Нагружение переменное (циклическое)

Важное место в теории разрушения занимает усталостное разрушение, которое происходит вследствие постепенного развития трещины при повторно-переменном циклическом нагружении. Усталостное разрушение, как об этом уже было сказано (см. гл. 22), возникает в результате накопления в материале необратимого повреждения под действием многократного приложения повторно-переменных нагрузок. При этом трещины в материале начинают развиваться задолго до полного разрушения независимо от того, пластическое это будет разрушение или хрупкое. [c.727]

Универсальная машина для испытания на усталость при различных видах напряженного состояния — изгибе, кручении, растяжении и сжатии, а также сложно-напряженном состоянии при совместном действии изгиба и кручения содержит два направленных вибратора, угол между которыми можно изменять от О до 90°. Разработана машина, позволяющая проводить испытания образцов или тонкостенных элементов конструкций при программном нагружении в условиях чередования статической ползучести и циклического нагружения [76]. Для исследования влияния переменных циклических напряжений на процесс ползучести разработано устройство [120], позволяющее регистрировать деформацию ползучести в указанном режиме нагружения. Установка позволяет проводить испытания плоских образцов на усталость при знакопеременном изгибе и кручении. [c.176]

Модели нагружения. Эти модели содержат схематизацию внешних нагрузок по координатам, времени, а также по воздействию внешних полей и сред. Силовые нагрузки, действующие на конструкции, можно разделить на три группы 1) объемные или массовые силы 2) поверхностные силы 3) сосредоточенные силы. Объемные нагрузки действуют на каждую частицу внутри тела. К таким нагрузкам относятся собственный вес конструкции, силы инерции, силы магнитного притяжения и т.п. Поверхностные нагрузки распределены по значительным участкам и являются результатом взаимодействия различных конструктивных элементов одного с другим или с другими физическими объектами (например, давление жидкости или газа на стенки сосуда, давление ветра на оболочку градирни и т.п.). Если силы действуют на небольшую поверхность конструкции, то их можно рассматривать как сосредоточенные нагрузки, условно приложенные в одной точке. По характеру действия нагрузки можно разделить на статические и динамические. Статическая нагрузка возрастает от нуля до своего номинального значения и остается постоянной во время эксплуатации конструкции. Переменное, или динамическое, нагружение — нагружение, изменяющееся во времени. Часто встречающимся видом переменного нагружения являются циклические нагрузки, характеризующиеся периодическим изменением значения и/или знака. Модели нагружения должны учитывать воздействие полей и сред. Наиболее существенным является воздействие температурного поля. Изменение температуры элементов конструкций вызывает температурные деформации. Если они не удовлетворяют уравнениям совместности деформаций, то в элементах конструкций возникают температурные напряжения, значения которых часто оказываются соизмеримы со значениями напряжений, возникающих от воздействия внешних сил. Кроме того, изменение температуры влияет на механические характеристики конструкционных материалов. В некоторых случаях приходится учитывать влияние нейтронного облучения, электромагнитного поля, воздействие коррозионных сред. [c.401]

В работах [6—7] показано, что зависимости между напряжениями и деформациями при переменном нагружении определяются циклической диаграммой деформирования, параметры которой зависят от числа циклов нагружения. [c.7]

Нагружение повторно-переменными (циклическими) нагрузками при повышенных температурах вызывает явление усталости материалов, при котором, аналогично предыдущему случаю, происходит микроскопически хрупкое внезапное разрушение материала. Отличительной особенностью усталостных изломов в этом случае, различимой лишь под микроскопом, является появление пачек линий скольжения в зернах металла в зоне-собственно усталостного излома, на участке же долома отмечается типичное бугорчатое строение. [c.45]

Нагружение повторно-переменными циклическими нагрузками при одновременном действии рабочей среды может вызвать явления адсорбционной, коррозионной либо водородной усталости металла. Адсорбционная усталость наблюдается при циклическом нагружении стали в поверхностно-активных средах, коррозионная — в коррозионно-агрессивных и водородная — в средах, вызывающих насыщение металла водородом. [c.45]

Водород в стали меняет ее механические свойства при кратковременном и длительном статическом нагружении, а также при повторно-переменном и ударном нагружении. Под влиянием водорода в стали значительно снижаются ее пластические свойства при кратковременном нагружении. Это явление названо водородной хрупкостью стали. Твердость наводороженной стали повышается. Наводороженная сталь подвержена замедленному разрушению, т. е. разрушению при длительном действии статических сил при напряжениях, обычно меньших предела текучести. Это явление было названо нами водородной статической усталостью стали. При повторно-переменных (циклических) напряжениях водород в стали снижает ее выносливость, что было названо нами водородной усталостью стали (см. П1-2). Водород в стали повышает ее чувствительность к концентраторам напряжения при действии повторно-переменных напряжений. Ударная прочность наводороженной стали снижается. Под влиянием водорода в стали могут образовываться дефекты типа пузырей, а также расслаивание (у проката) и растрескивание металла. [c.75]

Детали трубопроводов, как правило, работают при переменных напряжениях, многократно изменяющихся в процессе эксплуатации. В связи с этим, если число смен нагружений (число циклов N) с амплитудой напряжений, превышающей на 15% расчетный уровень, удовлетворяет условию N < 1000, то считают, что трубопровод работает в условиях повторно-статических нагрузок, и выполняют статический расчет деталей, определяя их размеры по механическим характеристикам, полученным при статических испытаниях. При числе циклов N> 1000 нагружение считают циклическим и после выбора размеров деталей рассчитывают их циклическую прочность при переменном нагружении с учетом предела выносливости материала. [c.806]

Установлено, что запас энергии, затрачиваемой на накопление повреждений и разрушений, и соответствующая величина коэрцитивной силы Не примерно одинаковы для исследованных марок конструкционных сталей как при статическом, так и при переменном, циклическом (усталостном) нагружении. Этот факт является экспериментальным подтверждением энергетической теории разрушения, позволяющей определить базовые параметры для контроля за состоянием металла магнитным методом по величине коэрцитивной силы. В зависимости от состояния стали различают [c.217]

Вскоре было замечено, что такие хрупкие разрушения наблюдаются лишь в тех случаях, когда металл детали подвергается действию многократных повторно,-переменных (циклических) нагружений. [c.392]

Прочность рабочих поверхностей при переменных контактных напряжениях. Условия нагружения сопряженных рабочих поверхностей, рассматриваемых в курсе деталей, во время их относительного перемещения (перекатывания), отличаются от тех, для которых получены формулы (2.28)—(2.30). В связи с непрерывным перемещением зоны контакта нагружение является циклическим, а следовательно, возникающие [c.39]

Однако при этом не всегда принимался во внимание характер циклического нагружения (переменный изгиб при вращении или многократные изгибающие удары). [c.19]

Механическое поведение резины при переменных циклических нагружениях носит более сложный характер, чем рассмотренные особенности статической деформации. Сложная взаимосвязь между динамическими напряжениями и деформациями при циклическом нагружении резины обусловлена релаксационной природой [c.35]

Усталостная прочность. Характерной особенностью разрушения, наступающего при переменном (циклическом) нагружении, является его внезапность, т. е. этому разрушению не предшествует заметная пластическая деформация. В соответствии с этим, для усталостной прочности мы имеем только одну характеристику прочности, природа которой устанавливается из следующих соображений. [c.288]

Усталостная прочность при других напряженных состояниях экспериментально изучена менее полно. В проведенных к настоящему времени исследованиях испытывались тонкостенные трубки при нагружении их переменным внутренним давлением и переменной растягивающей или сжимающей силой. В результате такого нагружения возникали циклическое двухосное растяжение, а также циклическое двухосное смешанное напряженное состояние, которое, как отмечалось выше, возникает также при совместном изгибе и кручении бруса. [c.704]

При сложном циклическом нагружении переменный вектор Да,, может отклоняться от прямолинейного направления. Если это отклонение не очень велико (т. е. преобладает переменная нагрузка одного вида), то для расчета размахов напряжений и деформаций в первом приближении также можно пользоваться изложенной выше теорией — подобно тому, как деформационную теорию пластичности с успехом применяют для расчетов процессов сложного нагружения при каком-либо преобладающем виде нагрузки (с.м. гл. 4). [c.221]

Характер сил, действующих на детали механизма вытеснительного (теплового) поршня, определяется законами изменения инерционных сил (рис, 38). Корпус вытеснительного поршня подвержен воздействию термических и переменных циклических напряжений, возникающих при изменении давления газа в цилиндре (давление газа внутри вытеснительного поршня устанавливается равным среднему давлению цикла). Длинный шток вытеснительного поршня нагружен осевой силой, и его размеры (диаметр) определяют из условия сохранения устойчивости. [c.69]

Саморазогрев резиновой торообразной оболочки происходит при работе муфты в условиях действия переменного вращающего момента (Г ва) ) а также при компенсации радиального и углового смещении (Дг и у) соединяемых валов. Частота вынужденных крутильных колебаний может не совпадать с частотой вращения муфты, поэтому при определении функции источников теплообразования в зависимости (1.54) под UJ в данном случае следует понимать частоту нагружения переменным вращающим моментом. При компенсации смещений валов частота циклического деформирования резиновой оболочки совпадает с частотой вращения муфты. [c.118]

Использование рассмотренных уравнений для оценки долговечности конструкций с существенно неоднородными полями напряжений связано со значительными трудностями, так как эти поля изменяют характер деформирования материала у вершины трещины. Например, в сварных тавровых соединениях остаточные напряжения приводят к ситуации, когда при действии циклической эксплуатационной нагрузки с коэффициентом асимметрии, равным нулю, коэффициент асимметрии нагружения материала в вершине трещины по мере ее развития изменяется от 0,8 до О, при этом КИН может принимать значения от пороговых до близких к критическим [198]. Следовательно, оценка долговечности такого рода конструкций может выполняться только с помощью уравнений, учитывающих переменную вдоль траектории развития трещины асимметрию нагружения в широком диапазоне СРТ. Как видно из выполненного обзора, такие уравнения являются в основном эмпирическими, содержащими большое количество взаимосвязанных параметров, определяемых только экспериментально на основании статистической обработки данных, что приводит к значительной сложности в получении и использовании этих зависимостей. Поэтому [c.192]

Детали, подвергающиеся длительной повторно-переменной нагрузке, разрушаются при напряжениях значительно меньших предела прочности материала при статическом нагружении. Это имеет большое значение для современных многооборотных машин, детали которых работают в условиях циклических нагрузок при общем числе циклов, достигающем за весь период службы машины многих миллионов. Как показывает статистика, около 80% поломок и аварий, происходящих при эксплуатации машин, вызвано усталостными явлениями.-Поэтому проблема усталостной прочности является ключевой для повышения надежности и долговечности машин. - [c.275]

Испытания на усталость по Велеру и на повреждаемость по Френчу проводят при стабильных по времени и непрерывно действующих циклических нагрузках. Этот вид нагружения свойствен лишь некоторым машинам, работающим непрерывно и на постоянном режиме (стационарные силовые двигатели, электрогенераторы, мащины, встроенные в автоматические линии непрерывного действия). Большинство же машин работает на переменных режимах с правильно или неправильно чередующимися цикла.ми и различным уровнем напряжений в циклах (транспортные, строительные и т. д.). [c.306]

Рассмотренные здесь нагрузки предполагались постоянными во времени. Такое нагружение характерно в элементах строительных конструкций. Детали машин чаще находятся под действием переменных во времени (циклических) нагрузок, которые, как правило, более опасны. [c.20]

Циклическое накопление пластической деформации при переменном нагружении обусловливает процесс суммирования повреждения в металле, приводящий к образованию макротрещины и к окончательному разруше-6 83 [c.83]

Несущая способность элементов конструкций по сопротивлению усталости при циклическом нагружении рассматривается в свете вероятностных представлений о возникновении разрушения и об уровне действующих переменных напряжений. При этом следует иметь в виду основные условия нагруженности изделий и их элементов. Многим из них свойственны стационарные режимы переменной напряженности, уровень которой в пределах большого парка однотипных конструкций и их деталей от изделия к изделию меняется, причем отклонение уровней носит случайный характер. Примером таких деталей являются лопатки стационарных турбомашин. Условия возбуждения колебаний этих деталей в однотипных машинах зависят от изменчивости условий газодинамического возбуждения и механического демпфирования, уровня частоты собственных колебаний и эффекта их связности в роторе с лопатками (что обычно является результатом технологических отклонений). Подобные условия имеют место и для многоопорных коленчатых валов стационарных поршневых машин при укладке их на не вполне соосные опоры, для шатунных болтов из-за неодинаковости их монтажной затяжки и т. д. [c.165]

Другим конструкциям свойственны нестационарные условия циклической нагруженности. Это является следствием изменчивости технологических сопротивлений, развиваемых мощностей, тепловых состояний, нестабильности колебательных состояний, динамических воздействий в условиях движения и ряда других причин. В связи с этим процессы переменной напряженности описываются на основе вероятностных представлений с использованием решений соответствующих задач статистической динамики упругих систем и статистического анализа результатов измерения эксплуатационной нагруженности в условиях службы изделий. [c.165]

Сопротивление усталости — свойство материала противостоять процессу постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящему к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению. Критерием сопротивления усталости является предел ограниченной выносливости — максимальное по абсолютному значению напряжение цикла, соответствующее задаваемой циклической долговечности. Циклическая долговечность оценивается числом циклов напряжений или деформаций, выдержанных нагруженным объектом до образования усталостной трещины определенной протяженности или до усталостного разрушения. [c.222]

Расчет на циклическую прочность при этом выполняется аналогично расчету на статическую прочность. Переменность действия нагрузки учитывают понижением допускаемых напряжений [о] при статическом нагружении путем умножения их на коэффициент у < 1. При пульсирующем и близком к нему характере изменения напряжений значения этого коэффициента для углеродистых и легированных сталей могут быть приняты 0,44—0,48, для стального литья 0,50—0,58 при симметричном или близком к нему цикле изменения напряжений для углеродистых и легированных сталей у = 0 26 -ь 0,28, для стального литья у = 0,30 ч- 0,33. [c.431]

Прочность при циклическом нагружении. В машинах, имеющих движущиеся части, силы, действующие на звенья кинематических цепей, периодически изменяются во времени. При этом в этих звеньях (в том числе и в стойках — в неподвижных рамах или корпусах машин) возникают циклические, т. е. периодически изменяющиеся с течением времени, напряжения. Такие переменные напряжения могут возникать и под действием постоянных по величине и направлению сил. Например, сила тяжести вызывает циклические напряжения в теле вращающегося ротора турбины. [c.170]

При циклических испытаниях вид нагружения может быть жестким и мягким. Под жестким понимают такое нагружение, при котором в процессе испытаний амплитуда полной деформации сохраняется постоянной, а уровень напряжений — величина переменная, которая может изменяться от цикла к циклу. Под мягким нагружением понимают такой режим испытаний, при котором постоянной является амплитуда напряжений, а амплитуда деформаций может изменяться. [c.87]

При симметричном нагружении сплавов выше их предела упругости может происходить накопление односторонних пластических деформаций, в результате которого возникает разрушение, близкое по внешним признакам к статическому. Направленное пластическое деформирование под действием повторно-переменных нагрузок называют циклической ползучестью, а разрушение—квазистатическим. Наиболее рельефно процессы циклической ползучести наблюдаются при пульсирующем растяжении R — 0). [c.96]

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]

Рис. 3.9. Схема (а) формирования двух зон пластической деформации — периферической Rp и циклической зоны сжатия в переменном цикле нагружения за весь цикл [34], а также (б) схема взаимного расположения этих пластических зон в вершине усталостной трещины с указанием их размеров по разным направлениям

Лопасти в эксплуатации имеют сложный вид блока циклического нагружения за полет. Весь период нагружения состоит из нескольких этапов, каждый из которых занимает малый период времени (табл. 11.2). Однако обращает на себя внимание принципиальное различие в динамике нафужения лопасти по числу оборотов по рассматриваемым этапам полета. Все этапы нагружения могут быть сведены к двум периодам лопасть вращается со скоростью (0 = 1245 об/мин и скоростью в 4 раза большей. Нет сомнений, что при смене уровня оборотов вала (переход с большей на меньший уровень статической нагрузки) можно рассматривать нагружение лопасти по аналогии с двухступенчатым нагружением образцов, когда имеют место два уровня среднего напряжения со сравнительно близкими величинами переменных нагрузок. Большая величина среднего напряжения отвечает за продвижение трещины, а меньшая величина связана с остановкой или незначительным (по сравнению с первым уровнем нагружения) продвижением трещины. [c.568]

Обычно при нестационарном нагружении, как циклическом, так и статическом, для определения предельного состояния материала используют понятие повреждений D и вводят определенные правила их суммирования. Наиболее распространено правило линейного суммирования повреждений [46, 98, 141], которое для случая статического нагружения при переменной жесткости От/о МОЖНО ззписать в виде [c.124]

С переменным модулем вследствие изменения температуры. Процессы упрочнения и разупрочнения происходят с различной интемсивностью в верхней и нижней точках температурного цикла, вследствие чего наблюдается сдвиг петли гистерезиса ио оси напряжения и изменяется коэффициент асимметрии нагружения по числу циклов. Размах напряжений Ла может существенно изменяться по числу циклов ири этом в отличие от изотермического малоциклового нагружения ироцессы. циклического упрочнения и разупрочнения могут чередоваться. [c.55]

В связи с разработкой норм прочности для аппаратов химического машиностроения широкие исследования малоцикловой прочности при двуосном напряженном состоянии проведены К. Д. Айвзом, Л. Ф. Куистрой и И. Т. Таккером на трех типичиых материалах для сосудов давления. Круглые пластины 1 (рис. 2.55, а) испытывали в условиях переменного циклического изгиба за счет гидравлического давления, подаваемого попеременно в обе полости камеры 2. Циклические деформации в центральной зоне пластины непрерывно измерялись с помощью тензодатчиков, а обратная связь при автоматическом управлении процессом циклического нагруже-иия осуществлялась с помощью штока 3. Управляющая система обеспечивала испытания в жестком режиме циклического деформирования материала. В центре пластины на каждой из поверхностей при ее нагружении возникает двумерное поле деформаций, причем реализуется только случай равенства радиальной и окружной деформации (ь>/ее=1), а зона одинаковых пластических деформаций охватывает значительную центральную часть пластины. [c.118]

Нагружение повторно-переменными (циклическими) нагрузками вызывает явление так называемой усталости матариалов. В этом случае может произойти внезапное, макроскопически хрупкое разрушение материала. [c.44]

Какой из выбранных двух признаков считать основным Это зависит от назначения склеиваемого элемента конструкции. В изгибаемых многослойных пластинах, балках и оболочках основным признаком будет сопротивление переходу трещин из одного слоя в другой. Действительно, если металлический слой подвергается переменному (циклическому, случайному и т.п.) нагружению, то с его поверхности вглубь обычно развивается усталостная трещина. Скорость ее роста зависит от коэффшщен-та интенсивности напряжений у края трещины. При выходе трещины на границу слоев дальнейшее ее развитие может происходить двояко в зависимости от свойств клея и тормозящего материала. Если клей недостаточно прочен, то трещина пойдет по границе слоев и раздвоится при этом коэффициент интенсивности напряжений в конце трещины уменьшается в несколько раз, что существенно задержит время перехода трещины из одного слоя в другой. Если клей весьма прочен, то трещина сразу перейдет из одного слоя в другой, не раздваиваясь. Очевидно, клеи, вызывающие раздваивание трещины, лучше поэтому клеи, не обладающие этим свойством, следует исключить из рассмотрения. Оставшиеся клеи наиболее целесообразно сравнивать по сопротивлению сдвигу (наиболее опасным при раздвоении трещин 5голяется расслаивание клееной конструкции от сдвиговой нагрузки). Клеи, для которых сопротивление сдвигу достаточно высоко, следует сравнивать по стоимости и выбрать наиболее дешевый. [c.231]

Проверка надежности барабанов котлоагрегатов требуется для оценки ресурса времени до начала массового образования трещин на кромках его отверстий. При этом по данным ВТИ основными причинами появления переменных (циклических) режимов нагружения барабанов являются глубокие изменения давления, характерные для работы котлоагрегата в регулировочном диапазоне нагрузок при скользящем давлении, и напряжения, возникающие в режиме пуск-останов. В связи с необходимостью комплексного подхода к этому вопросу материалы по нему приведены в гл. 2, где изложены особенности испытаний стрн пусковых режимах. [c.27]

Закономерности разрушения материала при длительном нагружении достаточно хорошо могут быть описаны с помощью разработанной физико-механической модели межзеренного разрушения, которая базируется на математическом описании процессов зарождения и роста пор, обусловленного как пластическим деформированием, так и диффузией вакансий, а также на введенном в гл. 2 при анализе внутризеренного вязкого разрушения понятии — потере микропластической устойчивости. Модель позволяет прогнозировать долговечность при статическом и циклическом длительном нагружениях элементов конструкций в условиях объемного напряженного состояния и переменной скорости деформирования. В частности, с помощью указанной модели могут быть описаны процессы залечивания межзе-ренных повреждений при сжатии и рассчитана долговечность в условиях циклического нагружения при различной скорости деформирования в полуциклах растяжения и сжатия. [c.186]

При циклических (переменных) нагрузках (рис. 1.2) за предельное напряжение принимается предел выносливости (усталости) соответствующего цикла нагружения (симметричного t i, пульси> рующего ао или асимметричного Ог (рис. 1.3) . [c.9]

При определенном числе циклов появляется зародыш фронта Людерса Чернова (рис. 11, б). Увеличение числа циклов нагружения не приводит к возникновению типичного фронта текучести (деформации Людерса-Чернова). Вместо этого область образца, составляющая примерно одну треть рабочей части, постепенно покрывается волнистыми следами деформации ориентированными в двух пересекающихся плоскостях скольжения (рис.11, в, г). С ростом числа циклов деформированные области охватывают другие объемы материала. При больших циклических деформациях прохождение циктгического фронта Людерса Чернова в условиях усталости с переменой знака нагружения связано с образованием волнистог о рельефа на поверхности образца (рис. [c.26]

Анализ случаев поломок деталей машин свидетельствует о том, что большинство поломок связано с явлением так называемой усталости материалов. Явление усталости металлов заключается в разрушении деталей машин вследствие возникновения в них многократно изменяющихся переменных напряжений, значительно меньших, чем предел прочности или даже предел текучести материала. Опасность этого явления заключается в том, что деталь, выполненная из пластичного металла и нагруженная до напряжений, казалось бы, неопасных, внезапно разрушается без появления остаточных деформаций, которые сигнализировали бы о надвигающейся катастрофе. Долгое время существовало мнение, что при работе детали в условиях циклически меняющихся напряжений, происходит изменение в кристаллическом строении металла. Это мнение основывалось на том, что материал с достаточными пластическими свойствами при длительной работе в условиях переменных напря- [c.327]

Расчет при циклическом нагружении. Резьбовые соединения при таком виде нагружения выполняют с предварительной затяжкой. Поэтому при их расчете необходимо исходить из максимальных переменных напряжений цикла, учитывающих и напряжения, вызванные затяжкой. При ориентировочных расчетах можно воспользо- [c.418]

Рассеяние усталостной долговечности элементов авиационных конструкций в случае естественного процесса накопления повреждений при циклическом приложешги нагрузки имеет закон распределения возникающих трещин от числа циклов нагружения, близкий к нормальному закону. Под единичным циклом нагружения понимается совокупность действующих нагрузок за полет или цикл запуска и остановки двигателя. Поэтому цикл нагружения представляет собой блок переменных нагрузок разной амплитуды и среднего уровня. [c.566]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...