ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сопротивление разрушению при циклически изменяющихся напряжениях из "Материалы и прочность деталей газовых турбин " Циклическое нагружение материала в зависимости от температуры, частоты, асимметрии цикла может вызвать как квази-статическое разрушение, так и разрушение от усталости , При знакопостоянных циклических напряжениях также наблюдаются процессы усталостного разрушения, вызванные тем, что при циклическом цеформировании протекают процессы обратного упругого последействия - ширина петли гистерезиса не равна нулю. [c.168] Как уже отмечалось, процессы ползучести развиваются в конструкционных материалах при температурах, близких к комнатной. Отсюда разрушающие напряжения при циклическом знакопостоянном нагружении могут быть существенно меньше предела прочности. При наличии концентраторов напряжений разгрузка вызывает образование остаточных напряжений, которые могут быть столь значительными, что образуются необратимые деформации противоположного знака. [c.168] Сопротивление усталости материалов характеризуют пределом усталости, относящимся к заданным асимметрии цикла г = о т.п/о тах, температуре, числу циклов, виду напряженного состояния и частоте. [c.169] В настоящем параграфе рассмотрим особенности поведения материалов при высокочастотном и низкочастотном нагружении в условиях постоянных и изменяющихся температур. Основные понятия и обозначения, используемые при рассмотрении процессов усталости, определены в ГОСТ 23207-78. [c.169] Влияние асимметрии цикла. Различными авторами предложены формулы для приближенных оценок влияния асимметрии цикла на сопротивление усталости материалов (табл. 2.16). Наиболее универсальной для высокочастотной усталости при повышенных температурах является зависимость [100] сг - (г, .(г. [c.170] Существенное развитие работ в этой области получено Г. Г. Медекшасом, изучившим вопросы захлопывания трещин в полуцикле сжатия [101]. [c.171] Статистическая обработка результатов испытаний. При оценке усталостной прочности используют статистические методы, аналогичные применяемым при оценке длительной прочности (см. стр. 138-140). Результаты статистической обработки экспериментальных данных усталостных испытаний показали, что разброс характеристик сопротивления усталости достаточно хорошо описывается законом нормального распределения [102]. Так, в работе [103] приведены результаты обработки результатов испытаний жаропрочных сплавов различных марок. Принимается линейная зависимость вида а - Ыgo. Значения коэффициентов а, Ь, а также среднеквадратичного отклонения 5 и коэффициента корреляции г определялись в зависимости от температуры, среды, асимметрии цикла, формы образца (табл. 2.17). [c.171] Рассеяние значений долговечности зависит от действующих механизмов сдвигообразования и вакансионно-диффузионного типа. Для статистического описания процессов усталостного разрушения при действии обоих механизмов вместо нормального распределения используют представления о двухмодальных распределениях, согласно которым функция распределения смеси определяется через функции распределения составляющих с помощью весовых коэффициентов [104]. [c.172] Влияние концентрации напряжений. О том, насколько тот или иной металл чувствителен к концентрации напряжений в условиях действия циклической нагрузки, судят обычно по значениям эффективного коэффициента концентрации напряжений эф = = о а.гл/ Га.н, где (Га.гл - прсдсльная амплитуда напряжений для гладкого образца Га. - номинальная предельная амплитуда для образца с концентратором напряжений. Различают для амплитуды, среднего напряжения, асимметричного цикла с заданной степенью асимметрии, различных чисел циклов до разрушения No (в том числе соответствующих пределу усталости) и различных напряженных состояний (растяжения - сжатия и изгиба). [c.172] С ростом температуры и уменьшением ан значение кзф уменьшается. Для литых сплавов меньше, чем для деформированных. [c.173] Влияние температуры на характеристики усталости разных металлов различно (табл. 2.18). Это вызвано различиями зависимостей от температуры таких характеристик материала, влияющих на сопротивление усталости, как предел текучести, сопротивление ползучести, деформационная способность, характер циклической нестабильности и др. [c.173] Понижение предела текучести материала с ростом температуры вызывает увеличение ширины петли гистерезиса циклически стабильного материала, испытываемого при постоянной амплитуде напряжения, что при постоянстве его деформационной способности в рассматриваемом диапазоне температур приводит к уменьшению долговечности. Характер зависимости сопротивления ползучести от температуры является определяющим при сопоставлении долговечностей особенно в условиях низкочастотных испытаний с амплитудами напряжений, меньшими циклического предела пропорциональности. (Сказанное хорошо иллюстрируется йпытами, проведенными в условиях, исключающих протекание процессов ползучести. [c.173] Анализ результатов исследований температурной зависимости усталостной прочности титана и железа показывает, что в интервале температур, вызывающих деформационное старение, предел усталости повышается до значений, равных циклическому пределу пропорциональности (упругости). [c.173] Интенсификация процессов циклического разупрочнения металла с ростом температуры приводит к ускоренному исчерпанию ресурса пластичности и преждевременному разрушению. Понижение сопротивления усталости жаропрочных сплавов с повышением температуры и уменьшением жаропрочности материала иллюстрируется данными, приведенными в табл. 2.19, и кривой на рис. 2.64. [c.173] Примечание. I, II- корсетная и цилиндрическая формы рабочей части образца к.и. - консольный изгиб с вращением ч.и. - чистый изгиб с вращением. [c.174] Влияние частоты нагружения на усталостную прочность при высокочастотном нагружении сказывается существенно слабее, чем при низкочастотном. Тем не менее непосредствейное использование данных, полученных при частотах 3000-5000 П , применительно к условиям циклического нагружения с частотами 50-200 Гц признается необоснованным. Характер частотной зависимости г.1 обычно определяется в условиях, когда исключен разогрев образцов в процессе испытания. По данным Н.Д. Жукова, с повышением частоты от 00 до 2000 Гц сопротивление усталости сплава ЭИ617 при 850 увеличивается от 300 до 400 МПа для 10 циклов и от 260 до 320 МПа для 10 циклов. По достижении некоторого критического значения (1000-2(ю0 Гц) зависимость о. от частоты имеет максимум. [c.176] Влияние вида нагружения. На усталостную прочность влияет вид нагружения. Известно большое число исследований, свидетельствующих о том, что в условиях неравномерного напряженного состояния при изгибе предел выносливости o ili имеет большие значения, чем пр растяжении-сжатии r f. Так, для сплава нимоник 90 при 750 С (см. табл. 2.19) (Г-i = 359 МПа и rPi = 241 МПа. [c.176] Усталость при сложном напряженном состоянии. Условия усталостного разрушения при сложном напряженном состоянии обычно связывают с условиями разрушения при одноосном напряженном состоянии соотношениями, полученными на основе тех же теорий прочности, что и для статического разрушения [108]. [c.176] Получено удовлетворительное соответствие расчетных и экспериментальных значений долговечности для ряда конструкционных и жаропрочных сплавов при переменном изгибе и двухосном статическом растяжении, при знакопеременном кручении и двухосном статическом растяжении, при совместном переменном изгибе и кручении в сочетании с двухосным статическим растяжением [110]. [c.177] Вернуться к основной статье