Скорость роста усталостных трещин

К разрушениям второго типа, которые могут происходить также при различных схемах нагружения, следует отнести разрушения, для которых критические параметры существенно зависят от времени нагружения в том или ином виде. Типичным примером является разрушение, получившее в литературе название разрушение при взаимодействии ползучести и усталости [240, 341] при циклическом нагружении в определенном температурном интервале долговечность при одной и той же амплитуде деформации зависит от скорости деформирования, значительно уменьшаясь при малых эффективных скоростях деформирования, в частности при циклировании с выдержками. На стадии развития усталостного повреждения также известны многочисленные экспериментальные данные о влиянии частоты нагружения в определенных условиях, особенно в коррозионной среде, на скорость роста усталостных трещин [199, 240, 310, [c.150]

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РОСТА УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН [c.189]

Зависимость (4.6) в принципе дает возможность описать влияние средних напряжений (или асимметрии нагружения), а также нестационарности нагружения на скорость роста усталостной трещины, так как эти факторы изменяют параметр и [289, 346, 354]. Но, к сожалению, следует отметить нарастание разногласий в отношении достоверности результатов измерений закрытия трещины разными методами [300, 324, 385, 418]. Одной из возможных причин большого разброса измерений закрытия трещины может быть различная протяженность фронта трещины (толщина образца) в разных экспериментальных исследованиях. Так, в работах [369, 408, 409] экспериментально показано, что доминирующее влияние на стор оказывает деформирование материала у вершины трещины в районе свободных боковых поверхностей образца. С увеличением толщины образца и соответственно протяженности фронта трещины влияние боковых поверхностей снижается и эффект закрытия трещины уменьшается, вплоть до его практически полного отсутствия в растягивающей части цикла. Для трещин с протяженным фронтом только при R — О (а не при / > 0) трещина перестает быть концентратором напряжений и в этом случае 1. [c.191]

Рис. 59. Влияние параметров нагружения на скорость роста усталостной трещины

Из многих механических факторов, влияющих на скорость роста усталостных трещин, наибольшая роль принадлежит коэффициенту асимметрии цикла. Известно, что при постоянном ДЯ величина dl/dN растет с ростом R, причем тем в большей степени, чем в более хрупком состоянии находится материал (и чем меньше АК). [c.260]

Например, некоторыми исследователями установлено [1641, что скорость роста усталостной трещины зависит от ее длины. Есть примеры аналогичного подхода и к оценке скорости изнашивания сопряжений. [c.102]

Рис. 1.25. Зависимость (а) суммарного сигнала АЭ от числа циклов нагружения любого элемента конструкции с ( ) ее совмещением с изменением уровня напряжения в сосуде под давлением [129,130], а также сопоставление для двух марок стали (в), (г) закономерности изменения сигналов акустической эмиссии со скоростью роста усталостной трещины [131]. Первое изменение угла наклона ai, указанной в (а), (б) зависимости отвечает моменту зарождения усталостной трещины

Зависимость скорости роста усталостной трещины от коэффициента интенсивности напряжения возникает после достижения ею приращением в цикле нагружения величины, близкой нескольким параметрам кристаллической решетки (рис. 3.4). Прирост трещины, соответствующий нарушению сплошности материала в цикле нагружения, не может быть менее одного межатомного расстояния. Поэтому во многих случаях на кинетической кривой выделяют величину прироста трещины на одно межатомное расстояние в области ее начального (припорогового) роста (см. рис. 3.4). На поверхности образца в эксперименте могут быть зафиксированы скорости на несколько порядков меньше, чем прирост трещины на величину межатомного расстояния за цикл нагружения. Причины такого расхождения результатов экспериментов с физикой поведения материала будут обсуждены далее. [c.132]

Выявленная последовательность сигналов АЭ в цикле нагружения, а также учет эффекта ротационной пластической деформации приводят к рассмотрению формирования усталостных бороздок не в полуцикле восходящей ветви нагрузки, а в полуцикле нисходящей ветви нагрузки. Накопленная энергия упругой деформации в большей части объема материала при максимальном раскрытии берегов трещины стремится закрыть трещину после перехода к полуциклу снижения нагрузки. Этому препятствует зона пластической деформации, размеры которой существенно возрастают в полуцикле растяжения (восходящая ветвь нагружения). Действие сжимающих сил при разгрузке образца стремится нарушить устойчивость слоя материала перед вершиной трещины в районе зоны пластической деформации, и это приводит к возникновению дислокационной трещины (см. рис. 3.26), а далее и к созданию свободной поверхности. Происходит отслаивание пластически деформированной зоны с наиболее интенсивным наклепом материала от остальной части зоны. При этом в случае существенного возрастания объема зоны в связи с возрастанием скорости роста усталостной трещины отслаивание характеризуется разрушением материала не по одной, а по нескольким дислокационным трещинам, что характеризуется формированием более мелких бороздок на фоне крупной усталостной бороздки. [c.168]

Рис. 4.3. Зависимость (а) шага усталостных бороздок 8, от длины трещины а, в прямоугольном образце из алюминиевого сплава АК6 (6) скорости роста усталостной трещины dA/dN от ее длины а в прямоугольном образце из сплава ЗОХГСА, испытанных (Г. М. Трофимовым) на трехточечный изгиб с V-образным надрезом глубиной 1 мм (сплав АК6) и 4 мм (сплав ЗОХГСА) с радиусом у вершины 0,5 мм. Асимметрия цикла й = 0,1

Рис. 4.4. Зависимость (а) скорости роста усталостной трещины dA/dN от коэффициента интенсивности напряжения с позиций механики разрушения и (б) зависимость dA/dN по длине трещины а с позиций синергетики начиная с ее минимальной величины, являющейся квантом разрушения

Величина ее составляет 4,75-10 м, соответствует переходу от доминирующих процессов скольжения в разрушении материала к процессам ротационной неустойчивости деформации и разрушения при формировании свободной поверхности. При ее сопоставлении с зафиксированными минимальными величинами шага усталостных бороздок для сплавов на основе алюминия (см. табл. 3.1) выявлено удовлетворительное им соответствие. Близкая величина скорости роста усталостной трещины для алюминиевых сплавов была установлена в работе [121]. Граница перехода от стадии развития усталостной трещины I к стадии П соответствовала 5,1-10 м/цикл для термически не упрочненных сплавов и 4,58-10 м/цикл — для термически упрочненных сплавов. [c.220]

Рис. 4.12. Зависимость скорости роста усталостной трещины da/dN от размаха коэффициента интенсивности напряжения АК в алюминиевом сплаве при разной асимметрии цикла [125]. Разграничение стадий роста трещины и расчет показателей степени гпр проведены в работе [125]. Комментарии по указанной границе скорости приведены в тексте

Для построения диаграммы стабильного дискретного роста усталостных трещин в алюминиевых сплавах были использованы выявленные величины шага усталостных бороздок на основе Фурье-фрактографии, а также были проанализированы представленные в научной литературе результаты исследований скорости роста усталостных трещин в припороговой области. [c.225]

Рис. 4.14. Зависимость скорости роста усталостной трещины da/dN от размаха коэффициента интенсивности напряжения АЛГ (а) в разных алюминиевых сплавах [134], (б) — [137], (в) — [132], (г) — [131] и (й) — [138] с указанием расчетной величины кванта разрушения для алюминиевых сплавов. Разделение областей роста трещины на (г) предложено авторами цитируемой работы [131]

Упругие рещения задач по определению величины коэффициента интенсивности напряжения для различной геометрии образца и формы трещины, в том числе и в случае учета процесса пластической деформации у кончика трещины [10-14], исходят из условия развития разрушения в сплошной среде и не рассматривают свойства металлов. В описании роста трещин свойства металла учитывают через величину коэффициента пропорциональности между скоростью роста усталостной трещины и ее длиной. При этом традиционно считается, что свойство среды сопротивляться росту трещин в направлении развития разрушения остается неизменным, и при этом не учитывается дискретное изменение масштабов протекания процессов пластической деформации в вершине распро- [c.236]

Зависимость скорости роста усталостной трещины и шага усталостных бороздок от модуля упругости была продемонстрирована на многих материалах на основе алюминия и сталей различного класса [32-35]. Однако в ряде случаев показатель степени при модуле упругости был получен больше двух и не являлся целым числом. [c.237]

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]

Рис. 5.1. Влияние размера зерна на зависимость скорости роста усталостной трещины от размаха коэффициента интенсивности напряжения АК при асимметрии цикла нап)ужения R = 0,35 в титановом сплаве Ti-115 и Ti-155 [75]

Константа = 0,5 может быть иной в связи с изменением уровня общей деформации. С использованием соотношения (5.40) для описания роста трещин и с учетом зависимости шага усталостных бороздок в первой степени от длины трещины зависимость скорости роста усталостной трещины (шага бороздок) от длины можно представить как [c.247]

В соотношении (5.47) константы Q = 23/и и зависимы друг от друга. Их зависимость представлена в работе в [101] табличной форме. В результате скорость роста усталостной трещины, характеризуемая шагом усталостных бороздок, отвечает соотношению [c.248]

Представленная в табличной форме (табл. 5.4), ЕКД характеризует поведение сплавов не только в условиях проведения испытаний, которые являются лабораторными с заданными (тестовыми) условиями опыта. Она является характеристикой свойства материала сопротивляться внешней циклической нагрузке при многообразии условий внешнего воздействия, поскольку реализация одного и того же кинетического процесса между двумя соседними точками бифуркации характеризуется одинаковыми величинами КИН при достижении одинаковых величин скорости роста усталостной трещины. Корректное определение величины эквивалентного КИН для условий многофакторного воздействия приводит к представленной выше в табличной форме ЕКД. Вместе с тем сама ЕКД может быть использована в качестве эталона, к которому могут быть приведены получаемые в испытаниях кинетические кривые. В случае постоянного влияния параметра воздействия [c.253]

Закон самоподобия (4.41) указывает на возможность использования набора единичных приращений усталостной трещины для расчета ее длины путем введения нелинейной меры в виде фрактальной характеристики рельефа излома. Вариация набора указанных законом самоподобия (4.41) реализуемых в процессе роста трещины величин приращений приводит к рассеиванию длительности ее роста при близких значениях длины в проекции на горизонтальную ось. Путь трещины в пространстве будет тем более извилистым, чем большее изменение приращений трещины в направлении ее роста происходит вдоль фронта трещины (рис. 5.6). Это свидетельствует о существовании обратной зависимости между величиной фрактальной размерности и осредненной на масштабном макроскопическом уровне скоростью роста усталостной трещины. [c.260]

Одной из основных зависимостей, связывающих скорость роста усталостной трещины dL/dN с коэффициентом интенсивности напряжений К, является уравнение, предложенное П. Пэрисом и Ф. Эрдоганом [192], [c.189]

Рис. 4.13. Зависимость скорости роста усталостной трещины dLfdN от размаха КИН Д/ i R =

Рис. 4.14. Зависимость ДА п от tsKu отвечающая пороговой скорости роста усталостной трещины, при различной асимметрии нагружения R

В частности, если скорость роста усталостной трещины определяется формулой Париса (30.1) п коэффициентом интепсивностн напряжений в виде обобщенного соотношения АК = Aal/Ml, легко получить следующее выражение для циклической долговечности [c.268]

Период распространения усталостЕШх трещин, расположенгшй между кривой усталости (линия АБВ на рис. 7) и линией необратимой повреждаемости (линия КБ), обычно описывается кинетическими диаграммами усталостного разрушения (КДУР). Зависимость между скоростью роста усталостной трещины lgu и размахом коэффициента интенсивности напряжений lgДK (или 1 К ах). В этом периоде усталостного нагружения выделяют три основные стадии (рис. 8) [c.20]

Для оценки скорости роста усталостных трещин использовались эмпирические формулы, в которые не входили параметры механики разрушения. Однако только введеипе в число параметров (влияющих па распространение трещины) коэффициента интенсивности напряжений позволило судить об общих закономерностях роста трещины при повторном (циклическом) нагружении. И это естественно, так как рост трещины усталости происходит на фоне упругих деформаций, кдгда справедливы критерии линейной механики разрушения. [c.258]

Определение скорости роста усталостной трещины dljdN — САЮ, где N — число циклов нагружения, АК = й тах — min — размах коэффициента интенсивности напряжения, С и п — эмпирические величины [c.483]

Рис. 3.4. Зависимость скорости роста усталостной трещины da/dN от размаха коэффициента интенсивности напряжения для (а) алюминиевого сплава7150 в перестаренном (/), состаренном (2) инедоста-ренном (3) состоянии с указанием минимальной величины прироста трещины (Ятт) в цикле нагружения, отвечающей одному межатомному расстоянию [2]

Рис. 4.1. Схема набора кинетических кривых, описываемых уравнением (4.9), с двумя огабающими (1) и (2), которые характеризуют предельные (максимальные) величины скорости роста усталостных трещин по левой границе и минимальные скорости по правой границе рассеивания кинетических кривых

Важно подчеркнуть, что пороговая величина скорости роста усталостной трещины получена равной Vis 2,5-10 м/цикл, что близко к статистически среднему размеру ячейки дислокационной структуры на границе перехода в процессе пластической деформации от мезоуровня I к мезо-уровню II (см. главу 3). Указанные данные по монотонному растяжению образцов подтверждаются результатами экспериментальных исследований сталей в области малоцикловой усталости при постоянном уровне пластической деформации [61]. В испытанных образцах исследовали дислокационную структуру, оказалось, что фрагментированная дислокационная структура представляет собой ячейки и стенки дислокаций. Выполненный статистический анализ размеров фрагментов показал, что при всех уровнях циклической пластической деформации размер ячейки (1,5-2,0) 10 м встречается наиболее часто (см. рис. 3.13). Важно подчеркнуть, что с возрастанием длительности нагружения до разрушения относительная частота формирования ячеек или стенок с указанным размером также возрастает. Это дает основание полагать, что прирост усталостной трещины в пределах указанного размера контролируется одним механизмом разрушения, а далее происходит усложнение механизма разрушения, что должно иметь отражение в кинетическом процессе и описывающих этот процесс кинетических уравнениях. [c.193]

Рис. 4.2. Зависимость скорости роста усталостной трещины dA/dN, от размаха коэффициента интенсивности напряжения АК в панелях толщиной 5 мм из алюминиевого сплава 2024-Т351 при разной асимметрии цикла [62]

Рис. 4.13. Зависимость скорости роста усталостной трещины da/dNот размаха коэффициента интенсивности напряжения АК в припороговой области роста длинных трещин с указанием расчетной величины кванта разрушения для различных марок сталей [127—130] (окончание на с. 227)

Показатель деформационного упрочнения п, определяющий интенсивность протекания процесса пластической деформации материала, рассчитывают в соответствии с уравнением Коф-фина-Мэнсона (5.37). Он является основной константой, от которой зависит скорость роста усталостных трещин в области малоцикловой усталости при фиксированном уровне размаха пластических деформаций Ле ,/. Испытания, например, сплава 800Н при 700 °С со скоростью деформации 4-10 с показали, что соотношение (5.35) достаточно точно позволяет оценить распространение усталостных трещин [112]. В результате обобщения экспериментальных данных по различным маркам нержавеющих сталей (8 марок) и жаропрочным сплавам (6 марок) установлено, что показатель степени при размахе пластической деформации изменяется в интервале 1-2 [110]. [c.246]

В случае доминирования упругой деформации при нагружении материала имеет место зависимость управляющего параметра в первом уравнении синергетики только от энергии упругой деформации. Эту ситуацию можно реализовать и при нагружении материала с постоянной нагрузкой. В том случае, если уровень напряжения низкий и зона пластической деформации имеет пренебрежимо малые размеры по сравнению с длиной трещины и размерами сечения в направлении распространения трещины, нагружение с постоянной нагрузкой и постоянной деформацией становятся эквивалентны друг другу. В обоих случаях имеет место зависимость скорости роста усталостной трещины от длины, описываемая первым уравнением синергетики. Различия в условиях нафужения (постоянная деформация и нагрузка) заключаются в том, что при постоянной деформации уравнение типа (5.43) описывает весь участок стабильного роста трещины, тогда как при постоянной нагрузке происходит самоорганизованный переход к нелинейному нарастанию СРТ по ее длине. [c.247]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...