Модели роста усталостных трещин

В работе [7] была предложена модель роста усталостной трещины, по которой с ростом трещины в поле остаточных напряжений растяжения интенсивность напряжений у ее вер- [c.26]

В заключение отметим, что модель роста усталостных трещин в твердых сплавах может быть обобщена в том смысле, что ее результаты можно применить к материалам с аналогичной структурой и сравнительно высокой долей хрупкого разрушения например к высокопрочным сталям. [c.264]

На основании изложенного рассмотрим модель дискретного роста усталостной трещины, в рамках которой введены следующие постулаты [c.205]

Развивая свой подход к единому описанию роста трещин в рамках использования зоны пластической деформации как характеристики прироста трещины в цикле нагружения Лю с соавт. конкретизировал структуру коэффициента пропорциональности уравнения (5.18) и заменил предел текучести при монотонном растяжении на циклический <3ус предел текучести [62, 63]. Он исходил из условия пропорциональности скорости роста усталостной трещины раскрытию в ее вершине. Дополнение к модели получил принцип дискретного продвижения трещины, учитывающий факт дискретного подрастания трещины за счет [c.239]

В качестве предельного значения скорости роста усталостной трещины рассматривалась величина 2,14-10" м/цикл, соответствующая точке перехода на единой кинетической кривой от линейной к нелинейной зависимости СРТ от длины. Поэтому долговечность от момента зарождения трещины и до предельного состояния соответствовала суммарно этапам подготовки материала к зарождению трещины, и ее распространения до достижения скорости 2,14 -10 м/цикл. Период роста трещины исключал стадию подготовки материала к зарождению разрущения. Указанное ограничение по скорости было введено в связи с тем, что крестообразных моделей полей равномерного напряженного состояния материала может быть реализовано в ограниченной зоне в центральной части в пределах радиуса 20 мм. За пределами этой зоны рассмотрение процесса роста трещины является некорректным. Однако при изменении одновременно асимметрии цикла и соотношения Я.СТ граница зоны достигается трещиной с разной скоростью. В связи с этим, чтобы соблюсти единообразие в оценке относительной живучести, введена общая граница по скорости роста тре- [c.325]

Скорость роста усталостных трещин сильно зависела от давления водяного пара в диапазоне 10" —10" тор, но она была нечувствительной к давлению паров воды при более высоких или более низких давлениях (рис. 21). Это поведение подобно тому, которое было обнаружено у алюминиевых сплавов и описано при помощи модели, основанной на кинетике абсорбции газов [1]. [c.431]

Таблица 3 - Коэффициенты эмпирической модели, описывающей процесс роста усталостной трещины сварных швов из стали Х70, м/цикл

При создании единой модели распространения усталостной трещины встречаются две основные трудности. Во-первых, в высокопрочных сталях и алюминиевых сплавах скорости роста гораздо чувствительнее к А/С, чем в других сплавах, а, во-вторых, в отдельных случаях они чувствительны к среднему уровню напряжений при постоянном значении А/С. Результаты измерения скоростей роста трещины в некоторых легированных сталях с помощью ультразвуковых датчиков [20] представлены в табл. 8. Видно, что у некоторых сталей значения m высоки (вплоть до 10), но у них низкие значения вязкости разрушения. [c.236]

Исходя из дислокационной модели [34, 262] роста усталостной трещины, автор работы [263] получил такую формулу для определения С4 и параметра п в равенстве (IV.И) [c.87]

Расчетные модели отдельных стадий роста усталостных трещин достаточно хорошо отработаны и могут быть использованы при анализе усталостной долговечности конструкций при заданных размерах исходной трещины [98, 153, 161, 250, 291]. Существующие модели зарождения усталостных трещин в зонах концентрации напряжений позволяют прогнозировать долговечность до появления короткой трещины [159]. Причем под зарождением трещины обычно понимают образование трещины, размер которой превышает несколько размеров зерен. Большинство моделей, рассматривающих распространение коротких усталостных трещин, не учитывает преодоление вершиной трещины микроструктурных барьеров (границ двойникования и зерен, включений и др.) или лишь качественно описывает процесс мик- [c.36]

Миллер [155] на основе модели раскрытия вершины трещины [156] применительно к анализу кинетики роста усталостных трещин при двухосном растяжении и растяжении-сжатии крестообразных плоских образцов из алюминиевого сплава 2,5 Си — 1,5 Mg — 1,2 Ni —0,1 Ti предложил следующий подход к расчету коэффициента интенсивности напряжений. Для образца одинаковой геометрии скорость роста усталостной трещины при одноосном нагружении равна скорости роста трещины при двухосном нагружении. [c.151]

В работах [232, 234, 356] показано, что для некоторых материалов характеристики вязкости разрушения при циклическом нагружении могут существенно отличаться от характеристик статической трещиностойкости. Циклическое деформирование металла у вершины трещины приводит к нестабильному (скачкообразному) ее развитию при КИН, меньших статической вязкости разрушения Ки. В настоящее время феноменология такого явления достаточно хорошо разработана и описана в работах [29, 197, 232, 234, 267, 356]. Тем не менее физическая природа скачков усталостной трещины изучена недостаточно. Попытаемся дать физическую интерпретацию этого явления. Выше (см. подраздел 2.3.2) была представлена модель, описывающая зарождение усталостного разрушения в масштабе зерна. Разрушение представлялось как многостадийный процесс, включающий зарождение микротрещин по границам и в теле фрагментированной субструктуры, возникающей при циклическом деформировании, стабильный рост микротрещин за счет стока дислокаций в их вершины, образование разрушения в пределах зерна при нестабильном росте микротрещин. Ограничение мае-штаба разрушения при нестабильном росте микротрещин размером зерна возникает в случае их торможения границами зерен или стенками фрагментированной структуры, т. е. при = Oi < 5с(ху), где X/ — накопленная деформация к моменту страгивания микротрещин. Если сгтах 5с(ху), то разрушение может распространяться в масштабе, большем чем размер зерна. [c.222]

Изложенная модель формирования усталостных бороздок объясняет результаты регистрации сигналов АЭ в обоих полуциклах нагружения образца, связывает их с процессом упругого и упругопластического разрушения материала. Она позволяет объяснить увеличение скорости роста трещины при возрастании отрицательной составляющей цикла нагружения по модулю, а также изменение профиля усталостных бороздок на переходных [c.169]

Варьирование формы цикла нагружения активизирует процессы разрушения жаропрочных сплавов, но и может вызывать пластическое затупление вершины трещины. С возрастанием длительности выдержки пластическое затупление может доминировать, что и вызывает снижение скорости роста трещины. В общем случае процессы повреждения материала в цикле нагружения могут быть описаны с помощью модели (рис. 7.13), предложенной в работе [54]. Как следует из этой модели, выдержка под нагрузкой, как и форма цикла, влияет на активизацию процессов ползучести, которые служат ускоряющим фактором в развитии усталостной трещины и могут быть охарактеризованы, например, так, как это представлено в соотношении (7.17). [c.358]

Продемонстрированные подходы к моделированию роста трещины в условиях многопараметрического нагружения элементов конструкций имеют тем более достоверный результат, чем более полный экспериментальный материал накоплен в исследованиях образцов в контролируемых условиях опыта. Сложный характер влияния многопараметрического циклического нагружения на рост трещины в конструкции не позволяет исключить какой-либо фактор при моделировании этого процесса. Уточнение моделей происходит по мере выявления усталостных трещин в элементах конструкций. Поскольку исключить появление и развитие трещин в элементах авиационных конструкций не удается, то реализовать их эксплуатацию по принципу безопасного повреждения не удается без решения еще одной задачи. Необходимо уметь управлять ростом трещин, осуществляя их временную или полную остановку, с использованием рассмотренных выше физических явлений. Поэтому перейдем к рассмотрению общих принципов управления кинетикой усталостных трещин в элементах конструкций. [c.443]

Пример 3.9. Простейшей модели роста усталостной трещины соответствует уравнение Пэриса—Эрдогана (3.100), Чтобы использовать обозначения предыдущих формул, перепишем его в виде [c.116]

Екобори с сотр. [216, 218] разработали закон распространения усталостной трещины, основанный на исследовании кинетической энергии и процесса образования микротрещин и пор вп еди вершины трещины. Исходя из теоретической дислокационной модели роста усталостной трещины, Екрбори [218] предлагает следующую формулу [c.154]

Существующие модели формирования усталостных бороздок (как было указано выше) не учитывают отмечен ного явления и не позволяют объяснить увеличение шага усталостных бороздок при увеличении отрицательной асимметрии цикла нагружения. Более того, эти модели не позволяют объяснить появление дискретных сигналов АЭ на нисходящей ветви цикла нагружения. В полуцикле разгрузки образца в вершине усталостной трещины и за ней металл находится под действием остаточных растягивающих напряжений [261]. Перед вершиной трещины материал находится под действием сжимающих напряжений. Это частично подтверждает последовательность возникновения дислокационной трещины перед вершиной трещины и разрыва соединяющей их перемычки [50]. Эта модель роста усталостной трещины может быть использована для трактовки особенностей формирования усталостных бороздок, если в ней учесть явление ротационной неустойчивости деформации материала [262]. Она сопровождает деформацию в пластических зонах при наличии сжимающей составляющей, что применительно к усталостной трещине характеризуется формирующейся полосовой и ячеистой субструктурами металла [263]. [c.205]

Рассмотрим некоторые лeд tвия разработанной модели и их физическую интерпретацию применительно к распространению усталостных трещин в сталях средней и высокой прочности. Для этого кратко остановимся на результатах структурного изучения процесса разрушения при росте усталостных трещин. Фрактографические исследования показывают, что поверхность разрушения при развитии усталостных трещин в указанных сталях представлена в основном следующими фрактурами чисто усталостной, для которой характерно наличие вторичных микротрещин [146] (в данной работе эта фрактура названа чешуйчатой), а также фрактурами хрупкого типа (микро- и квазискол) [57, 113, 283]. Бороздчатый рельеф, свойственный усталостным изломам большинства металлов с ГЦК решеткой, как правило, отсутствует либо наблюдается в ограниченном диапазоне условий нагружения, как и участки с меж-зеренным и чашечным строением [57, 113, 372, 389]. Доля различных фрактур в изломе существенно зависит от условий испытания. Для сталей средней и высокой прочности можно отметить следующие общие закономерности изменения усталостного рельефа с ростом размаха коэффициента интенсивности напряжений доля микроскола с увеличением АЯ уменьшается при переходе от первого ко второму участку кинетической диаграммы усталостного разрушения иногда появляются области межзеренного разрушения на втором участке доминирует усталостная фрактура с микротрещинами на третьем участке кинетической диаграммы усталостного разрушения в ряде случаев наблюдаются бороздчатый рельеф и области с ямочным строением. [c.221]

Рассмотрим особенности роста сквозных и поверхностных усталостных трещин при одинаковой внешней загрузке крестообразной модели. Фронт сквозной и поверхностной (полуэллиптической) трещины ориентирован различным образом относительно плоскости двухосного нагружения (рис. 6.16). Поэтому стеснение пластической деформации вдоль фронта трещины неодинаково для этих двух сопоставляемых ситуаций. Однако невозможно с единых позиций описать влияние второй компоненты нагружения на рост усталостных трещин только на основе принципов механики разрущения для разных форм трещин при неизменном внешнем двухосном воздействии на плоский элемент конструкции. Необходимо вводить в анализ представление о синергетических принципах эволюции процессов разрушения металлов, включая механизм мезотуннелировання усталостной трещины и эффект макротуннелирования тре- [c.315]

Во всех случаях при вариациях соотношением главных напряжений в диапазоне -1,0 < 1,0 имело место формирование усталостных бороздок, шаг которых соответствовал измеренной СРТ по поверхности крестообразной модели вдоль ее траектории. При одновременной вариации нескольких параметров цикла нагружения можно подобрать такое сочетание их величин, что процесс распространения усталостной трещины будет эквивалентным для разных ориентировок траектории трещин в пространстве (рис. 6.18). На основании этого были проведены расчеты поправочной функции f(X(5, [Л = 0,5]) и определены эквивалентные характеристики процесса распространения усталостной трещины в поле двухосного напряженного состояния для различного расположения в пространстве плоскости излома в центральной части образца. Независимо от ориентации трещины кинетически процесс распространения трещины является эквивалентным и описывается единой кинетической кривой (5.63) и (5.64) (рис. 6.19). Некоторое смещение представленных кинетических кривых относительно указанной единой кинетической кривой связано с влиянием толщины пластины на закономерности роста усталостных трещин, которые не рассматривались при построении представленных кинетических кривых. Единая кинетическая кривая введена для описания поведения сплавов на основе алюминия при толщине пластины не менее 5 мм. [c.317]

В моделях толщиной 4,9 мм развитие сквозных трещин, как указано выше, происходит без изменения ориентации трещины при возрастании соотношения главных напряжений, но скорость роста трещины последовательно убывает. Аналогичным образом ведет себя и шаг усталостных бороздок. Одновременным изменением асимметрии цикла нагружения и соотношения главных напряжений можно добиться эквивалентности в закономерности роста усталостных трещин (рис. 6.23). Важно отметить, что развитие трещин в широком диапазоне изменения параметров цикла нагружения характеризуется макро- и мезотуннелировани-ем трещины, но при этом шаг усталостных бороздок соответствует СРТ. Мезотуннели почти параллельны поверхности крестообразной модели и вытянуты в направлении роста трещины. Разрушение перемычек между мезотуннелями происходит путем сдвига без признаков ротационных процессов в виде формирования сферических или иных частиц (см. главу 3). [c.321]

Важно подчеркнуть, что при всей сложности описания процесса роста усталостных трещин в случае активизации процесса коррозии также может быть решена обратная задача по описанию процесса разрушения и даже по количественной оценке интенсивности роста трешины. Это заключение следует, например, из работы [145], где на основе фрактографического анализа были дифференцированы механизмы коррозии в сталях. Определенные модели роста трещин могут быть рассмотрены только с учетом реализованного механизма разрушения. Более того, формирование параметров рельефа излома в агрессивной среде в виде усталостных бороздок или блоков мезоли-ний позволяет восстанавливать кинетический процесс и проводить интегральную оценку поправочных функций и сопоставлять на их основе предполагаемый (прогнозируемый) и реализованный процесс разрушения. [c.395]

Наличие значительной но протяженности и глубине зоны "П", особенно после проведения операции ГП, потребовало учесть в оценке длительности роста усталостных трещин на основе фрактографического анализа не только данные по стадии формирования усталостных бороздок, но и провести оценку длительности на стадии "П". Для этого были использованы данные по испытаниям на двухосное растяжение крестообразных моделей из сплава АК41-Т1 и результаты анализа кинетики усталостных трещин для рассматриваемой стадии применительно к сплавам на основе алюминия. [c.770]

Геометрические параметры роста трещины можно определить при помощи уравнений (49) или (50). Из уравнения (49) видно, что чем больше приращение длины трещины Аа, тем больше сопротивление дальнейшему росту трещины. Поскольку распространение трещины при повторном нагружении описывается ква-зиравновесным процессом удлинения трещины, то увеличение сопротивления росту трещины в таких композитах должно возрастать с увеличением числа циклов нагружения. Это явление можно описать при помощи модели Котерелла — Краффта роста усталостной трещины в изотропном материале. [c.250]

Чтобы модифицировать применительно к нашему классу композитов модель распространения усталостной трещины Котерел-ла [91, необходимо предположить, что форма кривой сопротивления росту трещины единственна, т. е. на величину Я не влияет длина трещины, но Д зависит от вида приложенной внешней нагрузки Р (0) (где 0 — угол между вектором нагрузки и трещиной), приращения трещины Аа, времени Т и температуры 0, т. е. [c.251]

Согласно модели Ноймана — Пеллу [1, 2], для роста усталостной трещины с попеременным пластическим сдвигом в вершине трещины макроскопически плоское разрушение ГЦК монокристаллов возможно, когда две плоскости скольжения (111 симметрично иа- [c.146]

Предложена модель развития усталостной трещины, которая при наличии таких свойств материала, как предел текучести, прочности, критическое раскрытие трещины, критический коэффициент интенсивности напряжений, постоянные уравнения Мэнсона — Коффина позволяет рассчитать скорость роста усталостных трещин при постоянном уровне нагружения. [c.429]

Для учета эффектов взаимодействия нагрузок предложен ряд моделей. Остановимся на широко применяемых моделях. В начале 1970-х годов были разработаны три важные модели, вызываемые обычно моделями Уилера, Ушитенборга и Элбера. Они стимулировали проведение расчетов длительности роста усталостных трещин в самолетных конструкциях при нерегулярном нагружении. Эти модели модифицировались различными исследователями. [c.431]

Для оценки скорости роста усталостной трещины и увеличения заданного размера начального дефекта до критической величины предложено много различных моделей. В одной из работ [25] перечислены 33 закона роста трещины. В критическом обзоре ряда работ, посвященных исследованию роста усталостных трещин, Парис и Эрдоган [38] пришли к выводу, что скорость роста трещины приближенно можно определить выражением вида [c.287]

Для описания роста усталостной трещины используют две модели одна из них основана на экспериментальных данных, полученных при изучении распространения усталостной трещины на стадии II в образцах, находящихся в состоянии общей текучести, в этой модели рассматривается сцепление (сварка) свежих поверхностей у вершины трещины при цикле сжатия, следовательно, скорость роста трещины доллаш зависеть от Аб другая модель предполагает накопление усталостных повреждений перед вершиной трещины, т. е. скорость роста трещины должна зависеть от Ае ,. При данном напряженном состоянии если мы будем рассматривать область перед вершиной трещины как миниатюрный [c.242]

Физико-механическая модель роста усталостной тре-ш,ины. Одной из наиболее универсальных закономерностей кинетики усталостных трещин в металлических материалах является то, что, начиная с некоторого уровня нагружения, рост трещины приобретает равномерный, устойчивый характер, а поверхность разругиения располагается перпендикулярно оси максимальной главной деформации и на ней появляется периодический мезорельеф (усталостные бороздки) с периодом S (гиагом бороздок). Как показано на [c.48]

Совершенствуя эту модель, Цуруи и Игараси [126] предложили стохастическую модель. Число циклов до разрушения они рассматривали как дискретную случайную переменную при конечной длине самого элемента. Функция распределения была той же, что и у Э [125]. Сделанные ими допущения наиболее приближали их модель к реальным условиям. В результате было подтверждено, что скорость роста усталостных трещин зависит от Д/С с показателем степени в диапазоне 2—4 (на стадии II). [c.126]

На основании результатов анализа дислокационных процессов, протекающих в вершине трещины в цикле нагружения, Виртман [127] предположил, что разрушение материала в процессе роста трещины должно происходить не непрерывно в каждом цикле нагружения, а дискретно. Скачок трещины реализуется только после того, как произойдет упрочнение материала за некоторое число циклов. Основное допущение модели состоит в том, что продвижение трещины происходит после того, как достигнут определенный критический уровень напряжений переупрочненного материала. Из этой модели следует, что скорость роста усталостной трещины должна контролироваться К в четвертой степени. В дальнейшем с учетом данных Элбера [128] о неполной работе цикла нагружения, идущей на деформацию, раскрытие и разрушение материала в вершине трещины, Виртман предложил следующее соотношение [129] [c.126]

Екобори [135] предложил модель, учитывающую энергию пластической деформации при ускоренном росте трещины, и теоретически показал, что шаг усталостной бороздки зависит от Д/С во второй степени. Обобщение обширных экспериментальных данных и теоретический анализ Лю и др. [133], [134] также показал, что для шага усталостных бороздок величина п = 2. Анализ морфологии рельефа излома алюминиевых сплавов в направлении роста усталостной трещины для различных режимов термообработки показал, что с увеличением скорости роста усталостной трещины в изломе алюминиевых сплавов на фоне усталостных бороздок появляются элементы вязкого или хрупкого разрушения. Это свидетельствует о микростатических элементах разрушения, ускоряющих процесс роста трещин. Поэтому в направлении роста трещины происходит изменение показателя степени п. Лю и др. заключили, что теоретически шаг усталостных бороздок зависит от / i во второй [c.127]

Изложенна5 модель формирования усталостных бороздок объясняет результаты регистрации сигналов АЭ в полу-цикле нагружения и разгрузки образца, связывает их с процессом упругого и упругопластического разрушения. Она позволяет объяснить увеличение скорости роста усталостной трещины при возрастании отрицательной составляющей цикла по модулю, а также изменение профиля бороздок на переходных режимах нагружения. Недостатком модели является невозможность учета затупления трещины в ее вершине, которое может происходить при возрастании уровня нагрузок в переходных режимах. Анализ моделей затупления трещины в полуцикле нагружения образца [228 и др.] свидетельствует о том, что они предложены на основании исследований усталостных бороздок, шаг которых превышает несколько микрометров. Лейерд [264] изучал усталостные бороздки на световом микроскопе и относил свою модель к бороздкам, шаг которых составил более 10 мкм. Механизм А. Я. Красовского и В. А. Степаненко [265] убедителен для выявленных ими усталостных бороздок вплоть до 70 мкм, однако из приведенной схемы профилей бороздок видно, что для шага менее 5 мкм пластическое затупление вершины трещины не является определяющим в их формировании [265]. О схеме Линча [266] можно сказать, что она относится к чистому алюминию (99,99%) и высокочистому сплаву А1—6,2 Zn—2,9 Mg, в которых выявлены усталостные бороздки величиной 20 мкм и более. [c.208]

Развитие усталостной трещины в модели представляется как дискретный процесс, в котором каждое элементарное приращение длины трещины происходит на постоянную величину A.L, равную размеру структурного элемента. Необходимый анализ НДС структурированного материала у вершины трещины проводится на основании зависимостей (4.20) — (4.37). Здесь следует оговорить одно ограничение, которое необходимо сделать при использовании указанных зависимостей. Дело в том, что аналитическое рашение получено в геометрически линейной постановке при условии 6 = 0. Расчет НДС в таком случае приводит к возможности неограниченного роста напряжений с ростом Кт х и А/с. [c.216]

Представленные соотношения (4.20) и (4.21) характеризуют развитие усталостной трещины применительно к одной из точек фронта или некоторому отрезку фронта, на котором производится осреднение измеряемых величин параметров рельефа излома, которые являются характеристикой скорости роста трещины. Это позволяет в дальнейшем рассматривать перемещение фронта усталостной трещины по аналогии с перемещением растяжимой струны под действием некоторой силы Ff, лежащей в плоскости распространения трещины, вектор которой ориентирован в направлении ее роста (рис. 4.5). Форма струны отражает форму фронта трещины, а ее шарнирное закрепление на двух струнах имитирует граничную ситуацию пересечения фронтом трещины поверхности образца или детали. Представленная модель может быть усложнена, например, путем введения криволинейньгх границ у струны, отражающих многообразие форм поверхностей элементов конструкций, в которых происходит развитие усталостных трещин. [c.198]

Несколько иной подход к определению критического значения коэффициента интенсивности напряжений, ограничивающего область нераспространяющихся усталостных трещин, был развит на основании допущения, что трещина продвигается за каждый цикл на расстояние, на котором в зоне перед трещиной номинальные напряжения или деформации превышают критические значения [34]. Эта модель содержит пороговые условия распространения трещины в неявном виде. Если обозначить критические значения напряжения и деформации у вершиньг трещины 0кр и Ёкр соответственно, то выражение для скорости роста трещины примет вид [c.125]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...