ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Уравнения состояния, кинетика деформаций и разрушение в элементах конструкций из "Уравнение состояния при малоцикловом нагружении " Механика малоциклового деформирования и разрушения по мере развития ее базисных направлений становится научной основой расчетов прочности и ресурса машин и конструкций на стадиях проектирования и эксплуатации. Это в первую очередь относится к несуш,им элементам конструкций и деталям машин, испытывающим действие повторных экстремальных тепловых и механических нагрузок. Такие нагрузки возникают при повышении рабочих параметров машин и конструкций — единичной мощности, скоростей, давлений, температур, а также при повышении маневренности, форсировании режимов работы, возникновении аварийных ситуаций при переходе к полупиковым и пиковым режимам эксплуатации. При этом число циклов нагружения на основных расчетных и экстремальных режимах в зависимости от типов и назначения машин и конструкций (атомные реакторы, тепловые энергетические установки, паровые и гидравлические турбины, химические аппараты, технологические и транспортные установки, летательные аппараты и другие объекты новой техники) изменяется от 1 до 10 и более. Температурные режимы (изотермические и неизотермические) таковы, что абсолютные значения максимальных температур несущих элементов достигают 600—1200° С и более, а перепады температур при программном и аварийном изменении режимов достигают 400—500° С со скоростями от 1 до 10 град/ч. Время одного цикла термомехапического нагружения составляет от 10 до 10 с при общем временном ресурсе от 10 до 10 ч. [c.5] В настоящей книге основное внимание уделено обоснованию уравнений состояния, как исходной расчетной информации для описания кинетических закономерностей номинального и местного деформирования и условий перехода к рассмотренным ранее предельным состояниям на базе деформационных критериев разрушения. [c.7] Во втором случае экспериментальные исследования сосредоточены на получении исходных характеристик материалов по сопротивлению деформированию и разрушению. Эти характеристики определяются при испытаниях лабораторных образцов. Критерии повреждения устанавливаются на базе исследований основных механических закономерностей поведения материалов при кратковременном и длительном нагружении (ползучесть, длительная прочность и пластичность), при малоцикловом нагружении с выдержками и без выдержек. Указанные исследования позволяют сформулировать критерии образования и развития разрушения и уравнения состояния. [c.9] Экспериментальные и расчетные исследования полей напряжений и деформаций и свойств материалов являются основой для разработки критериев разрушения при неоднородном дефор мированном состоянии (в зонах и вне зон концентрации), а также методов расчета элементов конструкций на циклическую прочность. Усовершенствование и развитие этих методов наряду с их апробированием при проектировании машин и конструкций, подвергаемых действию переменных тепловых и механических нагрузок, используется при разработке нормативных материалов по прочности. [c.9] Постоянство Р (к) функции Р (к) = 1) соответствует циклической стабилизации, рост Р (к) -1) — циклическому разупрочнению и уменьшение (/ (к) С 1) — циклическому упрочнению. [c.10] Оценку справедливости уравнений состояния (1.3) и (1.4) н соответствующую их корректировку осуществляют на основе проведения ступенчатых или программных (по нагрузкам и температурам) испытаний. [c.12] Указанные выше эксперименты позволяют получить изоцикли-ческие (при нормальных температурах) и изохронные изоцикли-ческие (при повышенных температурах) кривые деформирования в рамках деформационной теории пластичности и ползучести. [c.12] Испытания при нагружении с заданными амплитудами деформаций (жесткое нагружение) с выдержками (при высоких температурах) и без них (при нормальных и повышенных температурах) позволяют также осуществитьпроверку справедливости уравнений состояния и получить кривые сопротивления малоцикловому и длительному циклическому разрушению. [c.12] Указанный выше комплекс базовых испытаний и основных характеристик сопротивления деформациям и разрушению позволяет перейти к оценке кинетики деформаций и прочности элементов конструкций и деталей машин. [c.12] Уравнения типа (1.3) и (1.4) могут быть построены с использованием различных (рассмотренных в настоящей книге) схем и моделей деформируемых сред феноменологических свойств подобия диаграмм циклического упругопластического деформирования (обобщенные диаграммы циклического деформирования) структурных моделей деформируемых сред с различными числом, ориентировкой и свойствами подэлементов моделей сред с введением дополнительных микронапряжений, зависящих от величины и направления неупругих деформаций. [c.12] Эти уравнения входят как существенный составной элемент в условия накопления повреждений, формулируемых на базе силовых, энергетических и деформационных критериев разрушения. При этом, как указывалось ранее, преимущественное значение при расчетах прочности и долговечности имеют деформационные критерии разрушения, позволяющие наиболее полно учесть кинетику деформаций в зонах максимальной нагруженно-сти и изменение во времени характеристик пластичности. Деформационные критерии разрушения применимы для двух основных стадий повреждения — образования макротрещин и их развития до достижения неустойчивого критического состояния. [c.12] При усложнении режимов изменения во времени т номинальных напряжений и температур I уравнение (1.3), основанное на деформационной теории пластичности, будет давать все возрастающие погрешности и это потребует перехода к использованию в расчетах различных модификаций теории течения. [c.14] По данным расчета на стадии образования и развития трещин определяются (рис. 1.4, в) соответственно долговечности (кривая 1) II Ур (кривая 2) для заданного в эксплуатации напряжения введение запасов позволяет установить допускаемые числа циклов [тУд] и [ Ур] для напряжений о)(. [c.15] Из рис. 1.3 и 1.4 следует, что уравнения сосчояния являются существенным составным элементом определения прочности и долговечности элементов конструкций и деталей машин при малоцикловом нагружении. При этом выбор уравнений состояния, моделей деформируемых сред и теорий циклической пластичности и ползучести в общем случае должен осуществляться с учетом условий нагружения (по деформациям, температурам, временам), конструктивных форм рассматриваемых элементов, уровня точности задания исходной расчетной информации об эксплуатационных тепловых и механических нагрузках. [c.15] Для элементов современных конструкций, работающих в условиях воздействия температурных и силовых факторов, процессы перераспределения деформации, накопления новреждений и изменения механических свойств оказывают сопоставимое влияние на кинетику несущей способности, отражая особенности воздействия циклических и статических составляющих нагруженности. Эта кинетика особенно выражена для условий малоциклового нагружения при новынгенных температурах на стадиях образования и развития трещин. [c.16] Исследования критериев малоциклового разрушения при повышенных и высоких температурах ведутся в последнее время весьма интенсивно, о чем свидетельствует большое количество различных предложений, посвященных выбору физически обоснованной меры повреждаемости материала в процессе эксплуатации и разработке соответствующих кинетических зависимостей, позволяющих оценивать остаточный ресурс конструкций в связи с параметрами процессов нагружения и нагрева. Существующие опытные данные указывают на значительную сложность физических процессов, приводящих к разрушению материала при высокотемпературном циклическом нагружении. Взаимодействие стадий образования и подрастания микропор и микротрещин в процессе пластического деформирования, слияния микротрещин, образования и распространения макротрещины подчиняется сложным статистическим закономерностям и не получило до настоящего времени исчерпывающего теоретического описания. Поэтому практически все существующие модели накопления повреждений базируются, как правило, на феноменологических представлениях. При этом оценку накопленных в процессе деформирования повреждении осуществляют, используя различные скалярные и тензорные параметры [18—201 (эффект Баушингера, длина траектории пластического деформирования, изменение плотности и т. п.), являющиеся макроскопическими (механическими) характеристиками явлений, определяющих на структурном уровне накопление и перераспределение поврежденности материала. [c.16] Экспериментально установлено, что интенсивность процессов накопления циклических и длительных статических повреждений определяется скоростью и длительностью деформирования и существенно зависит от уровня температур. В общем случае с повышением температуры сильнее убывает сопротивление длительному статическому разрушению, чем циклическому. В соответствии с этим при длительном циклическом нагружении с ростом температуры происходит переход от преобладающей роли усталостного повреждения к длительному статическому, и только в некотором интервале температур их роль сопоставима. [c.17] Вернуться к основной статье