Материалы Разрушение от усталости

Согласно выражениям (1.41), (1.42), процесс приспособляемости с увеличением числа циклов резко замедляется (у упрочняющихся материалов показатель 0<а<0,5). Поэтому фактически возможность приспособляемости за счет циклического упрочнения материала оказывается довольно ограниченной, часто разрушение от усталости наступает раньше [89]. [c.36]

Разрушение от усталости происходит в том случае, если усилия, действующие на детали, и напряжения, испытываемые материалом, меняются циклически, например от наибольшей до наименьшей величины, а затем снова до наибольшей. Так, точки поперечного сечения нагруженной оси вала турбины, перемещаясь при вращении, испытывают попеременное сжатие и растяжение. Ось турбины, изгибаемая собственным весом вала и весом насаженного на нее диска выпуклостью вверх (рис. 2.8, а), при каждом обороте переносит точку А, находящуюся на поверхности вала, из сжатой зоны (заштрихованной на рис. 2.8, а) в растянутую, а затем снова в сжатую. Соответствующие последовательные положения точки А обозначены на рис. 2.8, а через Ai, А2 и A3. [c.92]

При мягком нагружении двум характеристикам развития пластических деформаций (ширине петли и накопленной пластической деформации) соответствуют два типа разрушения, наблюдаемые при растяжении — сжатии в упруго-пластической области усталостное разрушение и квази-статическое разрушение. Разрушение от усталости, связанное с накоплением усталостных повреждений, сопровождается образованием трещин усталости и характеризуется малой пластической деформацией. Квазистатическое разрушение обусловлено накоплением пластической деформации до уровня, соответствующего разрушению при однократном статическом нагружении. Такое разрушение происходит только у материалов, циклически разупрочняю-щихся и циклически стабильных, склонных к накоплению пластических деформаций. [c.108]

Для циклически упрочняющихся материалов при асимметричном цикле нагружения характерно отсутствие значительного накопления деформаций, а деформационные характеристики зависят в основном от амплитуды напряжений цикла. Поэтому разрушение не может быть квазистатическим и прочность определяется разрушением от усталости, причем разрушение зависит в основном от величины амплитуды напряжений. Для сплава В96 во всем исследованном диапазоне асимметричных циклов характерно разрушение от усталости, а разрушающие значения амплитуд напряжений при разных степенях асимметрии укладываются на одну кривую (рис. 29). [c.110]

В области разрушения от усталости связь разрушающих напряжений и числа циклов также описывается эмпирической степенной зависимостью, рассмотренной выше для циклически упрочняющихся материалов. [c.112]

Применение установки ИМАШ-10-68 и методов высокотемпературной металлографии при изучении процессов, происходящих в исследуемых материалах, подвергаемых нагреву при циклическом нагружении, весьма перспективно для получения детальных Данных о еще,не познанных весьма сложных процессах деформации и разрушения от усталости. [c.9]

Ранние теории усталости металлов и сплавов в исторической перспективе рассмотрены в ряде обзоров и монографий [1-5]. Несмотря на то, что явление усталости изучается уже около 150 лет, вопрос о причинах наличия или отсутствия предела выносливости, а также о том, почему наблюдается разрушение при напряжениях ниже статического предела текучести, остается дискуссионным, хотя уже в 1842 г. было высказано предположение, что разрушение от усталости осей железнодорожных вагонов связано с молекулярными изменениями в структуре железа [4]. Эволюция структуры и этапы накоплений повреждений в металлических материалах с позиций современных представлений были детально рассмотрены в 3 и 4 главах книги. [c.155]

Исследования процесса разрушения от переменных напряжений показали, что при этом в материале возникает микротрещина, которая постепенно проникает в глубь изделия. Переменные напряжения способствуют быстрому развитию трещины, так как во время работы края ее то сближаются, то расходятся. По мере развития трещин усталости поперечное сечение ослабляется все сильнее и в некоторый момент ослабление достигает такой величины, что случайный толчок или удар вызывает мгновенное хрупкое разрушение. [c.130]

Разрушение и усталость композиционных материалов — это, очевидно, одна из наиболее спорных и, несомненно, одна из наиболее важных областей технологии, требующая исследования и понимания, когда этот класс материалов необходимо использовать — например, при создании конструкций. Применение методов линейной механики разрушения к этим материалам ограничено не только из-за анизотропии и неоднородности структуры композитов, но также из-за способности отдельных компонентов деформироваться пластически. Кроме того, механизмы повреждения композитов совершенно отличны от механизмов повреждения однородных и изотропных материалов, и, таким образом, основные понятия и допущения, которые применимы к более простым материалам, здесь несправедливы. В этом томе я попытался объединить исследователей различных специальностей для обсуждения и обобщения основных понятий, теорий и экспериментов, разработанных до настоящего времени, в целях лучшего понимания разрушения и усталости композитов. [c.9]

Усталость — это полная потеря свойств (или разрушение) элемента конструкции, наступившая после действия на него переменной нагрузки, максимальная амплитуда которой по величине меньше статической, монотонно прикладываемой нагрузки, вызывающей разрушение этого элемента. Процесс разрушения и усталости металлов зависит от состава, особенностей металлургического процесса, геометрии образца (элемента конструкции), вида нагрузки, времени и условий внешней среды. Для композитов число влияющих параметров необходимо увеличить по крайней мере вдвое из-за наличия в материале двух фаз. Более того, необходимо также учесть и влияние поверхности раздела, что приведет к еще большему усложнению задачи. Конечно, ни одна приемлемая модель для предсказания процесса разрушения не мол<ет одновременно включить все вышеупомянутые параметры. Действительно, невозможно себе представить систему черного ящика , у которого на входе — весь комплекс переменных параметров, а на выходе — только скорость роста разрушения и время достижения предельного состояния. Поэтому не существует единого подхода для определения усталостного разрушения для металлов (которые по крайней мере при макроскопическом подходе рассматриваются как однородные). Для композитов проблема тем более усложняется вследствие присущей им неоднородности. Усталости композитов посвящены многочисленные работы. Достижения и современные тенденции в этой области обобщены в работах [49, 50]. [c.84]

Обычно повторное нагружение с малой частотой приложения нагрузок сопутствует какому-либо другому виду нагружения — многоцикловой усталости, длительному статическому нагружению и поэтому не всегда учитывается. Однако в настоящее время стало ясно, что повторно-статическое нагружение, или так называемая малоцикловая усталость, оказывает существенное влияние на несущую способность материалов в конструкциях. Разрушения от повторно-статического нагружения встречаются в силовых элементах самолетов, кораблей, деталях систем управления, периодически запускаемых двигателях, сосудах давления и т. д. [c.97]

При термодинамическом представлении о разрушении твердого тела от усталости величина удельной внутренней энергии, накопленной материалом до разрушения и определяющей разрушение, определяется зависимостью [c.58]

Количественные испытания проводят для определения числа циклов до разрушения или термоциклической долговечности материала при упрощенной, но достаточно точно фиксированной системе действующих на образец тепловых нагрузок, при которой возможен анализ напряженного и деформированного состояний. При этом циклические термические напряжения и деформации определяют или непосредственным измерением, или аналитически. В результате испытания получают зависимость числа теплосмен до разрушения от параметров термодеформационного цикла, по которой можно дать общую количественную оценку долговечности различных материалов при термической усталости и установить основные закономерности процесса термоциклического деформирования и разрушения. [c.26]

Явления малоцикловой усталости могут быть обусловлены внешними механическими воздействиями (давление, нагрузка и т. д.) или термическими эффектами вследствие появления температурных градиентов, различия физико-механических свойств материалов и т. д. при повторном изменении режимов работы оборудования. Малоцикловые разрушения, когда процесс формирования предельных повреждений определяется в основном действием циклических температурных напряжений, называют разрушениями от термической малоцикловой усталости. Это частный случай неизотермического малоциклового разрушения, которое может возникать в результате как механического неизотермического, так и термоусталостного малоциклового нагружения. [c.4]

Главное, что будет излагаться в этой книге, по существу, состоит из трех основных частей 1) основные понятия о перемещениях, внутренних напряжениях, деформациях и работе внутренних сил, а также о процессе нагружения малого элемента твердого тела 2) основные механические свойства твердых тел, такие, как упругость и идеальная пластичность, текучесть, ползучесть и релаксация, вязкость и динамическое сопротивление, усталость и разрушение 3) основные кинематические и геометрические гипотезы, упрощающие математическую постановку задач о напряжениях, деформациях, перемещениях и разрушениях твердых тел при различных внешних воздействиях, а также основные уравнения и методы решения задач о деформации и прочности тел. Методы сопротивления материалов отличаются от более строгих методов теории упругости и пластичности в основном введением ряда упрощающих предположений кинематического и геометрического характера и, тем не менее, в большинстве случаев оказываются достаточно точными. [c.12]

Прогнозирование кривых усталости и влияние пористости на кинетику усталостного разрушения. Предлагаемый подход позволяет строить на ЭВМ непосредственно кривые усталости материалов, т.е., задаваясь уровнем напряжений Отах. фиксировать количество циклов до макроразрушения, прослеживая при этом кинетику усталостного разрушения. Кривые усталости были построены для слоистых материалов, полученных диффузионной сваркой пакета тонких фолы (6ц = 0,2 мм) из алюминиевого сплава (6% Mg) (рис. 130), и материалов, полученных сваркой взрывом пакета стальных листов ( ц = 0,8 мм) (рис. 131). Исходные данные о свойствах фольг и структуре границ между слоями брались из работы [c.245]

При более высоких повторных напряжениях усталостное разрушение может происходить не по телу, а по границам зерен, например у меди, у свинца и у других материалов. Переход от одного к другому типу разрушения может вызвать перегиб на кривой усталости. Так, например, В. С. Иванова наблюдала при испытании образцов из армко-железа в отожженном состоянии два типа разрушения при напряжении ст = 31 кгс/мм , N = = 5 10 циклов — межзеренное разрушение (рис. 21.11, левая часть кривой Велера), а при сга = 15,5 кгс/мм , = [c.191]

Резку производили по двум вариантам приложения Рц. знакопеременная вибрационная резка (см. рис. 1, б) и вибрационная резка (см. рис. 1, в). На рис. 4—7 представлены некоторые зависимости, полученные при вибрационной резке (график на рис. 1, г) сталей Р18, У8, 30, латуни Л62 и дюралюминия Д16. На рис. 4 приведена зависимость числа циклов до разрушения от напряжения т -. Установлено, что характер экспериментальных зависимостей числа циклов до разрушения от величины циклического напряжения для этих материалов в условиях резки сдвигом подобен зависимостям, полученным при испытаниях на усталость, например, при растяжении [1]. С увеличением частоты до 25 гц для окончательного разрушения требовалось около 100— 140 циклов N (время резки —6 сек). При частоте п = 10-т-12 гц увеличивалось напряжение т,-, а количество циклов, необходимых для разрушения, сокращалось до 20—35 (время резки 2—3 сек). [c.79]

Исследования процесса разрушения от переменных напряжений показали, что при этом в материале возникает трещина, которая постепенно проникает в глубь изделия. Переменные напряжения способствуют быстрому развитию трещины, так как во время работы края ее то сближаются, то расходятся. По мере развития трещин усталости поперечное сечение ослабляется все сильнее и в некоторый момент ослабление достигает такой величины, что случайный толчок или удар вызывает разрушение. Разрушение происходит резко, мгновенно, т. е. имеет ярко выраженный хрупкий характер, даже для таких пластичных материалов, как большинство металлов. [c.278]

В отличие от симметричного цикла нагружения при пульсирующем цикле можно выявить действительную форму предельной поверхности усталостного разрушения материалов, различно сопротивляющихся усталости в условиях растяжения и сжатия, путем обычных испытаний на усталость. При симметричном цикле для выявления действительной поверхности усталостного разрушения необходимы специальные опыты, связанные, например, с созданием в материале начальных напряжений с помощью наклепа. [c.59]

Применение установки ИМАШ-10-68 и методов высокотемпературной металлографии при изучении процессов, которые протекают в материалах, подвергаемых нагреву при циклическом знакопеременном нагружении, весьма перспективно для получения детальных сведений о деформации и разрушении от усталости. Использование описанной выше аппаратуры позволило, в частности, изучить механизм деформации никеля при малоцикловом нагружении в области повышенных температур [48, с. 120—126 61 ], процессы высокотемпературного деформационного старения при циклическом нагружении малоуглеродистой стали 22К [50, с. 58—61 ] и аустенит-ной стали X18HI0T, а также провести микроструктурное исследование особенностей деформации и разрушения некоторых биметаллических материалов при высокочастотном нагружении в условиях повышенных температур [49, с. 85—92 50, с. 87—94]. [c.155]

Следствием действия вибрации является усталость материала. В местах концентрации напряжений у хрупких материалов часть рассеянной в материале энергии уходит на развитие микротрещин в местах, имеющих нарушение структуры. Эти трещины развиваются и являются новыми концентраторами напряжений. В результате этого наблюдаем разрушение деталей при напряжениях, значительно меньших, чем предел прочности, часто даже ниже предела упругости, но число циклов, при которых детали разрушаются, имеет значительный порядок (тина миллионов и десятка миллионов) [21]. Разрушение упругопластических материалов при малом числе циклов происходит при значительных упругопластических деформациях, что характеризуется изменением ширины петли гистерезиса в материале и накоплением пластических деформаций (испытания с постоянной амплитудой напряжений). Этим двум характеристикам соатветсчвуют два типа разрушений — от усталости, связанное с накоплением Повреждений и сопровождающееся образованием трещин усталости, и квазистати-ческое, обусловленное накоплением пластических деформаций до уровня деформаций, соответствующих разрушениям при однократном статическом нагружении, [c.99]

Для алюминия допустимая нагрузка равна 0,8 кГ/мм . Алюминий является вибростойким материалом. По стойкости против разрушения от усталости свинец, имеющий прочность на переменный изгиб 0,44—0,88 кПмм , во много раз хуже алюминия, имеющего прочность (на переменный изгиб) 2,4 кПмм . [c.10]

Хотя собрано большое количество данных относительно прочности при усталости материалов, но.до сих пор еще не установлена обоснованная теория, объясняющая причины и механизм этого явления. Разрушение от усталости раньше приписывали кристаллиа ации металла, делающей его хрупким. Такая теория выдвигалась на основании рассмотрения внешнего вида разрушения (см. стр. 394). Хеперь МЫ знаем, что отдельные кристаллы-остаются неизменными при испытании на усталость, кроме тех, внутри которых произошла деформация, скольжения. [c.425]

Фреттинг-усталость. В большинстве случаев явление фрет-тинг-усталости аналогично явлению усталости образцов с надрезом, поскольку разрушение при фреттинге сходно по характеру с разрушением от механического надреза, так как фреттинг способствует образованию соответствующих поверхностных трещин за счет действия сильных срезывающих напряжений. Многие из этих трещин достигают длины 100 мкм. Очень небольшое физическое разрушение поверхности может вызвать значительное снижение усталостной прочности некоторых материалов. [c.91]

При анализе закономерностей изменения пределов выносливости по трещинообразованию и разрушению от термической обработки и поверхностного наклепа необходимо учитывать следующее. Пределы выносливости материала зависят от его свойств, величины и распределения остаточных напряжений термического или механического происхождения, а также формы концентратора напряжений (наличия нераспространяющихся трещин в исходных острых надрезах). В связи с этим при сравнении пределов выносливости по трещинообразованию различных материалов, полученных на одинаковых образцах, необходимо иметь в виду следующее. Различие в пределах выносливости может быть следствием того, что для одного материала выбранный концентратор напряжения имеет закритическое значение теоретического коэффициента концентрации напряжений (аа>асткр) и в нем имеются нераспространяющиеся усталостные трещины, а для другого материала концентратор тех же размеров имеет докритическое значение этого коэффициента (ао<аокр) и в нем нет нераспространяющихся трещин. Наличие в зоне надреза остаточных сжимающих напряжений термического происхождения снижает влияние остаточных напряжений, возникающих в результате последующего поверхностного наклепа, так как возможности увеличения сопротивления усталости за счет этих напрял<ений уже в какой-то мере исчерпаны. Так, для стали 08 после закалки и старения (см. рис. 61, а) наблюдается отклонение от полученной зависимости, которое можно объяснить следующим образом. Термическая обработка приво- [c.151]

При переменных и знакопеременных напряжениях мы встречаемся с явлением разрушения от постепенно развивающейся трещины — с явлением усталости. При резком изменении скорости As-ижешя элемента конструкции в зависимости от передачи на него давлений от соседних деталей, когда имеет место явление удара, может обнаружиться хрупкость в таких материалах, которые при статическом действии нагрузок оказывались пластичными. Поэтому при проверке прочности деталей конструкций, подвергающихся действию динамических нагрузок, приходится интересоваться влиянием этих нагрузок — не только на величину напряжений в детали, но и на сопротивляемость материала. [c.489]

Что касается наибольшего значения действительных напряжений pSiax. то опыты показывают, что в противоположность разрушению от статической нагрузки появление трещин усталости не только у хрупких, но и у пластичных материалов связано не с теми расчетными наибольшими напряжениями рп,ах> которые получаются для чисто призматических стержней (например, при изгибе = а с так называемыми ( 15) местными напряжениями, возникающими в местах нарушения призматической формы стержня (надрезы, выточки, отверстия, переход от тонкой к утолщенной части и т. д.). [c.539]

В целом книга Дж. Нотта оставляет хорошее впечатление. В ней после краткого тщательно продуманного описания расчета напряжений у вершины надреза и трещины рассмотрены практические методы испытаний на вязкость разрушения, механика разрушения пластичных материалов, переход от хрупкого скола к вязкому разрушению и приложение механики разрушения к росту трещин в условиях усталости и коррозии под напряжением. Везде, где это возможно, дается физическая картина явления [c.6]

Возрастание остроты проблемы хрупкого разрушения и усталости орудий в зависимости от увеличивающихся требований к эксплуатационным качествам и весу предвидели в период войны в Корее. Это привело к критической оценке существующих представлений о выборе материалов и проектировании орудий (Арсенал Уотертаун, 1953 г.). Однако, несмотря на более широкое применение прочных материалов, работающих при высоких напряжениях, использование эрозионностойких покрытий поверхности канала ствола и порохов с различным эрозионным воздействием, проблема постепенного разрушения артиллерийских стволов под действием напряжений стала еще острее и до сих пор остается проблемой первостепенной важности. [c.275]

Для алюминиевых сплаЕОв и при действии коррозионно активных сред для других материалов Понижение частоты приводит к уменьшению сопротивления усталости в условиях нагружения при комнатной температуре. Значение максимального напряжения цикла, соответствующего разрушению от одного до ста циклов нагружения, а п ах получено из условия равейства суммы деформации [c.35]

Исследование механизма разрушения при переменных напряжениях показало, что разрушение начинается с образования в наиболее напряженном месте детали микротрещин, которые, постепенно развиваясь, все более и более ослабляют деталь и могут привести к ее разрушению. Это явление разрушения материалов при переменных напряжениях за счет прогрессивно развивающихся микротрещин носит название р азрушения от усталости. [c.96]

При малом числе циклов в образце из пластичных материалов образуется шейка, и разрыв происходит по минимальному сечению — статическое разрушение (рис. 1). При числе циклов 0 —Ю появляется сетка треш,ин и заметные пластические деформации — наступает разрушение от малоцикловой усталости. Разрушение имеет смешанный характер, в изломе видны отдельные участки усталостных разрушений. Наконец, при числе циклов N > 10 наблюдается типичное усталостное разрушение без заметных следов пластических деформаций. При уменьшении знакопеременного (разрушающего) напряжения а число циклов нагружений N возраетает. Число циклов до разрушения имеет статистический разброс и обычно под N понимают среднее число циклов до разрушения. [c.597]

Коррозионное разрушение керамических материалов при наличии механической нагрузки следует отличать от межкристаллитной коррозии, протекающей без механических напряжений в материале. Разрушения керамических материалов типа коррозионного трещинообразо-вания и коррозионной усталости имеют много общего, поскольку характерным для обоих явлений является образование в материале трещин и отсутствие на его поверхности значительных разъеданий. Только изредка наблюдаются небольшие местные разъедания. Несмотря на большое количество исследований, механизм трещи-нообразования и развития трещин еще недостаточно ясен. [c.47]

Для многих материалов отношение предела выносливости при усталостных напряжениях к пределу текучести остается постоянным как при очень большом количестве опытов, так и в условиях эксплуатации конструкции. Таков же характер соотношения при различных составах полиэтилена, когда это отношение составляет приблизительно одну четверть и является отношением усталости. Когда говорится о пределе выносливости, следует иметь в виду, что то напряжение, которое имеется ввиду, является фактическим напряжением в материале, независимо от того, как был изготовлен этот материал. Это важно ввиду возможного наличия в материале факторов, увеличивающих напряжение таких, как например, углубления, навары, острые углы или царапины, которые могут увеличить концентрацию напряжений и вызвать усталостное разрушение в каком-либо одном месте, хотя по всей детали в целом и не будет отмечаться повышения напряжений, превышающих предел выносливости. Максимальное допустимое расчетное напряжение для полиэтилена в 10,5 кПсмР не превышает предела выносливости на усталость для любых практических целей. [c.136]

Применение более коррозиоиностойких материалов, например монель металла или нержавеющей стали, часто дает положительные результа1Ы. Однако как уже было указано, это ие всегда является оптимальным решением. Например, сталь с содержанием 15% Сг чувствительная к разрушению от коррозионной усталости вследствие разрушения защитной поверхностной пленки. [c.294]

На основе экспериментальных данных предлагается кривую малоцикловой усталости в номинальных напряжениях представить ломаной линией в логарифмических координатах. При этом точками перелома данной кривой являются временное сопротивление а , критическое напряжение ст р соответствующее переходу от квазистатических разрушений к усталостным, и ограниченный предел выносливости Одгв, при числе циклов N = 5-10 , указанный, например, в СНиП П-В.3-72. Предлагаемая форма кривой циклической прочности в диапазоне чисел циклов до разрушения от однократного при Л/ = 1/4 до N = 5 10 подтверждается результатами ряда работ [20, 15], полученными на различных материалах, а также результатами исследований, [c.260]

Коррозионное растрескивание и коррозионная усталость. Явление коррозионного растрескивания, связанное с непрерывным одновременным действием растягивающего усилия и коррозионной среды, наблюдается лишь у некоторых материалов, причем обычно у сплавов, подвергавшихся неправильной термической обработке. Коррозионная же усталость, связанная с одновременным действием знакопеременного или пульсирующего напряжения и коррозионной среды, может иметь место почти в любом материале, подверженном коррозии. Иногда считают, что эти два вида сопряженного действия напряжения и коррозионной среды отличаются между собой по характеру получающегося излома, т. е., что коррозионное растрескивание имеет межкристаллитный характер, а разрушение от коррозионной усталости — транскристаллитный. Но это не всегда справедливо в случае магниевых сплавов, а также нержавеющих сталей в концентрированном растворе хлористого магния коррозионное растрескивание преимущественно имеет транскристаллитный характер (хотя в первом случае после некоторых реж11Мов термообработки оно может быть межкристаллитным, а во втором — на небольшой части пути трещины могут следовать по границам зерен). Коррозионная же усталость свинца, по-видимому, имеет межкристаллитный характер. Даже у стали, хотя трещины в ней преимущественно проходят внутри кристаллитов, на небольшом отрезке пути они могут идти по границам зерен это имеет место, если границы зерен находятся на пути развития трещин [1 ]. [c.644]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...