Периоды развития усталостных трещин

Главный вывод, полученный в этом исследовании и основанный на экспериментально установленном факте, что поверхностный наклеп оказывает гораздо большее влияние на период развития усталостной трещины, чем на период зарождения трещины, состоит в следующем. Практически все поверхностно-упроч-ненные наклепом детали работают, имея в зонах концентрации напряжений нераспространяющиеся усталостные трещины, т. е. ППД увеличивает сопротивление усталости сталей (и других машиностроительных материалов) в основном в результате торможения развития усталостных трещин, превращая их в широком интервале напряжений в нераспространяющиеся. [c.151]

Для обоснования условий аппаратурной стабилизации силового режима испытаний сопоставим указанные типы машин по их чувствительности к изменению жесткости образца в период развития усталостных трещин или при испытании полимерных материалов. В качестве критерия для этой цели удобно пользоваться коэффициентом стабильности [c.103]

Для определения коэффициента интенсивности напряжений во втором периоде развития усталостной трещины К был использован экспериментальный метод, основанный на предположении, что равным значениям коэффициентов интенсивности напряжений соответствуют равные значения скорости роста трещин. [c.58]

Периоды развития усталостных трещин 49 [c.252]

Субмикроскопические трещины усталости зарождаются на ранней стадии развития полос скольжения. Влияние этих трещин на характеристики прочности материала ничтожно. Суммарный период развития усталостных трещин составляет 90-97% от общей долговечности, Последнее является прямым следствием низкой скорости роста трещин на начальной стадии. Для случаев, допускающих эксплуатацию деталей с имеющимися дефектами, наиболее значима вторая стадия распространения трещины. [c.243]

Следует иметь в виду, что процесс, возникающий в результате действия того или иного вида энергии, может не сразу привести к повреждению изделия. Часто существует период накопления воздействий прежде чем начнется период внешнего проявления процесса, т. е. повреждение изделия. Например, для начала развития усталостной трещины необходимо определенное число циклов переменных напряжений. Типичные кривые протекания процессов во времени рассмотрены ниже (см. также гл. 2, п, 5). [c.33]

На основе развитых к настоящему времени подходов, используемых в описании закономерностей роста трещин от начальных дефектов в элементах конструкций, представляется возможным рассчитать период роста трещины и на его основе определять долговечность [68]. Испытания пластин из алюминиевых сплавов по специально разработанным программам, моделирующим условия нагружения крыла самолета [15, 24, 68-72], показывают высокое соответствие прогноза с результатами эксперимента. Эти расчеты подтверждают справедливость предположения о развитии усталостных трещин в течение всего периода нагружения конструкции даже от незначительных по величине дефектов. [c.47]

Развитие усталостных трещин в лопатках компрессоров и турбин в пределах существующего ресурса двигателя явление частое, наблюдаемое по различным причинам. Появление трещин, например, может быть связано с различными повреждениями лопаток в результате попадания постороннего предмета и возникновением в результате этого вмятин, надрывов и изгибов пера лопатки. У поврежденной лопатки могут изменяться или оставаться теми же резонансные колебания. Она попадает на короткий период времени в условия резонансных колебаний по одной из частот, которые типичны для проходных режимов работы двигателя, что приводит к накоплению в лопатке усталостных повреждений. При наличии высокой концентрации напряжений в результате появления повреждения происходит резкое снижение периода зарождения трещины и в лопатке возникает и развивается усталостная трещина. Такая ситуация может быть реализована на разных стадиях эксплуатации двигателя. [c.566]

Все это потребовало подробного изучения закономерности развития усталостных трещин в лопатках с оценкой периода их роста для обоснования периодичности возможного эксплуатационно- го контроля по одной или по двум указанным сече- ниям разрушения. Наибольший интерес в этой части представляла лопатка (см. п. 8, табл. 11.3), в которой произошло развитие двух трещин с очевидными коррозионными повреждениями поверхности самой лопатки. [c.575]

Место расположения очага разрушения и развитие усталостной трещины в лонжероне были подобны нескольким случаям, которые были исследованы ранее и рассмотрены выше. Это еще раз подчеркивало существование подобия закономерностей распространения усталостных трещин в лонжеронах лопастей по различным сечениям лопасти, на что было указано в ранее проведенных исследованиях. Подобие закономерностей распространения усталостных трещин в лонжеронах лопастей свидетельствует о подобии их нагружения в эксплуатации, а следовательно, позволяет проводить сопоставимые количественные оценки параметров усталостного разрушения. Применительно к задаче об оценке эффективности работы датчика-сигнализатора речь идет об оценке периода роста трещины. [c.646]

Наблюдаемые усталостные линии в зоне № 3 1 меют регулярность формирования, хотя и уменьшается их шаг в направлении развития трещины. Их число составило около 70. К моменту обнаружения каскада несплошностей вал имел наработку с начала эксплуатации 481 циклов запуска и остановки агрегата. Получаем относительный период роста трещины около 30 %, что для области многоцикловой усталости, которая соответствует процессу распространения трещины при формировании усталостных линий, не противоречит общим представлениям о развитии усталостных трещин. [c.702]

Проведенный анализ показал, что применительно к случаям 1, 3, 6 (см. табл. 14.1) период распространения усталостной трещины составляет всего несколько тысяч циклов — в изломе были выявлены усталостные бороздки. В случае 1 развитие усталостной трещины в штифте, изготовленном из стали ЗОХГСА, происходило равномерно вплоть до зоны долома (рис. 14.8). На отдельных участках излома было выявлено растрескивание материала. На длине развития трещины около 2,3 мм длительность (число усталостных бороздок) роста трещины составила около 2600. Указанное число циклов нагружения с отмеченным растрескиванием материала, которое сопровождало рост трещины, свидетельствует о малоцикловом усталостном разрушении материала. [c.742]

Как указано выше, процесс разрушения металлов при циклическом нагружении можно условно разделить на три периода зарождение усталостной трещины, ее до-критический рост и долом. Поскольку первые два периода — определяющие, то именно на их изучении было сосредоточено основное внимание исследователей, причем раскрытию механизма и закономерностей роста усталостной трещины уделялось больше внимания, чем изучению начальной стадии разрушения, хотя она во многих случаях может определять долговечность детали. Что же касается влияния поверхностно-активных и коррозионных сред на кинетику усталостного разрушения металлов, то в силу сложности протекающих процессов этот вопрос не получил еще достаточного развития, а имеющиеся в литературе данные зачастую противоречивы. [c.76]

Наиболее распространенное объяснение механизма влияния давления газовой среды на поведение материала при циклическом нагружении состоит в следующем. Развитию усталостной трещины в атмосферных условиях способствует слой газа или окислов, образующихся на поверхности трещины во время растягивающего полуцикла. Эти чужеродные слои препятствуют завариванию трещины в период сжатия. Ускорение развития трещины в подобных условиях может быть также объяснено снижением поверхностной энергии металла и расклинивающим эффектом окисной или другой фазы, находящейся в непосредственной близости от вершины растущей трещины. Скорость образования чужеродных слоев на поверхности раскрытой трещины при данной частоте нагружения зависит от давления газовой среды, вследствие чего сопротивление усталости увеличивается с улучшением вакуума. Ряд экспериментальных наблюдений, например [427 ] показывают, что возрастание долговечности в вакууме происходит более заметно при больших амплитудах циклической деформации. При малых амплитудах числа циклов до разрушения образцов в вакууме и на воздухе различаются гораздо меньше. Во многих случаях установлено, что повышение долговечности образцов с понижением давления газовой среды протекает не монотонно, а сравнительно резко только в определенном интервале давлений. Для технически чистого алюминия эта область давлений от 1,33 до 0,0133 (от 10" до 10 М.М рт. ст.). Удовлетворительное объяснение отмеченной закономерности пока отсутствует. При изучении усталости технического алюминия выяснилось, что на поверхности образцов, выдержавших в вакууме такое число циклов, которое приводило к разрушению материала на воздухе, отсутствовали усталостные макротрещины. Это наблюдение истолковано авторами работы [427] как свидетельство того, что давление газовой среды оказывает влияние не только на скорость развития усталостной трещины, но и на процесс их зарождения на поверхности металла. [c.438]

Температура. Температура испытаний по-разному влияет на закономерности стабильного развития усталостных трещин в конструкционных сплавах на всех трех участках диаграммы роста усталостных трещин и на условия перехода от усталостного к хрупкому разрушению в различных температурных диапазонах. Стабильное развитие усталостных трещин характеризуется длительностью периодов развития, скоростью распространения усталостных трещин, величиной порогового коэффициента интенсивности напряжений Kth и т. п., а условия перехода от усталостного к хрупкому разрушению характеризуются температурой хрупкости площадью стабильного развития усталостных трещин на поверхности излома разрушенных образцов критической скоростью стабильного развития усталостных тре- [c.146]

Участок III соответствует периоду циклического долома, когда развитие усталостной трещины происходит при интенсивностях напряжений, близких к критическому их значению К или Кх ). Необходимо иметь в виду, что только в случае состояния плоской деформации и выполнения условий автомодельности распространения макротрещины критическое значение интенсивности напряжений соответствует величине [c.85]

Применительно к первой стадии развития усталостной трещины, где усталостные бороздки не формируются, может быть проведена приближенная оценка периода роста трещины по величине средней скорости, исходя из следующих представлений. Истинное продвижение трещины за цикл нагружения на рассматриваемой стадии менее минимального шага усталостных бороздок 5 10- м. Поэтому для [c.330]

Дальнейшее развитие представлений о периодичности и стадийности процессов накоплений повреждений в области многоцикловой усталости в работах [20, 21], показало, что весь процесс усталости металлических материалов по аналогии с деформированием при статическом растяжении можно разделить на два периода зарождения усталостных трещин и распространения усталостных трещин. Впоследствии мы будем рассматривать закономерности усталостного разрушения в основном в области многоцикловой усталости, хотя при рассмотрении многих аспектов проблемы многоцикловой и малоцикловой усталости бывает разделить трудно. [c.49]

Кинетика развития усталостной трещины в общем случае имеет те же четыре периода, что и разрушение при однократном нагружении . [c.196]

При макроскопическом развитии усталостная трещина может проходить через четыре кинетических периода , инкубационный, торможения, стационарный и заключительно-ускоренный, заканчивающиеся полным разделением тела на две или более частей (долом). [c.200]

Процесс образования и развития усталостных трещин представляется примерно в следующем виде а) в начальный период циклического нагружения в образце возникают в какой-либо плоскости пластические сдвиги, которые при нарастании числа [c.63]

Вид излома при усталостном разрушении имеет некоторые характерные особенности, позволяющие отличить его от излома при других видах разрушения. Знание этих особенностей может быть полезно при определении причины разрушения и исходной точки развития усталостной трещины. Усталостное разрушение обычно начинается при очень малой видимой пластической деформации и имеет характер хрупкого разрушения. Однако кажущийся хрупкий характер усталостного разрушения не следует смешивать с хрупким разрушением металла при низких температурах. При усталостном разрушении трещина распространяется медленно с периодами прекращений развития, тогда как хрупкое разрушение Нри низких температурах происходит очень быстро. [c.13]

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]

Формальная запись уравнения (1.18) без учета локального влияния структурного состояния материала на развитие малых трещин, когда имеет место немонотонное развитие процесса разрушения [100], свидетельствует о существенном влиянии трех параметров на длительность роста усталостных трещин вязкости разрушения материала К , действующего напряжения и размера начального дефекта. Небольшие по размеру дефекты на поверхности материала оказывают влияние на изменение доли периода роста трещины в долговечности. [c.58]

Эволюция открытых систем осуществляется в упорядоченной последовательности реализуемых механизмов эволюции на масштабных различных уровнях. Они характеризуют собой свойство открытой системы поддерживать устойчивость в некоторый период времени в результате рассеивания и/или поглощения подводимой энергии. При достижении некоторых критических условий система не может сохранить неизменность процесса или механизма эволюции и происходит дискретный переход к новому более сложному процессу эволюции. Указанные переходы реализуются в соответствии с некоторой определенной иерархией на разных масштабных уровнях независимо от условий и способа подвода к системе энергии извне. Применительно к элементам конструкций это означает, что при всем многообразии эксплуатационного воздействия на металл в процессе роста трещины могут быть реализованы только те механизмы разрушения, которые присущи данному материалу и являются его свойством сопротивляться развитию усталостного разрушения. [c.188]

Исследование закономерностей усталостного разрушения металлов показало, что длительность периода развития усталостных трещин может составлять основную часть общей долговечности образца. Известно, что отношение числа циклов, необходимых для зарождения трещины, к числу циклов распространения трещины до разрушения образца зависит от механических свойств материала и уровня амплитуды напряжения. С повышением амплитуды напряжения это соотношение понижается и в малоцикловой области числом циклов, необходимым для зарождения трещины, можно пренебречь, Прямые наблюдения развития микротрещииы при циклическом нагружении металлов позволяют высказать гипотезу о возникновении трещин критической длины в конце стадии зарождения, которой соответствует число циклов на экспериментально определенной линии повреждаемости (линия Френча). Трещины критической длины возникают также при нагружении исследуемых металлов с амплитудой напряжения, равной пределу усталости. При определенных условиях они являются нераспространяющимися трещинами и определяют предел усталости металлов с точки зрения механики разрушения. [c.14]

Наложением на низкочастотную упругопЛастическую деформацию высокочастотных колебаний 0,025% (что составляет 5—8% от максимальной амплитуды деформаций или по напряжениям 11—13% от их максимальной величины на стадии стабилизированного нагружения) приводит к увеличению степени упрочнения материала, отражающемуся на повышении амплитуд максимальных напряжений (рис. 6, б), по сравнению с одночастотным нагружением (рис. 6, а) при одинаковых размахах максимальной деформации. Вместе с этим, как видно из рис. 6, б, при действии высокочастотной составляющей увеличивается и продолжительность стадии исходного упрочнения, которая в этом случае составляет величину n/Np 0,25, а также происходит сокращение периода развития усталостной трещины до 0,25—0,15 от общей долговечности. Увеличение амплитуды высокочастотной деформации до = 0,045% (8—25% от е тах и 18—30% от Оатах) [c.96]

Исследования литейного алюминиевого сплава Al-Mg-Si (6082) со средним размером зерна 155 мкм путем изгиба образцов 7x12x60 мм были проведены для сопоставления влияния состояния поверхности образцов на длительность периода роста усталостных трещин [101]. Были испытаны образцы с поверхностью непосредственно после литья (S ) и с полированной поверхностью (SP). Полировку осуществляли в две стадии шлифовкой пастой с размером абразива 3 мкм и затем электрополировкой. Изучение зоны зарождения усталостной трещины при последовательной наработке в испытаниях образцов показало, что период роста трещины до достижения длины на поверхности около 100 мкм составил 35-65 % для полированных и 2-10 % для неполированных образцов. Поэтому были проведены расчеты периода роста трещин по формуле механики разрушения от их начальных размеров 6 и 45 мкм до критической длины а . = 3 мм. Оказалось, что для долговечности образцов (2-3)-10 циклов имеет место почти совпадение расчета периода роста трещины с полной долговечностью (рис. 1.19). Далее наблюдается все большее расхождение расчетного периода роста трещины и долговечности образцов. Фактически для гладкой поверхности образца независимо от степени ее поврежденности (полированная и неполированная поверхность) имеет место резкая смена в условиях зарождения и роста трещины в районе длительности нагружения 10 циклов. Меньшие долговечности отвечают области малоцикловой усталости, и для нее весь период циклического нагружения связан с развитием усталостной трещины. Большие долговечности связаны с постепенным возрастанием периода зарождения усталостной трещины. [c.58]

На практике (см. главу 1) закон накопления усталостных повреждений рассматривают на основе линейной гипотезы Пальмгрена-Майнера [96, 97] и в области малоцикловой усталости описывают связь между уровнем деформации и числом циклов до разрушения по соотношению Коффи-на-Мэнсона [85, 86]. Допущение о линейном накоплении повреждений тем достовернее, чем ближе развитие разрушения к области малоцикловой усталости, когда большая часть долговечности приходится на период роста усталостной трещины [90, 98-101]. [c.244]

Развитие усталостной трещины от очага разрушения происходило с формированием отчетливо наблюдаемых и регулярно расположенных усталостных макролиний. Закономерность регулярного расположения усталостных линий на поверхности излома отражает нагружение лопатки от полета к полету. Их подсчет показал, что длительность роста усталостной трещины составила 20 ПЦН. За последний период эксплуатации двигателя его наработка в течение 20 ПЦН составила около 48 ч. [c.597]

В указанных двух случаях, к моменту выравнивания внутреннего давления в лонжеронах с внешним давлением, в них не успевали зародиться и распространиться усталостные трещины от границы продольной несплошности. В других случаях с увеличением периода эксплуатации лопасти с несплошностью производственного характера, расположенной по внутренней стенке, например по ребрам жесткости, происходит зарождение и развитие усталостных трещин. На этот факт указывают и другие случаи повреждения лонжеронов, такие как коррозия, механическое повреждение, засверливание и др., от которых имело место зарождение и развитие усталостных трещин (см. табл. 12.2). При этом важно подчеркнуть, что неупорядоченный характер расположения повреждений по длине и по сечению лонжерона определяет различие в протекании процесса не только зарождения, но и роста трещины, так как различным образом реализуется ее раскрытие. Роль раскрытия трещины является определяющей в скорости стравливания давления через полость неснлошпо-сти лонжерона, поэтому именно ее используют в качестве характеристики, определяющей эффективность работы сигнализатора. [c.637]

Рассмотренные особенности распространения усталостных трещин в э.лементах конструкции систем управления, нагружаемых изгибом, растяжением, скручиванием и совместно по различным направлениям, свидетельствуют о длительном периоде их работы с трещиной. Это позволяет эффективно контролировать их с разумной периодичностью в эксплуатации и осуществлять ее на основе принципа безопасного усталостного повреждения. При определении повреждающего цикла нагружения следует исходить из того, что основную роль в развитии усталостной трещины играет цикл ЗВЗ. Однако в ряде элементов конструкции в системе управления ВС дополнительное повреждение вносит вибронагружение, которое ускоряет процесс развития трещины за цикл ЗВЗ. Наблюдение в изломе усталостных бороздок для рассматриваемых элементов конструкции свидетельствует о незначительной роли вибрационных нагрузок в развитии трещины. [c.749]

Сигналы АЭ в полной мере отражают последовательность процессов зарождения и распространения усталостной трещины. Первый перегиб на акустограмме связан с началом магистрального развития усталостной трещины, что хорошо согласуется с результатами фрактографического анализа. Несколько опережающий подъем уровня сигналов АЭ объясняется возникновением множества очагов около распространенного на поверхности дефекта материала. Только некоторые из них получили дальнейшее развитие. Следует указать на некоторое изменение в характере накопления сигналов АЭ уже в процессе распространения трещины, что отражается временным снижением возрастания шага усталостных бороздок. Эта ситуация отражает особенности проведения испытаний --в указанный временной период имело место снижение уровня внутреннего давления, которое в последующем было восстановлено. Это было связано с течью в патрубке, который был после временной остановки испытаний заменен, и далее поддерживался постоянный уровень внутреннего давления вплоть до течи самого гидроцилиндра. Это отражается в закономерном увеличении шага усталостных бороздок в направлении роста трещины, а также в закономерном возрастании сигналов АЭ. [c.759]

Мягкое нагрг/жение — возбуждение динамических нагрузок, при котором заданной величиной является нагрузка, практически постоянная на всем протяжении испытания. В этом случае перемещение кинематически не ограничено и может изменяться в зависимости от изменения жесткости нагружаемой системы в период нарастания усталостных повреждений и постепенного развития усталостной трещины. [c.18]

Практика эксплуатации различных конструкций и результаты эк-сиериментальных исследований показали, что период стабильного развития усталостных трещин может составлять значительную долю развития трещин (больше 50 %) в конструкционных элементах. [c.131]

Существенное влияние на закономерности сопротивления стабильному развитию усталостных трещин, в конечном счете определяющих длительность периода их роста до критического размера, оказывают конструкционные (размеры, концентраторы напряжений), экс11луата-ционные (температура, частота нагружения, среда, режимы циклического нагружения) и технологические (термообработка, сварка и др.) факторы. Однако, несмотря на большое количество известных в литературе подходов для прогнозирования скорости роста усталостных трещин в зависимости от режимов циклического нагружения и характеристик механических свойств исследуемых материалов, ни одно предложенное уравнение не позволяет с достаточной точностью производить расчетную оценку влияния указанных факторов на сопротивление развитию усталостных трещин. Поэтому в настоящее время для получения характеристик трещиностойкости материалов и конструктивных элементов при конкретных условиях их изготовления и эксплуатации необходимы экспериментальные исследования. Это требует разработки методик, позволяющих имитировать воздействие конструкционных, эксплуатационных и технологических факторов на материалы при испытаниях их в лабораторных условиях. [c.131]

На рис. 4,9 представлена первая (припороговая) стадия РУТ, а в табл. 4.1 схема процессов, происходящих на этой стадии (применительно к ОЦК мета Лам и сплавам), составленная с учетом работ [5,19,20]. На этой схеме АК условный пороговый коэффициент интенсивности напряжений для малых трещин. Этот критерий относится к периоду зарождения усталостной трещины. Согласно Дж. Лэнкфорду [48] на ранних стадиях развития трещины ее скорость соизмерима с продвижением трещины на один параметр кристаллической решетки. Эффект закрытия усталостной трещины играет заметную роль на этой стадии РУТ. [c.122]

К более стабильны для обоих состояний стали 08Х18Н10Т. Видимо, температура снижает влияние остроты надреза на период образования усталостной трещины и ее дальнейщее развитие. [c.161]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...