Асимметрия цикла нагружения

Амплитуда изгиба достигает 5 мм при любой асимметрии цикла нагружения, частота нагружения 24 с Формы и размеры образцов приведены на рис. 3.7. [c.34]

Сферические частицы наблюдали в титановом сплаве IMI 685 [85] при испытаниях с разной асимметрией цикла и в никелевом сплаве API при комнатной температуре на воздухе и в вакууме с асимметрией цикла нагружения вплоть до 0,5 для [c.153]

Форма профиля усталостных бороздок была исследована на образцах из алюминиевого сплава 2017-Т4, испытанных при разной асимметрии цикла нагружения [158]. Профили усталостных бороздок были получены по специальной технологии, в которой был реализован их срез в плоскости перпендикулярно излому (рис. 3.34). На представленном рисунке дана схема выявленных ориентировок полос скольжения в плоскости среза. Очевидно, что ориентировка полос скольжения указывает на процесс формирования усталостных бороздок в результате ротаций объемов материала от вершины трещины, как это было рассмотрено выше. Существенно подчеркнуть, что в рассматриваемой работе механизм формирования усталостных бороздок не обсуждался. [c.177]

Исследования сварных зон нормализованной стали St 52-3N (С 0,19 и 0,08 % для основного металла и сварного шва соответственно) были выполнены при амплитуде полной деформации (0,5-1,3) % в интервале скоростей деформации (0,035-0,09) с [115]. Рассматривали рост трещины от внутренних дефектов в виде круговой трещины при асимметрии цикла нагружения R = -i. О скорости роста трещины судили по результатам измерения шага усталостных бороздок. Проверяли результат расчета констант уравнения (5.33), записанного через амплитуду полной деформации и через размах пластической деформации. В результате расчетов и обработки экспериментальных данных применительно к росту трещин в сварном шве было показано, что в интервале длины трещин (0,1-10) мм имеет место соотношение [c.246]

Последовательное возрастание асимметрии цикла нагружения не нарушает последовательности смены механизмов разрушения, поскольку указанная смена, согласно принципам синергетики, является свойством открытой системы. Внешние условия нагружения влияют только на диапазон, в пределах которого ведущий механизм эволюции открытой системы остается неизменным. Более того, возможно создание таких внешних условий, когда один из механизмов разрушения вообще не может быть реализован при неизменных параметрах цикла нагружения. Рассматривая влияние асимметрии цикла на рост трещин, следует ввести условие сохранения неизменным ведущего механизма разрушения в срединных слоях материала вплоть до наступления нестабильности. Таким условием является достижение некоторой пороговой величины асимметрии цикла (Rth)ps-При условии Ri > (Rth)ps смена механизма роста трещины не происходит ни в срединной части образца, ни у поверхности вплоть до наступления нестабильного разрушения. При меньшей асимметрии цикла, чем введенная пороговая величина, в срединной части образца или детали могут быть последовательно реализованы в большей или меньшей мере все механизмы роста трещины, присущие данному материалу. [c.287]

В высокопрочных сталях может наблюдаться эффект влияния асимметрии цикла нагружения на развитие трещины со скоростями, отвечающими припороговой области, когда скорость роста трещины менее 2 10 м/цикл. Это связано с различным влиянием процессов пластической деформации на закрытие трещины, а также с образованием окислов при низком раскрытии берегов трещины, межзеренным ростом трещины, искривлением фронта трещины и др. [7-13]. [c.289]

В жаропрочных сплавах в области малоцикловой усталости, когда предельное состояние достигается в условиях отрицательной асимметрии цикла, имеет место возрастание СРТ по сравнению с развитием трещины при отнулевом (пульсирующем) цикле нагружения [22]. С возрастанием уровня напряжения влияние отрицательной асимметрии цикла становится существенней и СРТ значительно возрастает. Сопоставление последовательно снижаемого уровня напряжения на СРТ показало, что при достижении уровня напряжения 500 МПа отрицательная асимметрия цикла и пульсирующий цикл нагружения оказывают эквивалентное воздействие на рост трещины. Это связано с тем, что локальная асимметрия цикла нагружения, определяемая протеканием процесса пластической деформации перед вершиной концентратора напряжений, оказывается недостаточной для заметного влияния на процесс разрушения. Следовательно, определение закрытия вершины трещины в разных зонах вдоль фронта трещины при отрицательной асимметрии цикла должно быть осуществлено в зависимости от размера зоны пластической деформации. Для длинных трещин с возрастанием размера указанной зоны по длине трещины имеет место ослабление влияния отрицательной асимметрии цикла на СРТ. В области малоцикловой усталости ослабление роли отрицательной асимметрии цикла на рост малых трещин в пределах нескольких миллиметров от вершины концентратора напряжений происходит по мере снижения размеров формируемой перед ним зоны. [c.294]

Это указывает на несколько большее значение пороговой асимметрии цикла нагружения (/ th)ps Для данного материала. Выполненные измерения показали устойчивое возрастание соотношения между высотой и шагом усталостных бороздок во всем диапазоне величин (1-i ) по мере возрастания асимметрии цикла. Минимальные величины указанного соотношения для каждого уровня асимметрии цикла менялись от 0,1 до 0,5 при возрастании асимметрии от -1 до 0,8. Вместе с тем использование полученной зависимости раскрытия трещины от асимметрии цикла позволило свести все кинетические кривые к одной как по СРТ, так и по шагу усталостных бороздок без учета соотношения между высотой и шагом бороздок. Это указывает на подобие процесса формирования усталостных бороздок в широком диапазоне изменения асимметрии цикла и свидетельствует [c.295]

Вместе с тем выполненные в последуюшем измерения высоты и шага усталостных бороздок в туннельном микроскопе показали, что соотношение между высотой и шагом (шириной) усталостной бороздки не зависит от асимметрии цикла нагружения [24]. Из этого следует, что формирование усталостных бороздок отвечает единому механизму разрушения материала в определенном диапазоне интенсивности напряженного состояния материала независимо от способа реализованного внешнего циклического воздействия. Несоответствие результатов исследований двух указанных работ [23] и [24] должно быть отнесено за счет методических особенностей приготовления шлифов для определения профиля усталостных бороздок в работе [23]. [c.295]

Обобщение экспериментальных данных по влиянию асимметрии цикла нагружения в испытаниях алюминиевых сплавов показывает следующее. С возрастанием асимметрии цикла [c.295]

Существование зависимости процесса роста трещины одновременно от двух параметров цикла нагружения в виде размаха и максимальной величины КИН подтверждается анализом условий зарождения усталостной трещины с точки зрения анализа комбинации пороговых величин (Ki)th и (AKi)tfi [26, 27, 28]. В зависимости от асимметрии цикла нагружения у всех материалов имеет место гиперболическая зависимость между пороговыми КИН в связи с изменением асимметрии цикла нагружения (рис. 6.9). Существует пять классов материалов по чувствительности размаха КИН к положительной асимметрии цикла. Первый класс характеризуют материалы, у которых пороговый размах КИН не зависит от асимметрии цикла в интервале О < i < 1. Материалы со второго по четвертый класс имеют снижение размаха КИН до достижения некоторой пороговой величины асимметрии цикла. Далее достигнутая пороговая величина КИН (ДК ) остается неизменной. К пятому классу относятся материалы, у которых пороговый КИН возрастает при увеличении асимметрии цикла нагружения. [c.296]

Последовавшие многочисленные эксперименты на других типах титановых сплавов, в том числе при сравнении поведения материала в вакууме и коррозионной среде, подтвердили рассмотренную закономерность поведения материалов при снижении размаха КИН в условиях высокой асимметрии цикла нагружения [32, 33]. [c.298]

ПОПРАВОЧНЫЕ ФУНКЦИИ НА АСИММЕТРИЮ ЦИКЛА НАГРУЖЕНИЯ [c.299]

Рис. 6.11. Карта формирования разных зон усталостного излома нри изменении соотношения AKi и в титановых сплавах, проявляющих чувствительность к высокой асимметрии цикла нагружения (см. рис. 6.9

НА АСИММЕТРИЮ ЦИКЛА НАГРУЖЕНИЯ [c.299]

В связи с этим в работах [43-50] была проведена дискуссия о том, каким типом полинома лучше всего описываются экспериментальные данные по влиянию асимметрии цикла нагружения на рост усталостных трещин. Были проанализированы полиномы, часть из которых представлена в табл. 6.2. Во-первых, были рассмотрены корректировки на свойства материала, в которых используют относительную величину предела текучести [47, 48]. Применительно к соотношениям по п. 2. табл. 6.2 было предложено вводить в уравнения предел текучести [47] [c.301]

Такие особенности разрущения типичны для титановых сплавов при СРТ менее 3-10 м/цикл, когда имеет место преимущественное разрушение материала путем внутризеренного скольжения. Этот механизм еще сильнее активизируется при высокой асимметрии цикла нагружения. При этом переход к нестабильному росту трещины может произойти прежде, чем создадутся условия для перехода к стадии формирования в изломе усталостных бороздок (см. рис. 6.10). [c.303]

Итак, при высокой асимметрии цикла нагружения, в пределах одного механизма разрушения материала без формирования усталостных бороздок, одинаковые кинетические параметры процесса роста трещины можно реализовать при разных параметрах цикла внешнего воздействия. Это полностью согласуется с представленными выше данными о подобии кинетики усталостных трещин при различном сочетании параметров цикла нагружения применительно к формированию усталостных бороздок. [c.303]

Применительно к указанным выше сталям для асимметрии цикла нагружения R = 0,5 было показано, что в области разрушения с развитой пластической деформацией при низком пределе текучести материала возрастание асимметрии цикла приводит к переходу роста трещины путем поперечного сдвига ее берегов по типу П1. Напротив, возрастание предела текучести и усиление стеснения пластической деформации приводит к снижению влияния асимметрии цикла на рост трещин вплоть до полного исчезновения этого влияния. Аналогичная ситуация наблюдалась в других сталях различной прочности, что характеризуют поправки [c.307]

Развитые математические методы расчета раскрытия берегов трещины позволяют в большей мере учесть многофакторную ситуацию влияния асимметрии цикла нагружения, при условии ввода более сложных поправочных функций [59, 60], чем были представлены выше. В предлагаемых соотношениях одновременно учитывается роль максимального напряжения цикла, флуктуации влияния асимметрии цикла при разных СРТ, а главное, рассматривается дифференцированный подход в кинетическом описании процесса усталостного разрушения путем введения коэффициента перенапряжения р, учитывающего стеснение пластической деформации вдоль фронта трещины. Его величина отражает изменение размера зоны пластической деформации, что может быть рассмотрено по аналогии с введенным в кинетические уравнения [c.307]

Представленный каскад уравнений отражает эквидистантный характер смещения кинетических кривых при многопараметрическом учете роли асимметрии цикла нагружения в кинетике усталостных трещин. Они могут быть использованы применительно к следующим граничным условиям [c.308]

В уравнениях (6.33) эквивалентный КИН определен как Kg = K[F(X , R). В исследованном диапазоне соотношения главных напряжений -1,0 < < 1,5 и асимметрии цикла нагружения [c.321]

Несколько иной подход в определении вида поправочных функций на асимметрию цикла нагружения предложен в работе [93]. Была исследована рельсовая сталь (С — 0,57 % Сг — 0,08 % Mg - 1,6 % Мо - 0,01 % №0 - 0,03 %, Р - 048 % S — 0,04 % Si — 0,35 %) на крестообразных образцах при их нагружении по двум осям с разным сдвигом фаз. Эквивалентные характеристики про- [c.335]

Испытание на долговечность можно проводить при одновременном циклическом изгибе десяти плоских образцов 2 (рис. 3.6). Одним из концов каждый образец жестко закреплен в индивидуальной неподвижной колодке 1, установленной на плите другие концы образцов входят в пазы подвижных колодок 8, закрепленных на штоке 7. Шток получает возвратно-поступательное движение от шатунно-эксцентрикового узла 6, преобразующего вращательное движение шпинделя 5. При перемещении штока образцы нагружаются регулировочными винтами подвижных колодок. Амплитуду изгиба можно измерять индикатором по перемещению штока или измерительным микроскопом. Асимметрию цикла нагружения изменяют перестановкой колодок на штоке или регулировкой винтов. На установке имеется блок автоматики (блок управления) 3. Все образцы включены последовательно в низковольтную электрическую цепь. Поломка любого образца приводит к разрыву этой цепи. Через систему реле отключается электродвигатель и электрочасы, срабатывает сигнализация. [c.34]

Исследования высокопрочной стали ЗОХГСА, используемой для изготовления элементов конструкций стоек шасси ВС, было выполнено с целью оценки влияния геометрии концентратора на соотношение между длительностью периодов зарождения и роста трещины. Испытанию на трехточечный изгиб (испытания выполнены Г. М. Трофимовым) подвергали образцы прямоугольного сечения 10x20 мм с надрезом глубиной 2 мм при трех уровнях максимального напряжения цикла 900, 1200 и 1500 МПа с асимметрией цикла нагружения 0,33, [c.62]

Обобщение результатов испытаний показало, что с возрастанием асимметрии цикла нагружения переход к нестабильному разрушению начинается при уменьшающейся величине шага усталостных бороздок (рис. 6.2). Достижение асимметрии цикла около 0,8 приводит к снижению предельного шага усталостных бороздок до величины около 10 м, когда происходит переход к нестабильному росту трещины. Возрастание асимметрии цикла сопровождается сначала снижением шага усталостных бороздок при прочих равных условиях, а затем они перестают формироваться в сплавах АВТ, Д1Т, В95 уже при асимметрии 0,8. В сплавах Д16Т и АК6 при этой асимметрии цикла нагружения шаг усталостных бороздок имел максимальную величину 8-10 м. [c.288]

Испытания образцов из стали марейнджиг (18Ni- obalt) с пределом текучести 1555 МПа при различной асимметрии цикла нагружения были проведены на компактных образцах толщиной 10 мм в обычных лабораторных условиях влияния окружающей среды на скорость роста трещины [c.289]

Возрастание асимметрии цикла нагружения от 0,1 до 0,33 сопровождалось незначительным уменьшением доли межзеренного разрушения с 22 до 20 %, и одновременно происходило снижение интенсивности формирования продуктов окисления в результате эффектов взаимодействия берегов трещины [13]. Переход к асимметрии цикла 0,5 сопровождался уменьшением доли межзеренного разрушения материала до 4 %, а при асимметрии цикла 0,7 межзеренное разрушение вообще исчезало. Одновременно с этим окисление излома прекращалось. Влияние асимметрии цикла на развитие усталостных трещин не выразилось в смене механизма разрушения. Однако процессы частичного межзеренного разрушения материала и окисления излома, сопровождающие основной, доминирующий механизм разрушения, ослабевали по мере возрастания асимметрии цикла. Этому явлению можно дать объяснение с з етом влияния окружающей среды на процесс повреждения материала в вершине трещины. С возрастанием асимметрии цикла происходит раскрытие трещины и воздушная среда обеспечивает хорошую вентиляцию пространства у вершины трещины. Благодаря этому происходит снижение температуры нагрева материала, возникающего в результате формирования зоны пластической деформации. Уменьшение температуры снижает интенсивность протекания процесса окисления материала, замедляется темп диссоциации влаги на компоненты, одним из которых является атомарный водород, способный ослаблять границы зерен, и суммарное влияние окружающей среды на частичное продвижение трещины по границам зерен оказывается незначительным. [c.289]

Последовательное снижение минимального напряжения цикла связано с переходом через ноль. Сравнение процесса формирования усталостных бороздок в случае сохранения постоянного максимального напряжения цикла при чередовании пульсирующих циклов и циклов с отрицательной асимметрией позволяет проследить роль сжимающей части цикла нагружения в кинетике трещин [6]. Испытания прямоугольных образцов толщиной 10 мм с центральным отверстием из алюминиевых сплавов Д16Т и В95 путем растяжения с чередованием циклов отрицательной асимметрии и пульсирующих циклов при сохранении неизменным максимального напряжения цикла показали, что шаг усталостных бороздок при переходе к отрицательной асимметрии цикла возрастает и мало отличается для обоих сплавов (рис. 6.5). С увеличением асимметрии цикла наблюдалось возрастание различий соседних шагов усталостных бороздок для пульсирующего и асимметричного цикла независимо от уровня максимального напряжения цикла (табл. 6.1). В направлении распространения трещины происходило снижение расхождений между шагом усталостных бороздок для разной асимметрии цикла при разном уровне минимального напряжения так же, как при возрастании шага бороздок, что нашло свое отражение в полученных поверхностях поправочных функций на отрицательную асимметрию цикла нагружения (рис. 6.6). Наиболее заметным влияние отрицательной асимметрии цикла было получено для сплава В95. При возрастании КИН имеет место снижение влияния отрицательной асимметрии цикла нагружения на скорость роста трещины, характеризуемую шагом усталостных бороздок, в пределах 10 %. Это означает, что в направлении роста трещины при разном уровне асимметрии цикла нагружения необходимо иметь не только поправку на асимметрию цикла, но и на возрастающую величину КИН. [c.291]

Асимметрия цикла нагружения оказывает влияние не только на величину шага усталостных бороздок, но и на высоту усталостной бороздки [23]. Это позволило предложить методику определения асимметрии цикла нагружения по соотношению между высотой и шагом усталостных бороздок. Испытания были выполнены на компактных образцах, изготовленных по стандарту ASTM Е-399 из алюминиевого сплава 2024-Т4 толщиной 15 мм. Одновременно с этим определялось раскрытие трещины по поверхности образца во всем диапазоне изменения асимметрии цикла от минус 1 до 0,8. При максимальной асимметрии цикла усталостные бороздки достигали 3 10 . [c.294]

Рис. 6.7. Экспериментально выявленное (а) соответствие коэффициентов интенсивности напряжения AATj и АГпих зонам с псевдобороздчатым П рельефом и усталостными бороздками Б при разной асимметрии цикла нагружения (линии) прямоугольных образцов из сплава Д1Т и (6) карта формирования разных зон излома в сплавах на основе алюминия при разных соотношениях A/iTi и АГщах

Рис. 6.9. Схема (а) различий границы перехода к стадии зарождения усталостных трещин при разном соотношении между и AKfi, в случае трех типов материалов (I, II, III) применительно к сплавам на основе Fe, А1, Ti, а также (б) зависимость (Jfrt)max и th от асимметрии цикла нагружения применительно к материалу типа III [27, 28]

MПa м / , если не превысил пороговую величину = 28 МПа-м / (рис. 6.10). Переход к (K i)max 30 МПа-м / и выше приводил к тому, что после достижения некоторой минимальной скорости роста при (АКт) около 2 МПа-м трещина не останавливалась, а начинала ускоряться, несмотря на последовательное снижение размаха КИН. Такое поведение материала может быть отнесено к существующей чувствительности титановых сплавов к размеру зоны пластической деформации [31]. Структурная чувствительность материала связана с тем, что при размере зоны пластической деформации меньшем, чем размер субзерна, трещина может ускоряться из-за смены механизма разрушения — трещина распространяется по границам пластинчатой двухфазовой структуры. В этом случае при высокой асимметрии цикла нагружения может возникать явление роста трещины при низкой температуре окружающей среды аналогично тому, как это происходит в сталях при их замедленном хрупком разрушении. Развитие разрушения обусловлено высокой концентрацией нагрузки из-за наличия значительной по своей протяженности трещины и имеющей место чувствительности межсубзеренных границ к реализуемому напряженному состоянию. [c.297]

Таким образом, развитие усталостных трещин в различных материалах при возрастающей асимметрии цикла нагружения не нарушает последовательности процессов разрушения и ведущей роли тех из них, которые соответствуют определенным масштабным уровням в соответствии с иерархией, присущей всем материалам. Последовательное возрастание асимметрии цикла сопровождается двумя эффектами. Доминирующую роль в развитии трещин начинает играть процесс внутризерен-ного разрушения с понижением масштабного уровня и возвращением к сдвиговым механизмам на микроскопическом масштабном уровне, что приводит к появлению псевдобороздчатого рельефа излома. Существует пороговая асимметрия цикла нагружения, при достижении которой развитие внутризеренного разрушения может быть реализовано только на микроскопическом масштабном уровне вплоть до нестабильности процесса роста трещин. В случае чувствительности границ [c.299]

Анализ закономерностей роста усталостных трещин при высокой асимметрии цикла показал, что при разном сочетании уровней асимметрии цикла и максимального напряжения могут быть реализованы кинетически эквивалентные процессы разрушения материала (рис. 6.12). Увеличение асимметрии цикла нагружения в пределах 10 % парировало по СРТ, увеличение максимального напряжения цикла на 50 % — при прочих равных условиях. Аналогичные результаты по определению влияния параметров нагружения на кинетику разрушения титановых сплавов было получено [c.303]

Нагрузки малой амплитуды, как и выдержка материала под нагрузкой, не являются достаточным условием для разрушения материала по меж-фазовым границам. Они только способствуют проявлению факта ослабленного состояния этих границ, которое материал имеет изначально. Если границы фаз материала не ослаблены, то он не проявляет чувствительности как к выдержке под нагрузкой, так и к нагрузкам малой амплитуды при высокой и, тем более, при низкой асимметрии цикла нагружения. Следует уточнить, что здесь речь идет не о высокочастотных колебаниях, когда единичное приращение трещины не может отвечать каждому акту приложения внешней нагрузкой. В случае высокочастотного нагружения могут играть роль резонансные явления, когда отдельные элементы структуры (например, сами пластины) могут входить в резонанс, вызывая потерю когезивной прочности по межфазовым границам. [c.305]

Влияние на СРТ и величину шага усталостных бороздок отрицательной асимметрии цикла зависит одновременно от уровня максимального напряжения цикла, как это следует, например, из данных, представленных в табл. 6.1. Поэтому поправочная функция на отрицательную асимметрию цикла нагружения является многопараметрической и применительно к рассмотренному выше случаю ее влияния на рост трещин в алюминиевых сплавах В95 и Д16Т представлена в виде поверхности (рис. 6.6). Одна из переменных соответствует асимметрии, а другая характеризует уровень максимального напряжения цикла или шага усталостных бороздок. [c.307]

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]

Оценка относительной живучести существенно зависит от того, каким был выбран первоначальный размер трещины, какова предельная скорость стабильного роста трещины и насколько сильно проявился эффект макротуннелирования трещины. К моменту фиксирования трещины у устья концентратора на боковой поверхности образца она уже успевает прорасти в срединной части настолько, что в некоторых случаях максимальное удаление точек фронта трещины от края концентратора (от зоны зарождения трещины) составляет 3 мм. После этого фронт трещины начинает выравниваться, однако ускорение ее роста отрицательное. Скорость роста трещин уменьшается в направлении развития разрушения, а далее происходит ее возрастание, стабилизация и последовательное развитие разрушения с нарастанием ускорения [90] (рис. 6.26). Использование специальных методических приемов для соблюдения подобия кинетики трещин между различными крестообразными моделями с разной интенсивностью эффекта туннелирования позволяет с единых позиций проводить анализ относительной живучести для широкого диапазона варьирования соотношением и асимметрией цикла нагружения. Один из таких подходов излагается далее [88]. [c.324]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...