Материалов свойства при циклическом нагружении

За последние годы в СССР и за рубежом опубликован ряд работ по металловедению и технологии титановых сплавов, отражены современные подходы к проблеме их разрушения. Вопросы же циклической прочности и долговечности титановых сплавов с учетом влияния агрессивных сред освещены мало. Авторы попытались на основании собственных исследований и обобщения имеющихся отечественных и зарубежных материалов установить основные закономерности изменения свойств титановых сплавов при циклических нагружениях. Особое внимание при этом обращено на рассмотрение природы процессов накопления циклических повреждений в условиях агрессивных сред и на выявление факторов, отрицательно сказывающихся на надежности и эксплуатации при циклических нагрузках. [c.4]

Исключительная стойкость титана во многих природных и промышленных агрессивных средах делает его ценным материалом, но чувствительность к концентрациям напряжений иногда резко снижает эффективность его применения, хотя правильное использование поверхностной пластической деформации в местах концентраций может свести к минимуму это отрицательное свойство. Следует отметить также сравнительно небольшой опыт эксплуатации титановых сплавов, что требует статистического подхода к анализу результатов испытаний усталостной прочности, выносливости и надежности при циклическом нагружении. [c.137]

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКИХ НАГРУЖЕНИЯХ [c.130]

При циклических нагружениях у ряда материалов при постоянной амплитуде напряжений наблюдается уменьшение деформации, т. е. уменьшение петли гистерезиса (циклически упрочняющиеся, например, алюминиевые сплавы). Имеются материалы с увеличивающейся петлей гистерезиса (циклически разупрочняющиеся) и циклически идеальные материалы с неизменной петлей гистерезиса [16 . Поведение материала часто зависит не только от свойств материала, но и от предыдущей обработки. [c.103]

Кроме того что при ударном нагружении следует учитывать сложное взаимодействие возникающих волн напряжения, необходимо иметь в виду, что при динамическом нагружении могут значительно изменяться характеристики материала по сравнению с их обычными значениями в квазистатических условиях [5]. Зависимость напряжений от деформаций в циклических условиях уже обсуждалась в гл. 8 и 11. Информация об особенностях поведения материалов и изменении их свойств при динамическом нагружении пока еще далеко не полна, и любые дополнительные сведения о вязкости разрушения, прочности, жесткости и концентрации напряжений в условиях ударных воздействий, несомненно, окажутся полезными расчетчику. [c.531]

Основные закономерности малоциклового деформирования в настоящее время уже достаточно хорошо изучены [7, 35, 43, 44, 101, 122, 123], и результаты этих исследований кратко обсуждены в гл. 1. В данном разделе рассматриваются особенности деформирования и разрушения конструкционных материалов при высоких температурах, когда проявляются температурно-временные аффекты ползучесть, релаксация и структурные изменения материала. Особое внимание уделено исследованиям при циклическом нагружении в условиях интенсивного деформационного старения, сопровождающегося сильным изменением прочностных и пластических свойств материала во времени. Причем интенсивность и характер этих изменений зависят также и от условий деформирования, и в первую очередь от формы цикла и частоты нагружения. Учет изменений пластических свойств во времени, определяющих сопротивление материала малоцикловому и длительному статическому разрушению, требует проведения сложных экспериментов в условиях, приближающихся к эксплуатационным, во многих случаях характеризующихся сильным протеканием деформационного старения. [c.166]

В настоящее время интенсивно исследуются закономерности развития усталостных трещин при циклическом нагружении. Скорость развития усталостных трещин различными исследователями рассматривается в зависимости от силовых, деформационных, энергетических факторов, длины трещины и механических свойств материалов. В литературе описано более 60 зависимостей, связывающих скорость развития усталостных трещин с параметрами нагружения и характеристиками механических свойств материалов, обзор которых сделан в работах [25, 38, 48, 89, 122, 1981. [c.25]

В рассмотренные выше зависимости входят в основном характеристики механических свойств материалов, определенные при статическом нагружении. При этом предполагается, что развитие трещины происходит в каждом цикле, поэтому не учитывается накопление повреждений и изменение характеристик механических свойств материала у вершины при циклическом нагружении. Силовые, энергетические и деформационные характеристики режимов циклического нагружения, определяемые расчетом, используемые в указанных зависимостях, не учитывают влияния остаточных напряжений, изменение толщины образцов и коэффициента асимметрии цикла на реальное напряженно-деформированное состояние материала у вершины трещины, когда размеры пластических зон достаточно велики, но не происходит пластического течения всего оставшегося сечения образца. Все это ограничивает применение рассмотренных зависимостей, как правило, только исследованными-материалами, условиями испытаний, режимами нагружения и толщинами образцов и не позволяет прогнозировать условий перехода к нестабильному развитию трещин и закономерностей нестабильного развития трещин. [c.31]

Известные в литературе модели хрупкого разрушения тел с трещинами не учитывают изменение реологических свойств материалов в пластически деформируемой зоне у вершины трещины при циклическом нагружении образцов и динамический характер распространения трещины при ее нестабильном развитии и поэтому не позволяют прогнозировать влияние режимов циклического нагружения на характеристики вязкости разрушения и закономерности перехода от усталостного к хрупкому разрушению конструкционных сплавов. Это не позволяет обосновать расчеты предельной несущей способности и долговечности тел с трещинами при циклическом нагружении с учетом стадии их нестабильного развития и ответить на практически важные вопросы в каких случаях циклически нагружаемая конструкция с трещиной разрушится при нагрузках меньших, чем нагрузка, которую она может выдержать при статическом нагружении при каких условиях полное разрушение конструкции произойдет при первом скачке трещины, а при каких — после определенного числа скачков. [c.210]

В связи с развитием методов и средств обнаружения и измерения возникающих и развивающихся тре-, щин в элементах конструкций представляется целесообразным дать оценку их несущей способности в зависимости от стадии разрушения. Такая оценка должна основываться на закономерностях развития трещин при циклическом нагружении, установленных методами механики разрушения при рассмотрении предельных состояний, соответствующих росту трещин до критических размеров. Запас прочности в этом случае рассматривается в ресурсном смысле, как отношение времени или числа циклов, необходимых для достижения предельного состояния, к времени или числу циклов, нарабатываемому за время службы, т. с. Пх или rij . Закономерности развития трещин при циклическом и длительном статическом нагружении выражаются через значения интенсивности напряжений Ki (см. гл. 5). Последняя зависит от размеров трещин и условий нагружения, а также от параметров уравнений, описывающих механические свойства материала. Эти параметры зависят от температуры и изменения состояния материалов в процессе службы. [c.8]

Для большинства случаев приведены значения предела выносливости при циклическом нагружении, однако для некоторых материалов указаны напряжения и число циклов. Накопленные данные характеризуют свойства материала и их не следует применять при рассмотрении поведения материала в фактической конструкции. Поэтому использование этих данных ограничено предварительным выбором материалов или геометрических пропорций конструкции. [c.320]

Поведение материалов при циклическом нагружении в связи с их статическими свойствам, Романов А. Н. Сб. Структурные фактОры малоциклового разрушения металлов . М., Наука , 1977, с, 130—140. i [c.143]

Второй раздел посвящен основным законам, теоремам и уравнениям циклической пластичности. Изложены упругопластические свойства материалов при циклическом нагружении и законы их изменения в процессе одного цикла нагружения и от цикла к циклу. Обобщены методики приложения законов циклической пластичности к расчету стержневых систем, цилиндров, оболочек, дисков и пластин, подвергаемых циклическим изменениям нагрузок. Рассмотрены предельное состояние при переменных нагружениях и приспособляемость элементов конструкций. [c.12]

Диаграммы циклического деформирования при мягком нагружения позволяют получить кинетику деформаций, которая необходима для определения деформационных свойств материала при циклическом нагружении, а при жестком — кинетику напряжений при циклическом упругопластическом деформировании. По характеру изменения свойств при многократном упругопластическом нагружений материалы разделяются на три основных типа циклически стабильные, циклически упрочняющиеся и циклически разупрочняющиеся. Циклически стабильными называются материалы, у которых сопротивление многократному упругопластическому деформированию не зависит от числа циклов нагружения. Это означает, что модуль упругости, предел пропорциональности и текучести, секущий и касательный модули не зависят от числа циклов нагружения. [c.237]

Внутреннее трение — свойство твердого тела при циклическом нагружении обращать часть упругой энергии механических колебаний в тепловую. Внутреннее трение проявляется в затухании свободных колебаний твердого тела, а также в наличии петли упругого гистерезиса. Имеются материалы с высоким внутренним трением (высокой способностью к рассеиванию колебаний или, иначе, высокой демпфирующей способностью) и низким внутренним трением. [c.25]

В книге представлены наиболее важные экспериментальные данные по механическим свойствам современных жаропрочных материалов при высоких температурах, в том числе при циклических нагружениях и нагревах, упругопластических деформациях и ползучести. Рассмотрены методы оценки термопрочности деталей, включая многорежимные и нестационарные условия работы. [c.3]

Для дисков турбин ГТУ разного назначения перечисленные выше требования к материалу не могут быть сформулированы в виде перечня конкретных значений пределов текучести, ползучести, длительной прочности, пластичности, сопротивления термической и механической усталости, релаксации, склонности к хрупким разрушениям, количеству и размерам допустимых металлургических дефектов критическим значениям коэффициента интенсивности напряжений при циклическом нагружении и т.д. Тем не менее в настоящее время установились некоторые представления о механических свойствах, которыми должны обладать разрабатываемые материалы дисков ГТУ различных типов. [c.37]

Циклическое упругопластическое деформирование. При циклическом знакопостоянном и знакопеременном нагружении (деформировании) свойства материалов существенно отличаются от свойств при статическом нагружении (деформировании). [c.103]

Изучение упругопластических циклических свойств материалов было начато немецким ученым Баушингером. Первые его работы были опубликованы в 1881 г. Он исследовал изменение предела текучести мало- и среднеуглеродистых сталей при повторном нагружении с изменением и без изменения знака нагружения. Баушингером было установлено, что при пульсирующем растяжении с напряжением Оо, превышающим пре,цел текучести Стт, новое значение предела текучести при последующем нагружении приблизительно соответствует заданному значению СТо- После нагружения образца до Оо он разгружается до нуля с последующим нагружением (рис. 21.3.1). При знакопеременном нагружении образца выше предела текучести От предел текучести в режиме сжатия оказы- [c.363]

В методиках расчета, разработанных Институтом машиноведения АН СССР, сделан ряд допущений и упрощений, позволяющих выполнить расчет прочности и долговечности в рамках инженерных возможностей — с использованием аналитических зависимостей для кривых малоциклового разрушения, базовых статических и циклических свойств материала и схематизированных режимов эксплуатационного нагружения. Расчет местных напряжений и упруго-пластических деформаций проводится на базе коэффициентов концентрации напряжений и деформаций в упругой области. Эти коэффициенты устанавливаются по теоретическим коэффициентам для заданных уровней номинальных нагружений с учетом сопротивления материалов неупругим деформациям при статическом и циклическом нагружении. Нестационарность режимов нагружения в инженерных расчетах учитывается по правилу линейного суммирования повреждений. Расчеты выполняются для стадии образования трещины в наиболее нагруженных зонах рассматриваемых элементов конструкций. [c.371]

Свойствам эвтектйческих ком1Позитов при циклическом нагружении уделено, к сожалению, мало внимания по сравнению со свойствами при статическом нагружении и ползучести, хотя на самом деле применение этих материалов во многих областях может иметь ограничения по усталости. При предсказании усталостных свойств эвтектических композитов возникают три вопроса [c.376]

Более частный случай разрушения свойствен циклически уп-рочняюш имся материалам. При этом, в силу циклических свойств, не происходит накопления односторонних деформаций и, следовательно, квазистатическое повреждение — второе слагаемое уравнения (7) — мало по сравнению с усталостным. Аналогичные условия разрушения характерны для материалов независимо от их циклических свойств при жестком нагружении с небольшими асимметриями по деформациям. [c.41]

Здесь и в дальнейшем анализ поведения конструкций основывается на представлении об идеальном упруго-пластическом материале. Использование идеализированной модели среды может вызвать у инженера, который привык иметь дело с реальными материалами, определенные сомнения и даже недоверие к результатам. Поэтому важно выяснить, как повлияли бы на эти результаты те свойства реального материала, которые данной моделью не учитываются. Двухпараметрическая система позволяет проиллюстрировать качест1вен Ное (а при наличии конкретных данных и количественное) влияние таких факторов, как упрочнение при монотонном и при циклическом нагружении. [c.11]

При рассмотрении циклических гистерезисных кривых выделяются две стадии процесса циклического пластического деформирования [8, 13] переходная стадия, в течение которой происходит изменение реакции материала (для каждого цикла проходится новая кривая гистерезиса), и установившийся режим (предельная гистерезисная петля вновь проходится на каждом цикле, так как изменения петли отсутствуют или столь малы, что их можно измерить только после большого числа циклов). Установившийся режим может достигаться асимптотически либо вообш,е не достигаться. Материалы по характеру их поведения при циклическом нагружении можно разделить на циклически упрочняющиеся, циклически разупрочняющиеся и стабильные. Один и тот же материал в зависимости от режима и характеристик циклического нагружения может проявлять свойства циклической упрочняемости, разупрочняемости, стабильности. [c.132]

Романов А. Н. Поведенр,-е материалов при циклическом нагружении в связи с пх статическими свойствами. — В кн. Структурные факторы малоциклового разрушения металлов. М. Наука, 1977. с. ИЗО — 138. [c.236]

На основе оригинальных экспериментальных исследований обоснованы скачкообразный характер развитая усталостных трещин для циклически разупрочняю-щихся сталей в охрупчепном состоянии и существенное снижение характеристик, вязкости разрушения этих сталей при циклическом нагружении по сравнению со статическим нагружением. Описана модель, позволяющая прогнозировать влияние цикличности нагружения на характеристики вязкости разрушения по реологическим-свойствам материалов и прогнозировать долговечность с учетом стадии нестабильного развития трещин. [c.5]

Обобщение результатов исследований закономерностей стабильного и нестабильного развития усталостных трещин, характеристик вязкости разрушения конструкционных сплавов различных классов при статическом, циклическом и динамическом нагружениях при различных температурах и вариантах термической обработки образцов различных толщин, изложенных выше, позволило предложить и обосновать модель разрушения конструкционных сплавов с трещинами при циклическом нагружении fl65], которая учитывает влияние цикличности нагружения на изменение реологических свойств материала в пластически деформируемой зоне у вершины трещины и динамический характер распространения трещины после ее страгивания. Модель позволяет прогнозировать соотношения значений характеристик вязкости разрушения при различных видах нагружения и кинетику нестабильного развития усталостных трещин для материалов различных классов в зависимости от режимов циклического нагружения. [c.210]

Предложенная модель разрушения конструкционных сплавов с трещиной при циклическом нагружении учитывает влияние на вязкость разрушения изменения характеристик механических свойств материалов в пластически деформируемой зоне у вершины трещины при циклическом нагружении и класса материала (циклически разу-прочняющийся, упрочняющийся, стабильный). Для количественной оценки вязкости разрушзния необходимо знать закономерности изменения параметров диаграмм циклического деформирования (ширины петли пластического гистерезиса), циклического предела пропорциональности, циклического предела текучести, показателя деформационного упрочнения (в зависимости от режимов нагружения, класса материала и условий испытаний, например температуры), которые определяются при циклическом нагружении гладких образцов. [c.221]

Проанализируем приведенные на рис. 123 и в табл. 17 данные с учетом механических свойств исследованных материалов, которые даны в табл. 15 [131]. Для исследованной меди и бронзы пределы упругости приблизительно совпадают с пределом выносливости на базе 10 циклов, у латуни циклический предел упругости превышает предел выносливости примерно в 1,3 раза. Если сравнить пределы текучести при медленном монотонном увеличении нагрузки ао,2 с пределами упругости при циклическом нагружении, то для меди Gy равно 0,32ао,27 Для латуни — 0,55ао,2, Для бронзы — 0,97ао,2- Таким образом, для меди и латуни уменьшение характеристик Су по сравнению с ао,2 более существенно, чем для бронзы. Этот факт, вероятно, может быть объяснен различной пластичностью исследуемых материалов, характеризуемой величиной относительного сужения -ф при статическом растяжении. [c.165]

Первые систематические эксперименты по изучению упругопластических свойств металлов при циклических нагружениях были проведены Иоганном Баушингером (I. Baushinger) и опубликованы в 1881 и 1886 гг. [352, 353]. Он описал явление, получившее впоследствии название эффект Баушингера , которое играет важную роль при оценке поведения материалов при циклических нагружениях. Оно состоит в следующем если образец, предварительно растянутый за предел упругости, сжимать, то предел упругости уменьшается тем в большей степени, чем выше было напряжение предшествующего растяжения. Аналогичные изменения наблюдаются и в случае растяжения после предварительного сжатия. [c.85]

При участии автора книги в СССР были разработаны РД 50.344— 82 "Методические указания. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) при циклическом нагружении", являющиеся первым межотраслевым нормативно-методическим документом по испытаниям металлов на трещиностойкость. Определяемые в соответствии с этими методическими указаниями характе 1стики могут быть использованы (наряду с другими характеристиками механических свойств) для суждения о сопротивлении материала развитию трещины и определения влияния на него различных металлургических, технологических и эксплуатационных факторов сопоставления материалов при обосновании их выбора для машин и конструкций контроля качества материалов оценки долговечности элементов конструкций на основании данных об их дефектности и напряженном состоянии установления Критерия неразрушающего контроля и анализа причин разрушения конструкций. [c.49]

Создание конструкций высоких параметров, больших мощностей и размеров потребовало разработки вопросов прочности при циклическом нагружении в упруго-пластической области. В этих условиях в наиболее напряженных зонах узлов и деталей происходит существенное изменение закономерностей деформирования и условий образования и распространения трещин циклического нагружения. Это связано с тем, что при указанных уровнях нагрузок, соответствующих сравнительно "малому (до 10 —10 ) числу циклов до разрушения, наблюдается перераспределение по числу циклов упруго-пластических деформаций, зависящее от условий нагружения (неоднородность напряженного состояния, температура, скорость деформирования и др.) и от циклических свойств материалов. Процессы образования и развития трещин малоциклового нагружения в общем случае протекают на фоне накопления однонаправленных и циклических пластических деформаций, причем описание ведется на основе соответствующих критериев малоциклового разрушения. Нестационарность [c.410]

Таким образом, требования, предъявляемые к матрицам, можно разделить на эксплуатационные и технологические. К первым относятся требования, связанные с механическими и физико-химическими свойствами материала матрицы, обеспечивающими работоспособность композиции при действии различных эксплуатационных факторов. Механические свойства матрищл должны обеспечить совместную работу армирующих волокон при различных видах нагрузок. Прочностные характеристики материала матрицы являются определяющими при сдвиговых нагрузках, нагружении композита в направлениях, отличных от ориентации волокон, а также при циклическом нагружении. Природа матрицы определяет уровень рабочих температур композита, характер изменения свойств при воздействии атмосферных и других факторов. С повышением температуры прочностные и упругие характеристики матричных материалов, так же как и прочность их соединений со многими типами волокон, снижается, материал матрицы также характеризует устойчивость композита к воздействию внешней среды, химическую стойкость, частично теплофизические, электрические и другие свойства. [c.11]

Кинетика изменения максимальных напряжений зависит от свойств материала и находится в соответствии с поведением различных групп материалов при мягком нагружении. Так, в испытаниях циклически упрочняющихся материалов при жестком нагружении амплитуда напряжения вначале возрастает. Интенсивность возрастания с увеличением числа циклов уменьшается. После сравнительно небольшого числа циклов амплитуда напряжений становится практически постоянной на большей части долговечности вплоть до разрушения. Размах установившегося напряжения иногда называют шсимптотическим размахом или размахом насыщения . Предполагают, что каждому размаху деформации соответствует определенный асимптотический размах напряжения. Он берется при числе циклов, равном половине разрушающего, т. е. при средней долговечности. [c.622]

Анализ случаев поломок деталей машин свидетельствует о том, что большинство поломок связано с явлением так называемой усталости материалов. Явление усталости металлов заключается в разрушении деталей машин вследствие возникновения в них многократно изменяющихся переменных напряжений, значительно меньших, чем предел прочности или даже предел текучести материала. Опасность этого явления заключается в том, что деталь, выполненная из пластичного металла и нагруженная до напряжений, казалось бы, неопасных, внезапно разрушается без появления остаточных деформаций, которые сигнализировали бы о надвигающейся катастрофе. Долгое время существовало мнение, что при работе детали в условиях циклически меняющихся напряжений, происходит изменение в кристаллическом строении металла. Это мнение основывалось на том, что материал с достаточными пластическими свойствами при длительной работе в условиях переменных напря- [c.327]

Изменение амплитуды напряжений при жестком нагружении, как и изменение амплитуды деформаций при мягком нагружении, в процессе циклических испытаний определяется свойствами материала. Для одних материалов (алюминиевые сплавы, титан и низкопрочные а-сплавы на его основе, некоторые конструкционные стали) ширина петли гистерезиса при мягком деформировании по мере нара--стания количества циклов уменьшается, а амплитуда напряжений при жестком нагружении увеличивается. Для этой группы материалов характерно повышение предела пропорциональности с увеличением количества циклов нагружения, в связи с чем такие материалы относят к группе циклически упрочняющихся. Для других материалов (например, теплостойкие стали, чугуны, высокопрочные титановые а и (а+ 0)-сплавы) наблюдается обратная картина при мягком нагружении ширина петли гистерезиса увеличивается, а при жестком нагружении амплитуда напряжения снижается. Сопротивление деформированию для этой группы материа-пов с увеличением количества циклов уменьшается, а вся группа материалов относится к типу циклически разупрочняющихся. И, наконец, ряд материалов (аустенитные стали, конструкционные стали средней прочности, некоторые титановые сплавы) не изменяют сопротивления деформированию при цикпическом нагружении, форма диаграмм деформирования остается практически неизменной, а сами материалы относятся к циклически стабильным. На рис. 47 приведен характер изменения диаграмм при жестком и мягком нагружении описанных групп материалов. [c.87]

Несгационарность нагружения. При эксплуатации конструкций отдельные детали часто подвергаются нестационарным циклическим нагрузкам. Фактических данных по влиянию нестационарности циклического нагружения на усталостные свойства титановых сплавов мало. Автор работы [ 166] определял влияние циклических перегрузок на усталостную прочность сплава титана ПТ-ЗВ и стали марок 15 и Ст4. Он пришел к выводу, что у материалов, которые имели близкий предел выносливости, одинаковые кратковременные циклические перегрузки могут приводить и к упрочнению, и к разупрочнению, однако закономерности при этом не установлено. Сплав ПТ-ЗВ показал наименьшую чувствительность к перегрузкам. И.В. Козлов, Н. И. Вассерман и др. [ 167] провели исследования усталостной прочности образцов диаметром 10 мм сплава ВТ6 (Ов = 680 МПа, 5 = 16 %, 0= 49 %) при нестационарном нагружении круговым изгибом. Испытание большого количества образцов каждой партии позволяло с достаточной достоверностью проводить статистический анализ результатов и получать вероятностную картину предела выносливости при заданном числе циклов. Это дало возможность исключить влияние на получаемые усталостные характеристики естественного разброса при испытаниях. Прежде всего было определено действие предварительного нагружения циклическими напряжениями ниже стационарного предела выносливости на вторичный предел выносливости (рис. 108). Из рис. 108 видно, что предварительное нагружение сплава ВТ6 приводит к заметному повышению вторичного предела выносливости, несколько большего в области малой вероятности разрушения. [c.172]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...