Накопление повреждений при усталости

В настоящем разделе предпринята попытка сформулировать деформационно-силовой критерий зарождения усталостного разрушения применительно к ОЦК металлам, в частности к сталям перлитного класса, основываясь на некоторых физико-меха-нических представлениях о накоплении повреждений при усталости [74, 79, 85, 126]. Разрабатываемый подход позволит ответить на некоторые открытые вопросы в проблеме малоцикловой усталости материалов, в частности, касающиеся влияния на долговечность максимальных напряжений и нестационарности нагружения. [c.136]

Характер сдвиговых процессов в материале плакирующего слоя показан на рис. 134, г—е, который иллюстрирует неравномерность раскрытия полос скольжения, имеющих вид прерывистых линий. В участках максимальной деформации и в зонах сосредоточения различных дефектов и несовершенств происходит наиболее интенсивное разрыхление поверхности материала, сопровождающееся появлением и накоплением необратимых структурных изменений и очагов разрушения, вызывающих возникновение микротрещин. Кроме того, накопление повреждений при усталости происходит и во внутренних микрообъемах биметалла. [c.226]

Введение данных фаз при моделировании процессов накопления повреждений по-(4.1.57) зволяет сблизить границы применимости механики поврежденной среды и механики развития макроскопических трещин (механики разрушения), а также объяснить взаимодействие процессов накопления повреждений при усталости и ползучести [1, 9]. [c.379]

Вопросы усталости, и в первую очередь малоцикловой усталости, совершенствование методов испытания на усталость, обоснование деформационных критериев малоцикловой усталости, установление физической модели накопления повреждений при повторно-переменных нагрузках, кинетики развития усталостных трещин в тех или иных условиях нагружения, статистический аспект усталости, а также разработка инженерных методов расчета элементов конструкций на прочность при повторно-переменных напряжениях с учетом различных факторов (вида напряженного состояния, конструктивно-технологических особенностей, температуры, начальной напряженности и т. п.). [c.664]

Вопросы усталости, и в первую очередь малоцикловой усталости, совершенствование методов испытания на усталость, обоснование деформационных критериев малоцикловой усталости, установление физической модели накопления повреждений при повторно-переменных нагрузках, кинетики развития усталостных [c.745]

Методически важным в рассматриваемых работах является использование при оценке накопленных повреждений действительных (экспериментально полученных) кривых малоцикловой усталости, а не расчетных с привлечением корреляции со статическими свойствами. Последнее позволяет исключить ошибки, вызванные неточностью расчетных уравнений, и более корректно оценить особенности накопления повреждений при нестационарном нагружении. [c.19]

Филатов В. М. О накоплении повреждений при термической усталости.— В кн. Сопротивление деформированию и разрушению при малом числе циклов нагружения. М. Наука, 1967. [c.288]

В своей монографии Статистические методы в строительной механике В. В. Болотин поэтому поводу пишет Статистическая теория деформирования и разрушения твердых тел позволила бы сединой точки зрения описать процессы пластической деформации, ползучести и релаксации, хрупкого разрушения и накопления повреждений при циклических нагрузках. Пользуясь статистической теорией, можно было бы естественным путем получить все соотношения для феноменологических теорий пластичности, ползучести и усталости, о которых в настоящее время приходится догадываться, отправляясь от более или менее ограниченного числа экспериментальных фактов. Не будет преувеличением сказать, что статистическая теория сыграет в будущем для науки [c.539]

Исследование процессов развития усталостного разрушения и характеристик сопротивления усталости в пределах каждого этапа испытаний (до появления первой трещины и в период ее постепенного развития) в настоящее время приобретает все большее значение. Интерес к поэтапному исследованию усталости как материалов, так и натурных деталей особенно возрос в связи с изучением закономерностей накопления повреждений при нестационарно изменяющихся режимах нагружения, присущих эксплуатации большинства современных конструкций. - [c.183]

Весь сложный комплекс явлений, составляющих существо процесса накопления повреждений при циклических нагрузках, объединяют общим термином — механическая усталость или просто усталость материала. В настоящее время принято считать, что усталостные повреждения на начальной стадии их развития связаны с пластическими деформациями в отдельных зернах поликристаллического агрегата, каким является каждый конструкционный металл или сплав. Указанные пластические деформации возникают лишь в отдельных зернах, ориентированных таким образом, что их плоскости наименьшего сопротивления скольжению близки к плоскостям действия максимальных касательных напряжений. Ориентированные таким образом зерна пластически деформируются еще на ранней стадии нагружения, на которой весь массив кристаллитов в целом ведет себя как упругое тело. Полагают, что соответствующий уровень напряжений составляет примерно 0,6... 0,7 от условного предела текучести То,2. Пластическое деформирование сначала в одном, а затем в обратном направлении сопровождается некоторыми разрушениями, происходящими в микроскопических объемах материала. Возникающие при этом микротрещины постепенно растут и частично сливаются от цикла к циклу. Более длинные трещины растут быстрее, а значительная часть наиболее мелких трещин прекращает свой рост вскоре после своего зарождения. В итоге слияния нескольких микротрещин раньше или позже возникает магистральная трещина, которая вначале видна лишь под микроскопом, а затем по мере развития — невооруженным глазом. Иногда образуется сразу несколько магистральных трещин. [c.334]

По аналогии с усталостью считается, что образование макротрещины в результате накоплений повреждений при ползучести происходит при достижении производной 5са своего критического значения [c.383]

Материальные параметры эволюционного уравнения накоплений повреждений при малоцикловой усталости различных материалов [c.392]

Гипотеза накопления повреждений, предложенная Генри [3], основана на представлении о том, что кривые усталости смещаются по мере накопления повреждений и что поврежденность при усталости может быть определена как отношение величины уменьшения предела усталости к пределу усталости исходного материала, т. е. [c.247]

НАКОПЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПРИ МАЛОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ [c.388]

Анализ этой задачи показывает, что она достаточно сложна, даже с учетом того, что нагружение одноосно, и даже в том случае, если мы не будем учитывать концентрацию напряжений или деформаций. При ее решении надо исследовать спектр нагружения, подсчитать число циклов, учесть отличную от нуля среднюю деформацию цикла и оценить накопление повреждений при малоцикловой усталости. Для получения оценки подходящего размера тяги при анализе типового 5-секундного блока нагружения можно применить метод стока. Напряжение и деформация связаны с нагрузкой через площадь сечения, величина которой пока неизвестна. Поэтому при максимальной и минимальной нагрузках в 5-секундном блоке максимальное и минимальное напряжения могут быть определены лишь при задании некоторого значения площади. По этим пикам напряжений с помощью кривой зависимости напряжений от деформаций при циклическом деформировании стали SAE 4340, приведенной на рис. 8.17, могут быть определены максимумы и минимумы деформаций. Для определения теоретического значения долговечности при каждом значении амплитуды в 5-секундном блоке нагружения может быть использовано соотношение (11.5). [c.393]

Явления ползучести могут сопутствовать и накоплению повреждений от усталости, в особенности при трапецеидальном характере изменений напряжений в цикле (см. рис. 6). [c.30]

Зависимость (1.61) показывает, что накопление повреждений при малоцикловой усталости с учетом ползучести может быть определено как линейное суммирование повреждений с добавлением повреждения X от ползучести. То же самое отражает и уравнение (1.60), в котором б является, по существу, корреляционным параметром, обеспечивающим лучшее соответствие с экспериментом, поскольку из него же 6 и определяется. [c.20]

Влияние температуры на сопротивление усталости зависит от многих факторов и неоднозначно для различных металлов и сплавов. С повышением температуры на микромеханизм образования и роста усталостных трещин накладываются диффузионные процессы, особенно в зоне границ зерен и включений примесей. Микромеханизм усталостного разрушения кристаллических тел существенно усложняется в случае переменных тепловых воздействий (тепло-смен), когда взаимодействуют процессы циклического упрочнения материала, повышающее его долговечность, и процессы термического разупрочнения и накопления повреждений при повышенных температурах. [c.121]

Расчет на усталость при нерегулярной переменной нагруженности удобно вести, используя понятие вторичной кривой усталости, представленной, например, на рис. 5.4 и 5.6. Применяя те или иные гипотезы накопления повреждений при нерегулярном нагружении, можно построить вторичные кривые усталости расчетным путем. [c.190]

При исследовании трения и износа металлов в жидких, в том числе смазочных, средах все большее внимание уделяется усталостной теории изнашивания l6,17j. В соответствии с этой теорией материал поверхностного слоя, прилегающий к контактирующим поверхностям, в процессе трения подвергается циклическим знакопеременным нагрузкам, в результате действия которых происходит накопление повреждений образование трещин и усталостное разрушение материала, получившее название контактно-фрикционной усталости. Как объемная, так и контактно-фрик-ционная усталость является результатом накопления повреждений при многократном циклическом воздействии напряжений, меньшем пределе упругости, поэтому закономерности разрушения и характер влияния жидкой среды в обоих случаях могут быть во многом идентичны. [c.10]

Ввиду того что процессы накопления повреждений при малоцикловой усталости не одинаковы в области относительно больших (Л8 = 3,.. 4%) и малых (Д8 = 0,3. .. 0,6%) уровней нагрузки, о чеж свидетельствует различный характер разрушения материала, дисперсия значений долговечности не одинакова, и возрастает с уменьшением размаха деформаций. В области больших значений 8р разрушение определяется в основном статической прочностью, ресурсом пластичности тела отдельных зерен и детали.в целом. В области малых размахов деформации, когда основную часть размаха составляет упругая деформация, основное значение имеют процессы, свойственные механической усталости. Поэтому и рассеяние-долговечности. возрастает при уменьшении значений А . [c.183]

Для одних конструкций наиболее опасными являются длительные статические повреждения, при этом цикличность силового воздействия играет второстепенную роль, т. е. основным фактором, определяющим разрушение, является время для других — разрушение наступает в результате циклических повреждений, и фактор времени не является определяющим. В большинстве случаев при эксплуатации оборудования в условиях высоких температур накопление повреждений протекает как от действия циклических нагрузок, так и ползучести, и условия разрушения при этом определяются предельной суммой накопленного повреждения от усталости и ползучести [1—5]. При этом наличие временных выдержек или наложение нагрузки второй частоты в процессе малоциклового нагружения вызывает дополнительные повреждения от ползучести и усталости [6]. [c.87]

При сравнении различных нестационарных режимов работы ГТД, приводящих к накоплению повреждений малоцикловой усталости (в частном случае - термоусталости) в дисках, лопатках и статорных деталях турбины, направляющих аппаратах и др., целесообразно сравнивать запасы прочности по размахам деформации или близкие к ним запасы прочности по условиям, определяющим возможность возникновения знакопеременного течения (ЗПТ) в рамках расчета соответствующей детали по теории приспособляемости. Последний в некоторой степени отображает реальный размах дес рмаций в установившемся цикле (после перераспределения напряжений из-за появления пластических де(]к)рмаций и деформаций ползучести в первых циклах нагружения). [c.553]

Под влиянием переменных напряжений в наиболее напряженном месте детали либо там, где она имеет внутренние пороки, возникает трещина, которая постепенно разрастается, охватывая все большую часть поверхности будущего излома. Наступает такой момент, когда сечение детали в месте развития трещины оказывается настолько ослабленным, что больше не в состоянии сопротивляться действующим на деталь нагрузкам, и она разрушается. Таким образом, усталостью называют процесс постепенного накопления повреждений материала при действии повтор но-переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушению. [c.332]

Процесс постепенного накопления повреждений материала при действии циклических нагрузок, приводящий к образованию трещины и разрушению, принято называть усталостью. Свойство же материала противостоять усталости называется выносливостью. [c.61]

Расчеты элементов конструкций на малоцикловую усталость базируются на экспериментальных данных изучения закономерностей сопротивления деформированию и разрушению при циклическом упруго-пластическом деформировании, а также исследованиях кинетики неоднородного напряженно-деформированного состояния и накопления повреждений в зонах концентрации — местах вероятного разрушения. Ниже приведены основные понятия и некоторые результаты изучения кинетики деформирования и разрушения материалов при циклическом упруго-пластическом деформировании. [c.683]

В соотношении (1.6) обычно при оценке усталостной долговечности в качестве характеристики повреждаемости Df рассматривают число циклов нагружения. В реальной эксплуатации при взаимодействии нагрузок, особенно в случае малоцикловой усталости, линейное суммирование накопленных повреждений не отражает реального, нелинейного процесса накопления повреждений в различных зонах центроплана и крыла ВС [29, 38]. Это же относится и к стойкам шасси пассажирского самолета [39]. Интервал разброса в оценках накопленных повреждений может составлять 0,5-4,0 [40, 41], а при учете последовательности циклов нагружения разброс данных может быть еще выше [19, 24, 30]. Поэтому для более точной оценки усталостной долговечности введен метод спектрального суммирования, позволяющий установить связь между характеристиками долговечности и характеристиками случайного процесса нагружения на основе использования спектральной плотности мощности [30]. При нерегулярном нагружении, характеризуемом непрерывной спектральной плотностью, энергия процесса с частотой со/,- может быть заменена эквивалентной (по средней использованной долговечности) энергией, характеризующей процесс нагружения на другой частоте. В частности, на некоторой характеристической частоте [c.37]

При требуемых величинах ресурса в десятки тысяч полетов условия работы дисков ГТД отвечают области малоциклового нагружения и характеризуются, в основном, регулярно повторяющимся от полета к полету воздействием на диски нагрузок в виде полетного цикла нагружения (ПЦН). Каждый ПЦН представляет собой сложный блок сочетающихся, накладывающихся друг на друга и изменяющихся во время полета силовых, температурных и вибрационных нагрузок. Диски современных ГТД проектируются с запасами прочности, при которых в процессе эксплуатации в их наиболее напряженных местах может происходить повторное упругопластическое деформирование их материала, а в зонах максимальных напряжений материал дисков может работать за пределами упругости. В этих местах с ростом наработки идет накопление повреждений материала, отвечающих области малоцикловой усталости (МЦУ). [c.38]

Представление о соотношении между периодом развития трещины и долговечностью материала в разных областях много- и малоцикловой усталости может быть получено при более детальном рассмотрении кривой усталостного разрушения материалов по стадиям накопления повреждений и роста трещин [27]. В ходе циклического нагружения при постоянном уровне переменного напряжения в материале протекает первоначально процесс накопления необратимой повреждаемости, и при достижении некоторого критического уровня плотности дефектов происходит возникновение начальной поверхности трещины или зоны очага [c.55]

В ряде случаев переменные упругопластические деформации в элементах конструкций возникают в результате их циклического нагрева и охлаждения с образующимися при этом повторными термическими напряжениями. На этой основе были поставлены [19, 20] многочисленные испытания на термическую усталость. Неизо-термичность нагружения сказывается на накоплении повреждения при рассмотрении его в деформационных представлениях [21] в в связи с ранее приведенными зависимостями (8) и (9). При повышении температуры от до и последующем охлаждении до ty в условиях жесткого ограничения перемещений полный размах возникающей деформации составляет [c.12]

Анализ кривых малоцикловой неизотермической усталости (рис. 2.5) для сплава ХН73МБТЮВД показывает, что сопротивление разрушению существенно зависит от температуры. При увеличении температуры испытания заметно снижается сопротивление малоциклов ому разрушению. Например, при деформации е=1% с повышением температуры от 200 до 860° С (кривые 1, 3) происходит снижение долговечности на порядок. Это означает, что в условиях неизотермического малоциклового нагружения скорость накопления повреждений при минимальных температурах цикла оказывается существенно ниже, чем при максимальных температурах цик- [c.49]

Отклонение от линейной зависимости повреждаемости при малоцикловом нестационарном нагружении в условиях циклических высоких температур может быть связано с изменением располагаемой пластичности (деформационной способности) материала. На это обращалось внимание при исследовании термической усталости материалов, применг. емых в тепловой энергетике [109]. На рис. 4.17 показана зависимость предельно накопленных повреждений при двухступенчатом режиме нагружения по параметру относительно пластичности характеризующей эффект изменения располагаемой пластичности для максималь ных температур режимов ступеней блочного нагружения [109]. [c.196]

В табл. 4.1.1 - 4.1.6 предстааленьг материальные параметры уравнений термопластичности для некоторых сталей в диапазоне температур 20 - 350 С. В табл. 4.1.7 представлены материальные параметры эволюционного уравнения накопления повреждений при малоцикловой усталости. [c.388]

Точно так же, как и в случае многоцикловой усталости, для оценки степени малоцикловой усталостной поврежденности в условиях действия спектра различных по величине амплитуды циклических деформаций требуется использовать какую-либо теорию накопления повреждений. Накопление повреждений при малоцикловой усталости изучалось многими исследователями. В результате установлено, что если по заданным нагрузкам можно достаточно точно определить локальное напряженно-деформированное состояние и если правильно подсчитывается число циклов, то правило Пальм-грена дает вполне удовлетворительные результаты. Если, например, для определения локальных напряжений и деформаций используется модифицированное применительно к усталости правило Нёйбе-ра, описанное в разд. 8.5, и если для анализа процесса локального деформирования используется метод стока, также описанный в разд. 8.5, то, как установлено, линейное правило суммирования повреждений Пальмгрена (8.4) дает возможность получать удовлетворительные оценки долговечности. Для различных материалов значения величины 2 пШ), соответствующие разрушениям в различных условиях нагружения, находятся в пределах от 0,6 до [c.388]

При В = 0 процесс накопления повреждений при испытаниях на усталость определяется временем, при S=l—числом циклов. В табл. 2,8 приведены значения коэффициента В, вычисленные по данным работы (83]. Коэффициент В вычисляется путем попарного сравнения долговечностей JVpi и Л рг при частотах нагружения fi и 2 на одном уровне напряжений > [c.59]

Допущение об однородности НДС в структурном элементе основывается на физических закономерностях, аналогичных рассмотренным при анализе роста трещин усталости (см. подраздел 4.1.4), так как при хрупком, вязком и усталостном разрушениях необходимым условием зарождения повреждений (мнкро-трещин, микропор) является определенная концентрация напряжений в голове плоских скоплений дислокаций. При размере пластической зоны меньшем, чем диаметр зерна, повреждения не образуются. Если допустить, что НДС однородно, получим в этом случае отсутствие пластической деформации в структурном элементе (см. подраздел 4.1.4). Так как нас интересует пластическое деформирование не само по себе, а утилитарно — с точки зрения накопления повреждений, то предложенная фор- [c.231]

При мягком нагружении циклически разупрочняющихся или стабильных металлов накапливаются пластические деформации, которые могут привести к двум типам разрушения — квазистати-ческому и усталостному. Квазистатнческое связано с возрастанием остаточных деформаций до уровня, соответствующего разрушению при однократном статическом нагружении. Разрушение усталостного характера связано с накоплением повреждений, образованием прогрессируюш,их трещин при существенно меньшей пластической деформации. Возможны и промежуточные формы разрушения, когда образуются трещины усталости на фоне заметных пластических деформаций. [c.623]

Следует отметить, что в последние годы появилось очень большое число монографий по механике разрушения. Упомянем семитомный переводной труд энциклопедического характера Разрушение , монографии Морозова и Партона, Черепанова, ряд переводных сборников. Многие авторы понимают под механикой разрушения именно и только механику распространения трещины. Но в теории трещин предполагается, что материал остается упругим и не меняет своих свойств всюду, кроме окрестности конца трещины, которая или стягивается в точку в линейной механике, или рассматривается как пластическая область или область больших упругих деформаций. Такая точка зрения далеко не исчерпывает многообразия реальных процессов разрушения. При переменных нагрузках, например, уже после относительно небольшого числа циклов в материале появляются субмикроскопические трещины, которые растут и сливаются в макроскопические трещины, приводящие к видимому разрушению. Не вдаваясь в детали микроскопической картины, этот процесс можно представить как накопление поврежденности, характеризуемой некоторым параметром состояния. Кинетика изменения этого параметра должна быть включена в определяющие уравнения среды. Такая точка зрения лежит в основе того, что можно назвать механикш рассеянного разрушения. Соответствующая теория развивается применительно к усталости металлов и длительной прочности при высоких температурах. [c.653]

Суммирование в уравнении (8.7) распространяется на уровни напряжений Стаг> ((Т-i) д, так как предполагается, что напряжения с амплитудами, меньшими предела выносливости, не вызывают повреждения (если процесс усталости исключает стадию распространения трещин). Предположение о линейности накопления повреждения независимо от чередования уровней переменных напряжений при нестационарном нагружении лучше согласуется с экспериментальными данными при многократной смене уровней и повторяемости действия напряжений с одними и теми же значениями амплитуды на разные стадиях пребывания под нестационарной нагрузкой. Тип условий нагружения обычно вытекает из анализа резу 1Ьтатов соответствующих измерений в эксплуатационных условиях. [c.171]

В заключение необходимо заметить, что закономерность эволюции формирующейся субструктуры материала наиболее заметна в области малоцикловой усталости. Поэтому параметры субзерен (размеры ячеек дислокационной структуры) наиболее полно характеризуют кинетику процессов накопления повреждений. Испытания на растяжение-сжатие образцов из жаропрочного сплава In oloy-800 с размером зерна 130 мкм на воздухе при скорости деформации 4 10 и 4 10 " с показали следующее [43]. В зависимости от уровня пластической деформации размер субзерен 1сз определялся соотношениями [c.250]

Повреждение материалов в конструкциях (1984) -- [ c.166 , c.215 , c.240 , c.241 , c.242 , c.243 , c.244 , c.245 , c.246 , c.247 , c.248 , c.249 , c.250 , c.251 , c.252 , c.253 , c.254 , c.255 , c.256 , c.257 , c.258 , c.259 , c.260 , c.261 , c.262 , c.263 , c.264 , c.265 , c.266 , c.267 , c.268 , c.269 , c.270 , c.271 , c.272 , c.273 , c.286 , c.378 , c.393 , c.395 ]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...