощью генератора случайных сигналов и системы фильтров обеспечивает случайное нагружение в выбранном диапазоне частотных характеристик от 0,125 до 100 Гц. [c.58] В процессе испытаний измеряются с помощью тензометрических динамометра и деформометра (экстензометра) характеристики нагружения и деформирования образца. Деформометр для измерения продольных деформаций с базой 20 мм устанавливается непосредственно на рабочей части образца. Для регистрации диаграмм циклического деформирования использовался двухкоординатный прибор фирмы Брайане с точностью регистрации 0,5% при частотах нагружения до 5 Гц. [c.58] Испытывались гладкие цилиндрические образцы диаметром 12 мм с двукратной рабочей длиной, обеспечивающие установку продольного деформометра с базой 20 мм и возможность нагружения без потери устойчивости в режимах, соответствующих малой долговечности. [c.58] Исследовался материал сталь 40Х. Статические характеристики прочности и пластичности стали 40Х после закалки (860° С) и отпуска (620° С) на твердость 241—255 НВ следующие Оцц = = 66,5 кге/мм , Оо,2 = 68, = 88,5, г() = 53%, б = 15,4%. [c.58] Предел ограниченной выносливости на базе 10 циклов для исследуемого материала оказался равным а 1 = 31,5 кге/мм . [c.58] Как упоминалось выше, базовыми характеристиками в условиях деформационной трактовки являются статические испытания на разрыв и испытания на усталость при жестком нагружении. [c.59] По характеристикам пластичности материала может быть получена предельная величина односторонне накопленной деформации ef = 0,51н(1 — с помош ью которой определяется располагаемая пластичность и доля квазистатического повреждения в условиях циклического нагружения (уравнение (1.1.12)). [c.59] Другим базовым экспериментом является жесткое циклическое нагружение. В этих испытаниях поддерживаются постоянными от цикла к циклу максимальные деформации, т. е. накопление односторонних деформаций и, следовательно, квазистатичес-ких повреждений исключено. Разрушение в этих условиях происходит в результате накопления усталостных повреждений. На рис. 1.4.1, а приведена кривая усталости материала, по которой в соответствии с уравнением (1.1.12) может быть вычислена для любого регулярного и нерегулярного режимов нагружения величина усталостного повреждения. [c.59] Сопоставление на рис. 1.4.1, а кривых, характеризующих сопротивление циклическому нагружению материала при мягком и жестком нагружениях, показывает значительное различие долговечностей. При этом кривая разрушения при мягком режиме строилась в зависимости от деформации в исходном нагружении и, таким образом, не учитывалась кинетика циклических деформаций. Указанное различие долговечностей (см. рис. 1.4.1, а) существенно для области малоциклового нагружения (К Ю ), и при переходе в область многоциклового нагружения долговечности, получаемые в условиях мягкого и жесткого нагружений, становятся сопоставимыми. [c.60] Суммарное повреждение оказывается в пределах 0,78—1,44, что соответствует характерному рассеянию [162, 187]. [c.60] Более жесткая проверка справедливости использования критерия (1.1.12) для описания процесса накопления суммарного повреждения в широком диапазоне долговечностей может быть осуществлена при программном нагружении как с регулярным, так и нерегулярным изменением напряжений (деформаций) в процессе испытаний. [c.61] Программные испытания проводились при двухступенчатом блочном нагружении в мягком режиме, причем при высоких напряжениях (о = 55 кгс/мм ) число циклов в блоке варьировалось в диапазоне от 2 до 200, а на малом уровне напряжений (о = 35 кгс/мм ) подбиралось из условий обеспечения до разрушения образца порядка 5 блоков чередования нагрузки и составляло от 2-10 до 6-10 циклов. [c.61] Для расчета накопленного повреждения В по результатам двухступенчатого блочного нагружения с использованием зависимости (1.1.12) необходима прежде всего запись поциклового изменения деформаций на каждом уровне блока нагружения вплоть до достижения образцом предельного состояния по моменту образования макротрещины. Дальнейшая обработка каждой из двух полученных таким образом кривых изменения деформаций в процессе испытания для каждого образца (по числу уровней в блоке) осуществляется по методике, изложенной выше для случая мягкого стационарного нагружения. Суммарное накопленное повреждение, таким образом, учитывает вклад каждой ступени блока нагружения и в соответствии с зависимостью (1.1.12) определяется с учетом усталостных и квазистатических повреждений. [c.61] В табл. 1.4.1 приведены параметры программного нагружения и результаты оценки для этого вида нагружения величины В по изложенной выше методике. В блоке нагружения максимальные и минимальные уровни напряжений составляли 55 и 35 кгс/мм . [c.61] Нерегулярное случайное нагружение осуществлялось в режиме слежения за деформациями в процессе испытаний. Среднее значение регулируемого параметра процесса во всех случаях нагружения задавалось равным нулю. Примеры осциллограмм изменения нагрузки и деформации в процессе испытаний показаны на рис. 1.4.3. [c.61] Вернуться к основной статье