Зона долома см усталости —

Форма и соотношение плош,адей, занятых усталостной трещиной и окончательным изломом, зависят от формы сечения элемента, способа его циклического нагружения, наличия концентрации напряжений, а также от влияния среды. На рис. 6.4 представлены схемы типов усталостных изломов для элемента круглого сечения (вал, ось) при знакопеременном изгибе в одной плоскости (а — более высокие циклические напряжения, близкий к симметричному двусторонний рост трещины усталости б — более низкие напряжения, запаздывание возникновения встречной трещины от точки Лг, асимметричное расположение и форма заштрихованного окончательного излома). Типы изломов виг свойственны вращающемуся круглому элементу при изгибе в одной плоскости (в — более высокие напряжения, большая доля сечения занята окончательным изломом, г — более низкие напряжения, большая часть излома занята усталостной трещиной, начавшейся в точке А). Типы изломов дне соответствуют предыдущему случаю нагружения, но при наличии концентрации напряжений в круглом эл-ементе, например, от галтели или выточки (д — более высокие напряжения, трещина развивается от точки А с повышенной скоростью на флангах, у зоны концентрации напряжений ее фронт изгибается, появляются встречные трещины, образуя эллиптическое очертание окончательного излома, е— более низкие напряжения, та же тенденция искривления [c.113]

Разрушение лопатки имеет усталостный характер на протяжении 2/3 вдоль хорды. Остальная часть 1/3 лопатки имеет долом от однократного или повторно статического приложения нагрузки. На участке распространения трещины имеются следующие особенности рельефа излома (см. рис. 11.76). На поверхности корыта, примерно в средней части хорды, имеются два самостоятельных участка усталостного излома протяженностью по поверхности 7 и 15 мм. Прорастание усталостных трещин произошло примерно до середины сечения в данной зоне. Со стороны спинки также имеется участок развития усталости протяженностью примерно 30 мм. Очаг этой усталостной. трещины расположен вблизи середины хорды. [c.577]

Рис. 11.11. Рельеф излома лопатки, представленной на рис. 11.10, с (а) фасеточным рельефом при многоцикловом разрушении и (б) смешанным фасеточным и ямочным рельефом, а также зоной вытягивания на границе перехода от усталости к долому в результате перегрузки

I Многочисленные случаи возникновения термоусталостных трещин можно встретить в элементах стационарных и нестационарных атомных установок [21], котельных агрегатов и паропроводов [83], деталях технологического оборудование [70, 80], элементах горячего тракта авиационных [13, 49, 71], судовых и стационарных [31, 74] газовых турбин. Известны [13, 71], например, случаи малоциклового разрушения дисков газовых турбин в связи со значительными градиентами температур между ободом и центром диска (500—600° С) и цикличностью процесса упругопластического деформирования в зонах концентрации. Вследствие повреждений от термической усталости доля отказов рабочих и сопловых лопаток в общем объеме деталей газовой турбины, как показывает статистическая информация, составляет 70% [49]. Следует в связи с этим подчеркнуть, что и при разработке программ ускоренных испытаний авиадвигателей [42, 53] фактор термоусталостного повреждения лопаток принимают одним из основных. [c.15]

Для определения доли квазистатических и усталостных повреждений в опасной зоне конструктивного элемента необходимо иметь характеристики деформационной способности и сопротивления малоцикловой усталости конструкционного материала при переменных или постоянных температурах, при которых протекает процесс активного упругопластического деформирования, т. е. иметь кривые усталости при соответствующем термомеханическом нагружении. Получение указанных характеристик возможно только при наличии уникальных испытательных стендов, оснащенных соответствующими системами для программирования циклов нагрузки и температуры в опасной зоне сферического корпуса. Для расчетов в первом приближении можно использовать основные базовые характеристики, полученные в эквивалентных изотермических условиях либо при экстремальных температурах цикла (см. рис. 5.1). [c.253]

Полученные значения максимальных деформаций в опасных зонах конструктивного элемента являются исходными для оценки разрушающего числа циклов. Для получения исходной информации о характеристиках применяемого конструкционного материала испытаны образцы на малоцикловую усталость в условиях жесткого режима нагружения (см. рис. 5.14). Анализ циклических диаграмм деформирования показал, что материал исследуемого элемента при рабочей температуре является циклически стабильным, диаграмма деформирования в процессе повторных нагружений не зависит от числа циклов. В данных условиях для расчета разрушающего чнсла циклов применяли критериальное уравнение (2.42), не учитывающее долю квазистатического повреждения, возникающего при накоплении односторонних деформаций. [c.216]

При длительной работе элементов конструкций под переменными напряжениями с большим числом циклов (исчисляемым миллионами) предельные состояния определяются в основном теми изменениями состояния металла, которые постепенно в нем накапливаются в результате циклического деформирования (процесс усталости). Напряженное состояние в этом случае обычно рассматривают как упругое и неизменное во времени, хотя в состав деформаций входит некоторая доля пластических, особенно на начальных стадиях процесса. Предельное состояние характеризуется теми усилиями и пропорциональными им местными напряжениями в зонах концентрации, которые вызывают зарождение усталостной трещины (в пределах.в основном упругих деформаций) после определенного числа циклов. Условия возникновения трещин определяются критериями усталостного разрушения, отражающими как циклические свойства металла, так и особенности распределения напряжений в зонах концентрации. [c.6]

Под действием переменных напряжений в деталях механизмов и металлоконструкций ПТМ происходит постепенное накопление повреждений. Этот процесс называется усталостью, а способность деталей сопротивляться усталости — циклической прочностью или выносливостью. В начальной стадии накопления циклических повреждений происходят пластические деформации отдельных кристаллов, из которых состоит металл. Эти пластические деформации вызывают перераспределение напряжений, и на поверхности ряда кристаллов возникают линии сдвига. Пластическое деформирование сопровождается упрочнением отдельных зон кристаллов и одновременно разрыхлением структуры в области внутрикристаллических дефектов. Под действием переменных напряжений, превышающих определенный уровень, начинают образовываться из линий сдвига микротрещины. Развиваясь, микротрещины переходят в макротрещины. Последние приводят к уменьшению прочностного сечения детали, и после того как размер трещины достигает предельного значения, наступает хрупкое разрушение детали. Таким образом, процесс усталостного разрушения можно разделить на две стадии [27]. Первая стадия — до начала образования макротрещины, вторая — от момента ее образования до разрушения детали. В настоящее время еще нет достаточно апробированных общих оценок закономерностей распространения трещин в деталях ПТМ сложной конфигурации. В связи с этим расчеты циклической прочности как до образования макротрещин, так и до полного разрушения носят идентичный характер [20]. Известно, что пределы выносливости, определенные по условию образования трещины и по условию оконча тельного разрушения, совпадают при коэффициентах концентрации аа < 2 -Ь 3. При высоких коэффициентах концентрации количество циклов, при которых происходит развитие макротрещины с момента ее образования до разрушения сечения, составляет 70—80 % от общего ресурса детали. Развитие усталостной трещины происходит в результате циклических деформаций в области вершины трещины. Установлено, что в общем случае распространение макротрещины от появления до полного разрушения детали можно разделить на три этапа [27], Первый этап характеризуется малой скоростью распространения трещины вдоль полос скольжения. На втором (основном) этапе трещина растет с примерно постоянной скоростью. На третьем этапе, когда трещина имеет уже большие размеры, скорость роста увеличивается и происходит мгновенное хрупкое разрушение (долом) детали. В то же время экспериментальные и теоретические исследования так же, как и эксплуатационные наблюдения, свидетельствуют о том, что не всегда появление трещины усталости приводит к разрушению детали (образца) [27]. В ряде случаев возникают нераспространяющиеся трещины или трещины с весьма малой скоростью роста. Очевидно, что разработка и использование возможностей уменьшения [c.121]

По мере увеличения уровня напряжений зона развития трещины усталости сужается и, следовательно, увеличивается площадь сечения, подвергаемая долому. На участке II в изломе обнаруживаются и следы развития усталостной трещины и следы вязкого разрушения, т. е. разрушение носит промежуточный между чисто усталостным и статическим изломами характер. [c.47]

ГО излома можно судить о величине максимального напряжения цикла. Чем больше площадь статического долома, тем выше нагрузка. Шероховатость этой зоны также завис№г от амплитуды напряжений. Меньшему значению амплитуды напряжений соответствует более гладкая поверхность усталостного излома. Усталостные линии представляют макроскопические признаки усталостного излома, связанные с замедлением скорости или задержкой распространения трещины. Они соответствуют амплитудам напряжений, не приводящим к увеличению длины трещины после действия более высоких амплитуд. Отсутствие усталостных линий свидетельствует об устойчивом распространении трещины при неизменной амплитуде напряжений. Различие расстояния между усталостными линиями свидетельствует об изменяющемся характере приложенных напряжений циклов. С увеличением длины грещины скорость ее распространения возрастает, в результате чего увеличивается шероховатость поверхности излома. В области статического долома разрушения носят сдвиговой характер. Макрофрактографические особенности изломов малоцикловой усталости заключаются в строении собственно усталостных изломов. При относительно малом числе циклов нагружения (до тысячи) изломы при малоцикловой усталости близки к таковым при статическом растяжении. Разрушение сопровождается заметной макроскопичской деформацией (сужением). По мере увеличения числа циклов нагружения характер разрушения изменяется от вязкого к хрупкому разрушению. Поверхность собственно усталостного излома более шероховатая и составляет значительно меньшую долю в изломе, чем зона статического долома. [c.121]

Существуют характеристики изломов, связанные с общей и локальной повреждаемостью материала, такие, как, например, соотношение в изломе величины усталостной зоны и зоны долома при высокотемпературной усталости, относительная доля межзеренного разрушения в доломе при повторных нагру-5кениях, соотношение величин и С точки зрения изучения повреждаемости особого внимания заслуживает анализ [c.6]

Малоцикловая усталость в большинстве случаев связана с действием высоких напряжений, поэтому изломам присущи особенности строения, характерные для изломов циклической перегрузки или типично усталостных изломов в зонах, примыкающих к долому. Изломы малоцикловой усталости отличают многооча-говость и вследствие этого расположение зоны долома, близкое к центру сечения образца (при изгибе вращающегося образца), относительно малая длина усталостной трещины и т. д. Рассматриваемые изломы характеризуются наличием заметных следов пластической деформации, особенно на участке окончательного разрушения во всяком случае степень неполного соприкосновения половинок излома при приложении их друг к другу больше, чем у изломов многоцикловой усталости. В очаге, как правило, не наблюдается сильно сглаженной зоны, характерной для типично усталостных изломов. В зоне, соответствующей постепенному развитию разрушения, в ряде случаев наблюдаются радиальные рубцы или рисунок в виде шеврона. Наличие таких рубцов иногда заставляет сомневаться в усталостном происхождении излома. Расшифровке излома может помочь следующее обстоятельство линии шеврона при однократном нагружении не меняют своего угла поворота к поверхности листа, а при повтор-но-статическом нагружении постепенно поворачиваются до угла 60—90° к поверхности. Это происходит, по-видимому, вследствие постепенного перехода плоскодеформированного состояния в 7—349 97 [c.97]

Переход от усталостной зоны к долому на изломах повторностатического нагружения, особенно образцов и деталей малых сечений, менее четкий, чем при многоцикловой усталости. [c.98]

Блок стробоскопического освещения микроскопа МВТ. Система стробоскопического освещения микроскопа МВТ, как уже отмечалось, осуществлена при использовании строботрона ИСШ-15, особенностью которого является малая продолжительность свечения (порядка двух миллионных долей секунды). Эта лампа поджигается с помощью описываемой ниже электронной схемы через каждую 1/3000 долю минуты. При этом глаз наблюдателя видит одну и ту же зону как бы неподвижного образца, а не совершающего изгибные колебания. При фотографировании на снимке фиксируется микроструктура выбранного участка, а серия снимков позволяет проследить за особенностями изменений в строении образца в процессе разрушения от усталости. Принципиальная схема блока стробоскопического освещения микроскопа МВТ приведена на рис. 85. Основными [c.153]

Ю " —10 мы/цикл (для стали). Достижение величины АКа определяет резкое изменение ускорения роста трещины вследствие возрастания интенсивности деформации в пластической зоне у вершины трещины [61. Это значение соответствует началу смены доминирующего механизма разрушения на другой конкурирующий механизм или изменение долей конкурирующих механизмов, чему соответствует иногда изменение параметров микрорельефа действующего механизма разрушения. Значение АКа лежит на участке Пэриса диаграммы, разделяя тем самым область II на две ПА, соответствующую сравнительно медленному подрастанию трещины (с небольшим ускорением), и ИВ, соответствующую ускоренному развитию трещины, с резко возросшим ускорением (рис. 3). Во многих случаях в расчеты на долговечность работы материала с трещиной следует брать не величину циклической вязкости разрушения Kf , характеризующую катастрофическую ситуацию, а критерий Ка, обеспечивающий определенный запас долговечности, что предотвращает ускоренный опасный рост трещины. Использование критерия Ка при проектировании элементов конструкции полностью отвечает принципу безопасной повреждаемости, новому принципу конструирования [7]. Как отмечает С. И. Кишкина, согласно этому принципу допущение трещины определенной длины уменьшает коэффициент запаса при конструировании, повышая весовую эффективность конструкции, однако возникновение трещины усталости не должно приводить к аварийной ситуации. [c.254]

Важно также подчеркнуть, что, как и при расчете цилиндрического корпуса, кинетика изменения параметров процесса циклического упругопластического деформирования в опасной зоне сферического корпуса исключает возможность достоверной оценки малоцикловой долговечности без поциклового суммирования долей усталостных и квазистатических повреждений. Например, при определении малоцикловой долговечности по базовой кривой усталости при = 800 °С и деформациях 0,66 и 0,72 %, найденных в результате упругого расчета (для первого цикла нагружения) по теории оболочек и с помощью МКЭ, получены значения долговечностей (Л Р = 684 и Л Р = 533 соответственно), в 3 - 4 раза превышающие аналогичные результаты (Л = = 180 190 240) стендовых термоциклических испытаний. [c.256]

Ра-ссмотрениая концепция условий прочности предполагает линейное или нелинейное суммирование компонент повреждений, представляя процесс в виде комбинации усталостного (от повторного действия реверсивных деформаций) и длительного статического (от действия односторонне накопленных деформаций) повреждений. Базовыми при оценке повреладений являются кривые малоцикловой усталости (жесткий режим нагру кения) и длительной прочности. Кривую малоцикловой усталости следует получать в условиях, позволяющих исключить влияние времени на расчетную характеристику (высокая частота, отсутствие выдержек). Роль временных процессов отражает кривая длительной прочности. Релаксационные процессы, характерные для условий работы материала в максимально напряженных зонах конструкции, приводят к эквивалентным деформациям, их учитывают при определении доли усталостного повреждения. [c.93]

Располагая расчетными данными о циклических деформациях в максимально нагруженных зонах гофрированной оболочки и кривой усталости конструкционного материала в заданных по частоте и выдержке условиях нагружения, можно определить длительную малоцикловую прочность комненсатора. Расчет производится на основе деформационно-кин-етического критерия (2.41) без учета доли квазистатического повреждения (накоплением односторонних деформаций при длительном малоцикловом нагружении компенсаторов в условиях заданных перемещений можно пренебречь). В табл. 5.4 для различных условий нагрунсения компенсаторов приведены расчетные данные о числе циклов до разрушения. [c.229]

Способность ПИНС предотвращать коррозионно-механический износ (ДФС21) оценивали по уменьшению фреттинг-кор-розии, коррозионной усталости и коррозионного растрескивания. Фреттинг-коррозию оценивают на специальных установках (вибростендах), реализующих условия этого вида коррозии в узлах трения типа плоскость — шар , плоскость — плоскость , плоскость — ролик , шар —шар (четырехшариковая ячейка) [20, 22, 61 ]L В данных условиях создаются высокие удельные, контактные нагрузки, колебания с малой амплитудой (от долей до десятков мкм) и небольшой относительной скоростью движения поверхностей, а также условия для развития электрохимической коррозии (добавляется электролит). Продукты износа и коррозии при этом не выводятся из зоны контакта. Фрет-тинг-коррозии особенно подвержены металлы, продукты окисления которых тверже самого металла это — алюминий и его сплавы, некоторые виды сталей и пр. [c.113]

Продольный размер (толщина) рабочего инструмента дол бьггь меньше четверги длины волны продольных колебаний инструменте. При несоблюдении этого требования в зоне соединев рабочего инструмента и концентратора возникают очень больш механические напряжения, которые приводят к образованию усталости трепщн и разрушению колебательной системьг [c.40]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...