Задержка роста усталостной трещин

Ниже последовательно рассмотрены общие закономерности поведения конструкционных материалов с развивающимися в них усталостными трещинами в условиях многопараметрического воздействия. Предложено единое кинетическое описание поведения материала на основе анализа параметров рельефа излома с введением представления об эквивалентном уровне напряжения. Обобщены количественные характеристики процесса роста усталостных трещин в элементах конструкций воздушных судов гражданской авиации, полученные в рамках проведения исследований причин их разрушения в условиях эксплуатации. Помимо того, рассмотрены вопросы эксплуатационного контроля с корректировкой периода осмотра конструкций на основе данных количественной фрактографии проведен обзор способов торможения или задержки роста усталостных трещин в элементах конструкций. [c.22]

С возрастанием толщины пластины эффективность торможения развития трещины падает. Поэтому для толщины пластины, где доля скосов от пластической деформации по сечению разрушения невелика, более эффективными могут оказаться другие операции над элементом конструкции по задержке роста усталостной трещины (А. с. 1333523 СССР. Опубл. 30.08.87. Бюл. № 32). На обеих сторонах листового материала выполняют дугообразные канавки как продолжение зоны пересечения плоскости наклонной трещины с поверхностью листового материала. Центры дуг выполненных канавок располагают перпендикулярно к месту пересечения плоскостью трещины поверхности листового материала. Начало канавок связывают с вершинами усталостной трещины, а окончания располагают на одной линии, представляющей собой проекцию плоскости, перпен- [c.456]

В современном машиностроении все более широко используются прогрессивные и высокоэффективные методы упрочнения деталей термомеханическая обработка, поверхностное пластическое деформирование и др. Одним из основных факторов повышения сопротивления усталости материалов в результате этих обработок является существенная задержка роста усталостных трещин. [c.5]

Различие в работе упругопластической деформации в вершинах конструктивного концентратора и трещины также может быть причиной задержки роста усталостной трещины. Такое объяснение существования нераспространяющихся трещин было дано Л. Коффиным на основе анализа различий [c.27]

Для плоских образцов из низколегированной стали (0,19%. С 1,64% Мп 0,38% Si 0,01 Р 0,09% N 0,037% А1 0,015% V 0,3 % Мо) исследовали изменение скорости роста усталостной трещины при снижении максимального напряжения цикла до 157 МПа. Исходный уровень, с которого проводили снижение при достижении трещиной длины 30 мм, колебался от 186 до-300 МПа. По мере увеличения разницы высокого и низкого уровней нагружения задержка роста усталостной трещины была все более существенной, пока при изменении уровня с 300 до 157 МПа трещина не превратилась в нераспространяющуюся. [c.95]

Структура материала оказывает тем более заметное влияние на задержку роста усталостной трещины, чем меньше размер зерна и больше различие прочностных характеристик отдельных составляющих структуры. Формирование физического предела выносливости, например, происходит при достижении в материале под нагрузкой равновесия двух процессов I) образования и роста трещины в составляющих структуры, обладающих наименьшим сопротивлением усталости, и 2) торможения трещины в элементах структуры с наибольшим пределом выносливости. [c.97]

Задержка роста усталостной трещины [c.251]

ЗАДЕРЖКА РОСТА УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН ПОСЛЕ ОДНОКРАТНЫХ ИЛИ МНОГОКРАТНЫХ ПЕРЕГРУЗОК [c.196]

Задержка роста усталостных трещин после перегрузок [c.197]

Итак, при моделировании роста усталостных трещин после резкой смены уровня напряжения в условиях двухосного нагружения можно использовать единую кинетическую кривую, учитывая влияние на последующий этап роста усталостной трещины переходного режима через поправочную функцию регулярного нагружения, если эффект взаимодействия нагрузок в виде задержки трещины не обнаружен. [c.413]

Отсутствие задержки роста трещины позволило провести моделирование роста усталостных трещин после перехода на новый уровень многопараметрического цикла нагружения с использованием единой кинетической кривой (5.бЗ)-(5.64) и поправочных функций (6.40) и (6.41), которые характеризуют рост трещины при стационарном двухосном асимметричном нагружении плоских пластин со сквозной центральной трещиной (рис. 8.13). На первоначальном этапе роста трещины имеет место удовлетворительное соответствие результатов моделирования с экспериментальны- [c.417]

Величина АС качественно зависит от соотношения главных напряжений так же, как и длина задержки трещины. Это следует из сопоставления размера участка задержанного роста усталостной трещины с размером максимального удаления границы зоны пластической деформации от точки А (см. рис. 8.19я). Размер зоны измеряли по поверхности образца, а также определяли расчетом по уравнению Ирвина (2.2) [c.437]

Итак, выполнение отверстий в элементах конструкций, как наиболее простой технологический прием, может быть эффективно при использовании способов задержки распространения усталостных трещин. Установка втулок в отверстия и использование стяжных элементов позволяет существенно усилить эффект уменьшения концентрации напряжений в вершине усталостной трещины за счет ее притупления. Расположение стяжных элементов иод углом 45" к плоскости трещины создает предпосылку для возникновения взаимного перемещения берегов трещины в продольном направлении под действием растягивающей эксплуатационной нагрузки. Это приводит к контактному взаимодействию берегов уже сформированной трещины, к снижению ее раскрытия под действием эксплуатационных нагрузок и, в конечном итоге, к уменьшению скорости последующего роста трещины. [c.455]

Сферические частицы играют двойную роль в процессе роста усталостной трещины. В перемычке, где они располагаются, частицы служат промежуточным телом, способствующим облегченному взаимному перемещению ответных частей излома. Однако, располагаясь в углублениях основного материала, они имеют ограниченное перемещение и тем самым препятствуют раскрытию трещины. Поэтому в условиях развитого процесса формирования сферических частиц на всех этапах роста трещины ее раскрытие не может характеризовать скорость роста усталостной трещины. Формирование сферических частиц является в локальных зонах материала высоко энергоемким процессом. Увеличение площади поверхности вдоль фронта трещины, подверженной процессу формирования сферических частиц, будет в большей степени способствовать поглощению энергии цикла нагружения на задержку развития трещины. Поэтому с точки зрения управления процессом разрушения материала и поиска возможных путей рассеяния подводимой извне энергии необходимо создавать специальные условия, при которых в плоскости развивающейся трещины будут возникать продольные перемещения ее берегов, создавая условия для возникновения процесса формирования сферических частиц. [c.187]

Моделирование усталостных трещин после перегрузок осуществляют с использованием расчетной длины Пр и длительности периода задержки трещины Np. В пределах Ад рассматривают нелинейную связь скорости роста трещины с ее длиной или с числом циклов нагружения (рис. 8.25). [c.439]

Основная идея описанного способа состоит в создании поля напряженного состояния материала, которое вызывает переориентацию плоскости последующего распространения трещины. Изменение положения плоскости трещины в пространстве (в листовом материале) позволяет реализовать контактное взаимодействие ее берегов, что приводит к интенсивному поглощению энергии циклического нагружения на трение, и темп подрастания трещины резко снижается. Происходит "самоторможение" трещины за счет нарастания контактного взаимодействия ее берегов. Расположение стяжных элементов под углом к плоскости усталостной трещины задерживает рост трещины первоначально, а в последующем способствует переориентации трещины вдоль созданных канавок. Совокупность проводимых операций позволяет задержать процесс роста трещины почти на 10 циклов при регулярном нагружении, когда отсутствуют дополнительные эффекты взаимодействия нагрузок. Нерегулярное нагружение способствует еще более интенсивному контактному взаимодействию берегов усталостной трещины (см. 8.1 и 8.2). Причем у легких сплавов период задержки трещины может быть увеличен, если стяжные элементы изготавливать стальными. [c.449]

Таким образом, нри учете всех особенностей реального кинетического процесса разрушения материала вдоль фронта усталостной трещины управление процессом разрушения оказывается наиболее эффективным, когда операции над элементом конструкции приводят к контактному взаимодействию берегов трещины. Усиление самоторможения трещины по СПД позволяет достичь наиболее продолжительной задержки роста трещины для пластичных материалов. [c.458]

Нестационарность нагружения (наличие перегрузок, недогрузок и других отклонений от стабильного режима) может существенно влиять на закономерности сопротивления усталости, особенно при наличии концентраторов напряжений. Простейшие случаи нестационарности, в результате которых возможно образование нераспространяющихся усталостных трещин, — это переход с высокого уровня напряжений на более низкий уровень и присутствие в режиме нагружения одиночных циклов растяжения более высокого уровня. В обоих случаях действуют механизмы упрочнения материала у верщины трещины и образования остаточных напряжений сжатия. Эти процессы при определенной их интенсивности приводят к задержке роста трещины. При этом эффективность торможения зависит от разницы между напряжениями на высокой и низкой ступенях нагружения или от уровня перегрузки, а также от размера трещины в момент изменения режима. [c.95]

Приложения предельных или приводящих к допускаемым о,овр> ждениям нагрузок через равномерные промежутки во время моделирующих условий полета или натурных усталостных испытаний необходимо избегать, поскольку они могут привести к задержке роста трещин, что не типично для реальных условий полета. Предельные нагрузки следует прикладывать лишь в конце усталостных испытаний. [c.295]

Вместе с тем выполненные расчеты длительности роста трещины после уменьшения уровня напряжения при условии соотношения между числом усталостных бороздок и числом циклов нагружения один к одному показали следующее ТМИ — около 2000, двумерный Ф-анализ — около 2100, эксперимент — около 2200 циклов. Несколько заниженный результат оценки по сравнению с опытом следует относить к небольшой задержке [c.217]

Особое внимание было уделено зоне излома, где макроскопически на расстоянии около 5 мм от очага разрушения отчетливо просматривалась смена шероховатости излома, обусловившая формирование усталостной линии. Уменьшение шероховатости излома в этой зоне связано с появлением продуктов фреттинга. Это означает резкое снижение скорости роста трещины в этой зоне и свидетельствует даже о ее задержке в течение некоторого периода времени. Продукты фреттинга указывают на контактное взаимодействие берегов трещины, которое происходит в случае задержки трещины при циклическом воздействии на деталь. [c.584]

Длительность среднего полета вертолета Ми-6 составляет около 1,6 ч. Поэтому развитие трещин происходило в течение 160, 224 и 256 ч для наработок после последнего ремонта 875,511 и 353 ч соответственно. Представленные оценки свидетельствуют о необходимости дополнительного периодического контроля ЗК в эксплуатации в межремонтный период. Их достоверность была подтверждена следующим фактом. При исследовании процесса зарождения трещин в ЗК с минимальной наработкой после последнего ремонта было доказано, что в зоне выкрошившегося шлица при ремонте была пропущена уже имевшая место небольшая по глубине трещина. В технологии ремонта допускалась эксплуатация ЗК с удаленной частью шлица, в котором отмечено возникновение усталостного выкрашивания. Опыт эксплуатации показал, что в этом случае, если нет трещины от шлиц в тело ЗК, дальнейшая эксплуатация ЗК является безопасной, так как возникает повреждение одного из следующих шлиц без разрушения самого ЗК и без нарушения его функционирования. Применительно к ЗК с наработкой после ремонта 353 ч, короткая трещина, зародившаяся от поверхности шлиц в тело ЗК, уже имелась, и с ней оно поступило в эксплуатацию. Из сопоставления оценки длительности роста трещины (256 ч) и наработки в эксплуатации после ремонта (353 ч) очевидно, что эти величины близки. Вместе с тем имеющиеся расхождения могут быть использованы для оценки длительности задержки трещины при ее переори- [c.692]

Изложенные простые способы аппроксимации экспериментальных данных по задержке роста усталостных трещин весьма удобны для расчетов на ЭВМ долговечности реальных деталей, где в процессе развития трещины изменяются все факторы — pasiMax коэффициента [c.175]

Возникновение ротационных эффектов в перемычках между мезотуннелями, как было указано в главе 3, приводит к задержке процесса роста усталостных трещин. Подавление этого процесса в результате изменения условий нагружения материала приводит к более быстрому его разрушению в процессе роста усталостной трещины. Именно это обстоятельство и позволяет с единых позиций объяснить закономерности роста трещины при двухосном нагружении в металлах, когда фронт трещины имеет разную [c.323]

Блочное изменение соотношения главных напряжений рассмотренно при = 115 МПа с частотой 10 Гц. Происходит монотонное снижение скорости роста усталостной трещины и шага усталостных бороздок по мере возрастания соотношения (рис. 8.11). Переход в область к(,> 1,0 сопровождается быстрым возрастанием указанных параметров при возрастании Поэтому естественно ожидать при блочном изменении взаимное влияние зон пластической деформации от предыдущего и последующего соотношений главных напряжений из-за взаимодействия нагрузок с задержкой и даже остановкой трещины. [c.415]

Из приведенных выше данных видно, что эффективность упрочнения рабочих поверхностей деталей зависит от физико-механических свойств и структуры материала деталей, конструктивных и технологических концентраторов напряжений. Главным фактором, обусловливающим повышение прочности при переменных нагрузках, является наличие благоприятных остаточных напряжений сжатия в наклепанной зоне. Независимо от ироисхож-дения (термическое, механическое) остаточные напряжения сжатия оказывают преимущественное воздействие на задержку развития усталостных трещин [62, 63]. При этом (рис. 89) с ростом эффективности упрочнения увеличение предела выносливости происходит в результате задержки развития усталостных трещин. При поверхностном пластическом деформировании вы- [c.295]

Большая эффективность периодической растягивающей перегрузки для алюминиевых деталей с концентраторами напряжений согласуется с гипотезой, что полезные остаточные напряжения имеют тенденцию рассасываться в процессе усталостных испытаний и нуждаются в периодическом восстановлении. Очевидно, что мельчайшие трещины формируются на ранних стадиях усталостного испытания приложение значительной нагрузки будет способствовать возникновению остаточных сжимающих напряжений в районе края трещины, ограничивающих рост последней при последующем усталостном нагружении. Основанием для подобной теории послужили результаты испытаний, проведенных Хэйвудом и Норрисом [829]. Изучалось распространение трещин в пластинке из алюминиевого сплава (ширина 915 мм) и оказалось, что рост очень маленьких трещин был замедлен периодической перегрузкой, но задержки роста длинных трещин не наблюдалось. [c.424]

Усталостный характер нагружения элементов конструкции находит свое отражение и в строении поверхности разрушения. Именно специфические особенности распространения усталостных трещин позволяют распознать механизм усталостного разрушения. Характерные признаки, выявляемые методами световой и электронной фрак-то графии, являются основой для анализа механизма зарождения и роста усталостных трещин, их скорости и задержки, влияния внутренних и внешних факторов. [c.59]

Имеющиеся в литературе данные о влиянии напряжений разной амплитуды на долговечность и скорость роста усталостной трещины разноречивы [341—343]. Однако большинство исследователей, придавая большое знач№ие прохождению пластической деформации в устье развивающейся трещины, показывают, что такое взаимодействие циклов разной амплитуды приводит к замедлению скорости роста трещины, что влечет за собой увеличение долговечности по сравнению с долговечностью, предсказываемой теорией линейного накопления повреждения (теорией Мейнера). Одна из простейших программ представляет периодическую смену (рис. 74) низкой и высокой амплитуды растягивающего напряжения [342]. В точке А (рис. 74, а) скорость трещины мгновенно без задержки увеличивалась до значения, соответствующего скорости распространения трещины данной длины при высокой амплитуде. Это иллюстрирует подобие кривых на рис. 74, , для эксперимента по рассмотренной программе (штриховая [c.227]

Рис. 8.3. Схема (а) нагружения, (6) фрактограмма излома образца из сплава Д1Т с зоной вытягивания, сформированной в районе перегрузки величиной 1.6 (в) зависимость шага усталостных бороздок 8 и числа циклов Np от роста сквозной трещины а, а также (г) зависимость длительности задержки от коэффициента однократной перегрузки Qq в сплавах Д16Т и АВТ

Многочисленные исследования роли перегрузок в кинетике усталостных трещин при разных условиях их приложения показали следующее [26]. Длительность задержки трещины зависит от уровня КреаЬ коэффициента перегрузки Kpgak/Ko = Qo и количества циклов перегрузки [12-19]. Для алюминиевых сплавов (А1-сплавов) нижняя граница (2о = 1,5, а для сталей эта граница определяется величиной Qo = 1,2 [27]. Для области влияния перегрузки на рост трещины получены следующие [c.407]

Рис. 8.16. Зависимости длины усталостной трещины а от числа циклов нагружения крестообразных образцов из сплава Д16Т в случае последовательного приложения трех однократных одноосных и двухосных перегрузок разного уровня. Цифры 1, 2, 3, 4 указывают последовательно моменты приложения перегрузки, остановки трещины после снижения скорости перед её задержкой, начала роста трещины после задержки трещины и выхода трещины из зоны влияния перегрузки

Описанный механизм позволяет объяснить и еще один экснеримептальпый факт, связанный с изучением природы влияния перегрузок на задержку роста трещин [66]. На одной из пластин, изготовленной из алюминиевого сплава 2024-ТЗ, с усталостной трещиной осуществляли однократную перегрузку, после чего удаляли с каждой стороны материал на глубину проникновения зоны пластической деформации от перегрузки. Тем самым полностью удаляли объем мета.тла со скосами от пластической деформации. Затем испытания пластины с уменьшенной толщиной были продолжены при том же уровне напряжения, что и до перегрузки. Влияния проведенной перегрузки на рост трещины не было — нет скосов, нет эффекта схватывания, нет изменения в поведении трещины. На другом образт1е, при тех же условиях нагружения с той же перегрузкой, но без удаления объема металла со скосами от пластической деформации были зафиксированы все этапы изменения в поведепии трещины по поверхности пластины. [c.434]

Решение о выборе метода воздействия на элемент авиационной конструкции приходится принимать на этапе формирования технологии ремонта или бюллетеня эксплуатационных осмотров. Стратегия выбора метода, его эффективность зависят от возможностей ремонтных подразделений, а также от понимания персоналом природы реализуемых операций над конструктивным элементом для торможения роста трещин. Так, например, самым известным воздействием на элемент конструкции с трещиной является операция просверливания отверстия в ее вершине. Для усталостных трещин реализация данной операции означает, что удаляется зона пластической деформации, которая имеет остаточные сжимающие напряжения. Поэтому после данной операции трещина может развиваться даже более интенсивно, хотя само отверстие уменьшает концентрацию напряжений. При хрупком разрушении достаточно снижения концентрации напряжений для значительной задержки трещины, тогда как для усталостного разрупте-ния этого оказывается совершенно не достаточно. [c.443]

Способы управления кинетикой усталостных трещин (СУКУТ) удобно рассматривать по типам элементов конструкций ленты разной толщины, массивные корпуса разной геометрии, сосуды под давлением, вращающиеся объекты-лопатки, лопасти, диски и т. д. Следует еще учитывать, что в однотипных элементах конструкции могут развиваться трещины в разных зонах, с различной геометрией фронта и его ориентировкой в пространстве сквозные, поверхностные, уголковые, наклонные и др. Для управления их кинетикой могут применяться различные способы, учитывающие различные физические закономерности накопления повреждений. Даже зная, на какой стадии происходит развитие трещины, т. е. имея возможность оценить темп возрастания скорости роста трещины (ускорение) и прогнозировать длительность последующего периода стабильного роста трещины до достижения критического состояния, нельзя убедительно обосновать правомерность допуска конструкции с трещиной без операций по ее задержке. [c.443]

Оценка длительности роста трещины по числу макролиний показала, что распространение трещины без учета длительности задержки трещины при ее двукратных переориентировках происходило в течение 100 ПЦН. При длительности эксплуатации валика после последнего ремонта 730 ПЦН относительная длительность роста трещины после последнего ремонта составляет около 10 %. Эта оценка согласуется с закономерностью роста трещины. Формирование макролиний происходило в области МНЦУ, что подтверждают результаты анализа излома. Долом в детали отсутствовал, так как окончательное отделение частей детали произошло при соединении усталостной трещины с зоной первоначального надрыва материала. [c.704]

Описать поведение трещин под преобладающим влиянием ползучести сложно и по другим причинам. Параметр LK нередко дает необходимую корреляцию в поведении различных материалов, однако выбор наилучшего параметра, Д/, С и др., для материалов с высокой иластичностью все еще представляет собой проблему. Да и сама ползучесть оказывает неодинаковое влияние при низкой и высокой интенсивности напряжения. Обычно замечают, что величина выше в условиях усталости с ползучестью, нежели при чисто усталостном цикле деформации, однако при более высоких интенсивностях напряжения трещина в условиях усталости с ползучестью растет быстрее. Когда при низких LK пытаются применить циклы с ползучестью (задержками), чтобы продолжить рост острой трещины, образованной в условиях чистой усталости, этот рост может замедлиться или прекратиться полностью. Если величина К в период задержки не выходит за пределы соответствующего ползучести, трещина в [c.371]

Повышение температуры от нормальной до 293 °С приводит к замет ному увеличению No (до 4 раз при 1,5-кратной перегрузке и до 2 раз при 2-кратной перегрузке). При повышенной температуре, как и при нормальной, No снижается с ростом / шах и увеличивается с ростом уровня перегрузки, т. е. с ростом отношения Q = i SiaxMmax Увеличение с ростом температуры объясняют увеличением протяженности зоны пластической деформации, образующейся при перегрузке, вследствие снижения предела текучести с ростом температуры (так как протяженность этой зоны обратно пропорциональна квадрату предела текучести). Задержка в развитии усталостных трещин в титановом сплаве меньше, чем в стали, и значительно меньше, чем в алюминиевых сплавах. [c.200]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...