Усталостные разрушения конструкций

Если для всех точек конструкции по формуле (10) подсчитать накопленные за время Т повреждения и окажется, что Пу 3= I, то это означает, что расчет предсказывает усталостное разрушение конструкции. [c.451]

Усталостные разрушения конструкций 3—87 Усталостный излом 1—311 Усталость 3—382 [c.524]

Усталостное разрушение не наступает внезапно, ему предшествует усталостный износ. У сварных несущих металлоконструкций (стрелы, рамы) под воздействием циклических нагрузок в швах сварки сначала появляются мельчайшие трещины — показатели начала усталостного износа. С течением времени трещины распространяются по длине и в глубину шва. При достаточной глубине и длине трещины нарушается связь между деталями, составляющими сварное соединение, а затем быстро наступает деформация и усталостное разрушение конструкции. [c.315]

Таким образом, для предотвращения усталостного разрушения конструкции необходимо обеспечить в про- [c.21]

Теперь естественно возникает вопрос об определении числа циклов изменения напряжений при нестационарном нагружении, после которых произойдет усталостное разрушение конструкции. [c.515]

Настоящая монография является одной из попыток среди такого рода работ подойти к проблеме разрушения, базируясь на системном подходе, лежащем на стыке механики деформируемого твердого тела, механики разрушения и физики прочности и пластичности. В книге изложены разработанные авторами физико-механические модели хрупкого, вязкого и усталостного разрушений, позволяющие анализировать повреждение материала при сложном нагружении в условиях объемного напряженного состояния. Приведены подходы к описанию кинетики трещин при статическом, циклическом и динамическом нагружениях элементов конструкций. Кроме того, в работе рассмотрены методы и алгоритмы численного решения упруговязкопластических задач при квазистатическом (длительном и циклическом) и динамическом нагружениях. [c.3]

Накопленный опыт эксплуатации конструкций различного назначения показывает, что, как правило, их преждевременные повреждения, связанные с запуском тех или иных механизмов разрушения материала, происходят при совокупном действии нескольких конструктивных, технологических и(или) эксплуатационных факторов. Каждый фактор в отдельности в большинстве случаев может не приводить к провоцированию какого-либо механизма разрушения. Например, мы можем защитить конструкцию в отдельности от усталостного разрушения, учитывая факторы, провоцирующие этот механизм, и обеспечить ее длительную прочность, используя пластичный материал с большим сопротивлением ползучести, но в то же время нет гарантии, что рассматриваемая конструкция не разрушится по механизму, именуемому в литературе взаимодействием ползучести и усталости . [c.4]

Степень влияния местных напряжений на прочность детали существенно зависит от характера нагружения и материала. При расчете конструкции из пластичных материалов, работающей в условиях статического нагружения, местными напряжениями пренебрегают. Это объясняется тем, что при росте нагрузки напряжения в зоне концентрации, достигнув предела текучести, не возрастают до тех пор, пока во всех соседних точках они не достигнут того же значения, т. е. пока распределение напряжений в рассматриваемом сечении не станет равномерным. Иначе обстоит дело при циклически изменяющихся напряжениях. Многократное изменение напряжений в зоне концентратора напряжений приводит к образованию и дальнейшему развитию трещины с последующим усталостным разрушением детали. Для оценки снижения прочности вводят эффективный коэффициент концентрации, равный отношению предела выносливости о 1 гладкого полированного образца к пределу выносливости образца с концентратором напряжений, абсолютные размеры которого такие же, как и у гладкого образца [c.248]

Виброустойчивость — способность конструкции работать в заданном диапазоне режимов без резонансных колебаний. Виброустойчивость как критерий работоспособности характерна для быстроходных машин. Вибрации снижают качество работы машины, вызывают дополнительные переменные напряжения, которые приводят к усталостному разрушению деталей. Расчеты на виброустойчивость рассматривают в специальной литературе. [c.263]

О том, как рассчитываются детали при циклических напряжениях, речь впереди. Сейчас же можно сказать следующее. При циклических напряжениях разрушение начинается с образования местной трещины в окрестности наиболее напряженной точки. Со временем эта трещина развивается и приводит к полному разрушению конструкции. Поэтому инженер, будучи озабочен прочностью коленчатого вала, должен среди множества его угловых положений, среди множества сечений отыскать наиболее напряженную точку, в которой может предположительно образоваться усталостная трещина, а затем назначить соответствующий коэффициент запаса. Во всех задачах, которые мы до сих пор в курсе сопротивления материалов рассматривали и еще будем рассматривать, мы считаем коэффициент запаса заданным. Но выбор коэффициента запаса входит также в [c.93]

Если местные условные упругие напряжения и от силовых и температурных нагрузок в конструкции определены экспериментально или из решения упругой или упругопластической задачи, то независимо от циклических свойств металлов разрушающие амплитуды Оа условных упругих напряжений для конструкции при заданном числе циклов до разрушения N или число циклов до разрушения Ыр при заданной разрушающей амплитуде Оа по критерию усталостного разрушения (жесткое нагружение) определяются по формуле [c.371]

Сочетание механических воздействий в том числе высокочастотных колебаний, а также влияние температурных и химических факторов на элементы конструкции самолетов приводит к тому, что в них могут возникать усталостные разрушения (трещины). Они снижают несущую способность системы, что при определенной величине повреждения приводит к разрушению элемента конструкции и может закончиться аварией. [c.33]

Процессы с запаздыванием начала повреждения характерны для усталостных разрушений. Так, например, исследование возникновения и развития трещин показало, что в начальный период работы конструкции они не обнаруживаются (рис. 26, ж), а затем развиваются по экспоненциальному закону [c.107]

Следует отметить, что на другие виды разрушения материалов в разной степени влияют масштабный фактор и конструкция детали. Так, при оценке коррозионной стойкости материала результаты, полученные для образца, при сохранении внешних условий могут быть, как правило, использованы для различных деталей. Однако, если испытывается усталостная или коррозионно-усталостная прочность материала, то форма и размеры образцов (которые стандартизованы) оказывают существенное влияние на процесс разрушения, поскольку не только вид нагружения, но и конструкция детали и технология ее обработки (шероховатость поверхности) определяют напряженное состояние и выносливость материала. Как известно, для усталостного разрушения разработаны методы пересчета на другой цикл нагружения, а также методы оценки концентрации напряжения и масштабного фактора. Это позволяет более широко использовать результаты испытания образцов для определения усталостной долговечности деталей различных конструктивных форм. В общем случае можно сказать, что применяемая схема испытания стойкости материала отражает уровень познания физики данного процесса. Чем глубже наши знания в раскрытии закономерностей процесса, тем больше методы испытания стойкости материалов абстрагируются от конструктивных форм изделий и отражают свойства и характеристики самих материалов. [c.487]

При оценке циклической прочности конструкций важно знать зоны квазистатического и усталостного разрушений и диапазоны напряжений и долговечностей, при которых возможен переход от одного вида разрушения к другому. Это вызвано тем, что в реальных конструкциях всегда [c.97]

Книга может быть полезна специалистам, занимающимся анализом разрушений металлических элементов конструкций, которые работают не только в авиации, но и в других отраслях промышленности. Это обусловлено рассмотрением общей методологии развития процесса усталостного разрушения металлов на основе Ре-, Ti-, А1-, Ni-, Mg-, что охватывает практически весь спектр металлических конструкций, которые используются в настоящее время в различных отраслях промышленности, в том числе и в атомной энергетике. Поэтому она может оказаться полезной и для материаловедов, занимающихся совершенствованием эксплуатационных характеристик металлов и сплавов. Она необходима конструкторам, занимающимся проектированием современных ВС и моделирующим процессы распространения усталостных трещин в элементах конструкций с учетом реальных условий эксплуатации, внедряющим различные средства неразрушающего контроля для обоснования периодичности осмотров элементов конструкций в эксплуатации, особенно при использовании методов неразрушающего контроля авиационной техники. [c.17]

Прошло уже более 40 лет с того момента, когда была опубликована первая работа Форсайта и Ридера [5] по исследованию закономерности формирования усталостных бороздок на поверхности излома при регулярном блочном нагружении элемента авиационной конструкции. Последовавшие работы в области исследования усталостных разрушений привели к осознанию возможности использования шага усталостных бороздок в качестве характеристики подрастания трещины за [c.19]

Систематические исследования в области усталостного разрушения образцов позволили разработать стандарты на проведение испытаний материалов. Цель этих стандартов очевидна — унифицировать получаемые результаты оценки свойства материала сопротивляться росту усталостных трещин. Но в условиях эксплуатации эти свойства не могут быть реализованы. Этот тезис может показаться спорным и звучит несколько парадоксально, если иметь в виду огромное количество воздушных судов, обеспечивающих безопасные перевозки пассажиров. Однако возникающие усталостные трещины в условиях эксплуатации распространяются при одновременном отличии от тестовых условий, оговоренных стандартом, по геометрии элемента конструкции (толщина и ширина), состоянию (состав) окружающей среды, частоте нагружения, температуре, направлению и количеству действующих сил, наконец, не известны эффекты взаимного влияния на рост трещин одновременно изменяющихся нескольких параметров воздействия на материал. [c.19]

Традиционно поведение материала под нагрузкой оценивают с точки зрения того, как долго при том или ином внешнем воздействии материал будет сохранять свою способность сопротивляться наступлению этапа быстрого развития трещины. В момент наступления критического состояния происходит дискретный переход от ситуации, когда развитием трещины можно было управлять, к ситуации самопроизвольного, быстрого разделения на части элемента конструкции. Достижение предельного состояния в естественных и контролируемых условиях эксплуатации недопустимо. Поэтому в качестве свойства материала сопротивляться усталостному разрушению, помимо всего прочего, необходимо рассматривать не текущую или предельную величину параметра, описывающего процесс разрушения, а последовательность механизмов разрушения, реализуя которые, материал имеет возможность длительное время сопротивляться действию циклической нагрузки, не достигая предельного состояния. [c.20]

Рентгеновская дефектоскопия, основанная на современных томографических подходах к воспроизведению состояния внутренних частей замкнутого объема, существенно повышает достоверность результатов неразрушающего контроля. Состояние поверхности, как и расположение отдельных частей внутренних объемов конструкции или блока элементов, может быть зафиксировано в момент контроля без искажения взаимного расположения всех элементов. Однако даже в этом случае возможно влияние чисто психологических особенностей восприятия информации при проведении контроля. Так, например, в полете самолета D -9 оторвался хвостовой обтекатель вместе с дверью эксплуатационного люка задней герметической перегородки [120]. Самолет совершил удачную посадку спустя 38 мин после происшествия, причиной которого явилось возникновение и распространение усталостной трещины с разрушением задней герметической перегородки кабины. Происшествие произошло 17 сентября, а 5 мая того же года было выполнено полное регламентное обслуживание самолета, включая рентгеновскую дефектоскопию зон, где произошло усталостное разрушение. Снимки находились в документах контроля и были подвергнуты анализу. Оказалось, что на снимках видны трещины и в доку- [c.68]

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]

Основными источниками информации для указанных решений в части определения длительности роста усталостных трещин являются параметры кинетической кривой — показатель степени при коэффициенте интенсивности напряжения (КИН) и коэффициент пропорциональности при КИН. Интегрирование указанной выше зависимости требует использования, хотя бы в наиболее вероятной форме, уровня максимального напряжения и параметров нагружающего цикла. Применительно к реализованному в эксплуатации процессу разрушения материала параметры кинетической кривой оказываются неизвестными даже в наиболее упрощенном случае, когда рассматривается единственное уравнение Париса во всем диапазоне скоростей моделируемого или воспроизводимого роста трещин из анализа поверхности разрушения. Возникает проблема применения на практике тех или иных результатов экспериментальных исследований процесса усталостного разрушения металлов в лабораторных условиях к решению вопросов по определению длительности роста трещин и оценке уровня напряженности элементов конструкций на этапе развития разрушения. [c.188]

Таким образом, при анализе влияния второй компоненты нагружения в разных случаях напряженного состояния конструкции следует учитывать, за счет какой компоненты главных напряжений происходило изменение их соотношения, чтобы принимать решение о значимости роли второй компоненты нагружения в усталостном разрушении. [c.328]

Важнейшая задача вибродозиметрии — определение дозы вибрации в различных средах и особенно в тканях живого организма (известно, что вибрационное воздействие вызывает усталостное разрушение конструкций, а также вибрационную болезнь у людей). Для этой цели используют различные расчетные и экспериментальные методы. [c.4]

П. к. зависит не только от свойств материала. В неменьшей мере она определяется степенью совершенства конструкции, уровнем технологии, условиями эксплуатации. По данным Лондонской международной конференции но усталости металлов (1956), лишь в двух случаях (из неск. сотен) усталостных разрушений конструкций причиной разрушения явились дефекты материала. В большинстве же случаев усталостные разрушения в эксплуатации происходили вследствие недостатков конструкции, обусловливающих высокую концентрацию напряжений, из-за дефектов мехапическо обработки, неточностей сборки Повышение П. к. обеспечивается совокупностью металлургических, конструкторских и технологических мероприятий. Конструкторские мероприятия должны сводиться гл. обр. к проектированию деталей, не имеющих значительного перепада жесткостей, к расположению сварных швов на достаточном расстоянии от мест наибольшей концентрации напряжений, к уменьшению податливости всей конструкции (уменьшению запаса упругой энергии), к применению разгружающих надрезов, скруглению острых кромок и др. [c.89]

В 1954 г. два самолета Комета (первый реактивный самолет гражданской авиации) разбились при обстоятельствах, которые на первый взгляд были необъяснимы. Частью беспрецедентного по своим масштабам расследования причин этой катастрофы явилась постройка водяного бака, в котором испытывали фюзеляж Кометы , создавая внутри него циклические нагрузки, имитируюш ие условия полета. Фюзеляж, который в полете испытал 1230 циклов нагружения, катастрофически разорвался после 1830 циклов нагружения из-за того, что усталостная треш ина достигла критической длины. Доклад комиссии по расследованию причин этой катастрофы является настолько важным и интересным инженерным документом, что его следует прочитать любому специалисту, который сталкивается с усталостным разрушением конструкций. [c.424]

Процесс усталостного разрушения конструкции или образца начали рассматривать как состоящий из трех стадий зарождение трещины медленный рост образовавшейся трещины бьютрое окончательное разрушение (долом). [c.136]

В настоящее время методы расчета сопротивления усталостному разрушению конструкций в условиях сложного напряженного состояния разработаны недостаточно полно, а методы расчета износостойкости пар трения в условиях переменных нормальных и касательных нагрузок к поверхностям трения не разработаны вообще. Единственный известный путь повышения долговечности и надежности машин на стадии проектирования — использование методов расчетов, минимизирующих динамические нагрузки в узлах и снижающих теплонагруженность поверхностей трения. [c.85]

При этом амплитуда возмущающей силы может как зависеть, так и ие зависеть от частоты 0 ее воздействия на конструкцию. Амплитуды эгих колебаний ув зависят от отношения частот со/юо. На рис. 9.15 Приведены графики динамического коэффициента, определяемого отношением Уе Уо в функции о)/(1)о- Здесь уо — деформация конструкции при статическом действии силы, равной амплитудному значению возмущающей силы. Из графиков вндно, что при резонансе, когда со/соо = 1, динамический коэффициент ув/уо резко возрастает. Это объясняется совпадением направления возмущающей силы с направлением деформации конструкции. Динамический коэффициент при со/(0о 1 уменьшается потому, что конструкция не успевает следовать за силой, быстро изменяющей свое направление. Из графиков следует, что динамический коэффициент зависит также от степени демпфирования колебаний. Чем больше демпфирование, тем меньше у /уо- Вынужденные колебания могут явиться причиной усталостных разрушений конструкции. Чтобы ослабить влияние этих колебаний, можно увеличить разность между частотами ш и шо, снизив тем самым динамический коэффициент. [c.299]

Тогда ограничение по текучести для максимальпы.ч напряжений цикла будет на диаграмме изображаться прямой расположенной иод углом 45 к осям. Область АКОО является областью, соответствующей безопасным циклам, при которых нет как усталостного разрушения, так и недопустпмы.х остаточных деформаций. Следовательно, для обеспечения работоспособности конструкции из пластичных материалов точка, соответствующая рабочему циклу, должна лежать внутри области АКОО. [c.250]

При изготовлении тонкостенных оболочковых конструкций для химического аппаратостроения в целях защиты их поверхности от воздействия агрессивной среды и сохранения прочности и пластичности металла при низкой температуре используют самые разнообразные материалы (биметаллы, цветные металлы и сплавы, среднелегированные стали и др ) В связи с этим технология сварки таких конструкции достаточно сложна, нередко требует сочетания различных способов, специальных присадков, дополнительных мероприятий по предотвращению трещинообразования, защите сварочной ванны от окисления и т.д Для операций сборки и сварки цилиндрической части сосудов обычно применяют роликовые стенды, оборуд>я их paзличны и приспособлениями флюсовыми подушками, стяжными скобами, автоматическими головками для сварки, распорками, центраторами и др Сварку обечайки с днищем производят стыковыми швами за один или несколько проходов В стенки сосудов и аппаратов приходится вваривать патрубки, лючки, штуцера и другие элементы, сварные соединения которых часто являются инициаторами разрушения конструкции На рис 19 приведены в качестве примера некоторые варианты конструктивного оформления шт церов в аппаратах химического производства. Варианты с дополнительно усиливающими кольцами (см. рис 1 9,й) и утолщенными патрубками (см рис 19,6) выполняются угловыми швами, в зонах которых возникает значительная концентрация напряжений В данном месте часто появляются усталостные трещины Более предпочтительными с точки зрения повышения работоспособности являются варианты соединений с вытяжкой горловины (см рис. [c.18]

Серенсен Сергей Владимирович (1905—1977). лауреат Государственной премии СССР, академик АН УССР, известный ученый в области механики, ведущий эксперт по вопросам прочности и анализу разрушения конструкций. Разработал критерии усталостной прочности материалов и несущей способности элементов конструкций с учетом характера цикла напряжений, вида напряженного состояния и конструктивно-технологических факторов. Один из основоположников развития в нашей стране науки о сопротивлении материалов при повторно-переменных нагрузках. [c.655]

Для курса сопротивления материалов, отражающего развитие механики деформируемого твердого тела и усовершенствование расчета на прочность современных конструкций, все более актуальным становится освещение вопросов механики разрушения как основы оценки несущей способности по сопротивлению хрупкому и усталостному разрушению. Эти критерии несущей способности в свете закономерностей распространения макроразру-щения входят в тесную связь между собой, существенно углубляя представления о кинетике образования предельных состояний и запаса прочности в процессе исчерпания ресурса при работе изделий. [c.3]

Процессы усталостного повреждения, условия возникновения и распространения трещин под циклической нагрузкой носят случайный характер, так как тесно связаны со структурной неоднородностью материалов и локальным характером разрушения в микро- и макрообъемах. Усталостные разрушения обычно возникают на поверхности, поэтому качество и состояние поверхности часто является причиной случайных отклонений в образовании разрушения. Эта особенность усталостных явлений порождает существенное рассеяние механических характеристик, определяемых при испытании под циклической нагрузкой. Рассеяние свойств при усталостном разрушении значительно превышает рассеяние свойств при хрупком и вязком разрушениях. В связи с этим статистический анализ и интерпретация усталостных свойств материалов и несущей способности элементов конструкций позволяют отразить их вероятностную природу, являющуюся основным фактором надежности изделий в условиях длительной службы. [c.129]

Вводные замечания. Ранее были изложены оепонпые сведения об усталостных разрушениях элементов конструкций (разд. 16). [c.460]

Усталостные разрушения обычно обусловлены возникновением и развитием микротреш ин внутри или на поверхности материала. На развитие треп ин на поверхности или с поверхности внутрь конструкции существенное влияние может оказывать внешняя среда. Например, прочность на разрыв стеклянных пластинок в воздухе и в воде различна. [c.420]

Однако для пластичных материалов предельное напряжение цикла не должно превышать предела текучести, т. е. ст ах = < ст . Тогда ограничение по текучести для максимальных напряжений цикла будет на диаграмме изображаться прямой DE, расположенной под углом 45° к осям. Область AKDO является областью, соответствующей безопасным циклам, при которых нет как усталостного разрушения, так и недопустимых остаточных деформаций. Следовательно, для обеспечения работоспособности конструкции из пластичных материалов точка, соответствующая рабочему циклу, должна лежать внутри области AKDO. [c.187]

На рис. 109 приведена зависимость вероятности разрушения суммарной циклической долговечности 1п1 от уровня напряжения при программном нагружении гПадких образцов сплава ВТ6. Как видно из рисунка, низкие напряжения блока активно участвуют в процессе усталостного разрушения сплава ВТ6, по крайней мере, начиная с ( = = 200 МПа, что составляет примерно 0,5а. 1- В реальных конструкциях [c.173]

Применительно к усталостному разрушению необходимо рассматривать интегральный характер явления, реализуемого материалом в виде процесса развития усталостных трещин в эксплуатации любого элемента конструкции. В процессе распространения усталостной трещины происходит одновременно накопление и рассеивание энергии материалом при непрерывном обмене им энергией с окружающей средой. Материал с развивающейся усталостной трещиной не может быть представлен в качестве замкнутой системы, поскольку сам факт появления и развития трещины в материале свидетельствует о реализованном внешнем воздействии на материал, когда от внещнего источника осуществляется передача энергии металлу. [c.77]

Уравнение (4.5) при всей своей привлекательности имеет общий недостаток — в него введена предельная величина КИН (вязкость разрушения), что для его практического использования при анализе процесса усталостного разрушения элементов авиационных конструкций вносит существенную неопределенность. Как было показано в главе 2, предельное состояние элемента конструкции с усталостной трещиной определяется широким спектром величин вязкости разрушения, поскольку она существенно зависит от условий нагружения. Не менее сложным является вопрос об определении величины показателя степени в соотношении (4.4). Он не может быть рассмотрен как интегральная характеристика затупления трещины по некоторому отрезку ее фронта с переменной кривизной и ориентировкой направления локального подрастания трещины. Тем более что параметры зоны затупления (зоны вытягивания) — ее высота и ширина — тоже существенно зависят от условий нагружения, например от температуры (см. главы 2 и 3). Наконец, как было показано выше, пластическое затупление вершины трещины происходит в каждом мезотуннеле индивидуально . Оно существенно зависит от того, каким образом сформированы перемычки между мезотунне-лями. Перемычки не только определяют условия раскрытия вершины мезотуннеля, но и влияют на величину скорости роста трещины, при которой [c.189]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...