Разрушение в зонах концентрации

Сопротивление малоцикловому разрушению в зонах концентрации напряжения до возникновения трещины связано с упругопластическим перераспределением в них напряжений и деформаций. Один из результатов измерения перераспределения деформаций около поперечного отверстия в пластине из циклически разупрочняющей-ся стали представлен на рис. 5.9. Слева на этом рисунке показаны линии равной деформации трех уровней статической нагрузки, справа —циклической нагрузки (пульсирующий цикл) на стадии возникновения разрушения. Максимальные деформации на контуре отверстия обозначены бтах- [c.90]

Рис. 7.21. Схема условий возникновения разрушения в зоне концентрации напряжений при наличии упрочненного слоя

В сборнике рассматриваются основы методов расчетного и экспериментального определения прочности и долговечности циклически нагруженных элементов конструкций в широком диапазоне температур, времен и чисел циклов. Приводятся критерии и основные уравнения статических и циклических предельных состояний в температурно-временной постановке рассмотрены закономерности деформирования и разрушения в зонах концентрации и в связи с неоднородностью напряженных состояний. Рассмотрены методы испытаний на циклическое нагружение, описан ряд опытных результатов. Систематизированы данные по характеристикам малоцикловой усталости, по концентрации напряжений и деформаций, необходимые для расчета прочности. Излагаемый материал в значительной степени основывается на результатах работ сотрудников Института машиноведения, доложенных на Всесоюзном симпозиуме по малоцикловой усталости при повышенных температурах в Челябинске в 1974 г. [c.2]

Метод расчета долговечности элементов конструкций, работающих в условиях высокотемпературного повторного нагружения, предусматривает рассмотрение процессов деформирования, накопления повреждений и разрушения в зонах концентрации напряжений и вне этих зон (см. гл. 1). [c.122]

Рассмотрим условия прочности и особенности разрушения модельного элемента. Расчетные данные показывают, что варьирование указанных параметров приводит к различным видам разрушения в зоне концентрации и мембранной зоне. [c.123]

Изучение перераспределения деформаций и разрушения в зонах концентрации при длительном нагружении,. выполненное экспериментальными методами (сеток, муара) и расчетом (методами переменных параметров упругости, аналитическими и числен- [c.23]

Сопротивление деформированию и разрушению в зонах концентрации напряжений высоконагруженных конструкций определяется местной напряженностью, которая связана с номинальной соответствующими коэффициентами концентрации напряжений и деформаций. Известно [10], что по приведенным номинальным о и местным Ощах напряжениям, определенным по той или иной методике, а также коэффициентам концентрации приведенных напряжений о возможно определение коэффициентов концентрации местных упругопластических напряжений и деформаций в исходном полуцикле нагружения [c.110]

Пуансоны выходят из строя вследствие разрушения в зонах концентрации напряжения и износа рабочей части. [c.164]

Недостаточное совершенство НД, в частности, по нормированию остаточного ресурса нефтегазохимического оборудования, объясняется тем, что они базируются в основном на критериях статической прочности бездефектного металла. Между тем, в процессе эксплуатации в металле конструктивных элементов происходит постепенное накопление необратимых повреждений и по истечении определенного времени возможны разрушения. Процессы накопления повреждений в металле усиливаются в зонах концентрации напряжений, которыми являются дефекты металлургического, строительномонтажного и эксплуатационного характера, а также зоны геометрических конструктивных концентраторов в местах приварки днищ, переходов, патрубков штуцеров в корпус аппарата. При этом особую опасность представляют трещиноподобные дефекты холодные и горячие трещины, непровары и подрезы швов, механические (царапины) и коррозионные (стресс-коррозия) повреждения и др. [c.328]

В настоящее время, например, аппараты и нефтепроводы рассчитывают лишь на прочность от действия статических нагрузок, без учета временных факторов разрушения. Между тем они работают в режиме малоциклового нагружения, которое в десятки раз ускоряет процессы повреждаемости металла в зоне дефектов и конструктивных концентраторов напряжений. Кроме того, недостаточная степень подготовки нефти на промыслах способствует коррозионной активности рабочей среды. Циклические нагрузки в условиях коррозионной активности рабочей среды вызывают усиление усталостных процессов и особенно сильно в зонах концентрации напряжений. Это объясняется проявлением локального динамического механохимического эф- [c.365]

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]

Расчеты элементов конструкций на малоцикловую усталость базируются на экспериментальных данных изучения закономерностей сопротивления деформированию и разрушению при циклическом упруго-пластическом деформировании, а также исследованиях кинетики неоднородного напряженно-деформированного состояния и накопления повреждений в зонах концентрации — местах вероятного разрушения. Ниже приведены основные понятия и некоторые результаты изучения кинетики деформирования и разрушения материалов при циклическом упруго-пластическом деформировании. [c.683]

При квазистатическом разрушении после небольшого числа циклов поле деформации мало отличается от поля при статической нагрузке. По мере увеличения числа циклов и уменьшения накопленной деформации при образовании разрушения форма и размеры зон пластической деформации отличаются от тех, которые получаются при статическом растяжении. Так как разрушение при малом числе циклов в основном определяется достигнутыми деформациями, то для оценки прочности в зоне концентрации используют представления о концентрации деформаций и их перераспределении при повторном нагружении. [c.90]

Влияние абсолютных размеров детали (масштабного фактора). Экспериментально установлено, что с увеличением абсолютных размеров деталей их сопротивление усталости снижается. Это объясняется статистической теорией разрушения, согласно которой при увеличении абсолютных размеров возрастает вероятность попадания дефектных зерен в зону концентрации напряжений. Существуют и технологические причины, способствующие проявлению указанной закономерности. Масштабный эффект зависит главным образом от поперечных размеров деталей и оценивается коэффициентом [c.254]

При действии циклических напряжений картина разрушения материала существенно отличается от той, которая наблюдается при статическом нагружении. Сначала в зоне концентрации зарождается трещина, которая, постепенно увеличиваясь, захватывает все большую часть сечения. Этот процесс оканчивается хрупким изломом, происходящим без видимой пластической деформации. [c.170]

Разрушение деталей и конструкций при малом числе циклов нагружения связано, как правило, с наличием повторных пластических деформаций в зонах концентрации напряжений. Для оценки несущей способности таких деталей необходимо учитывать характеристики деформации и разрушения материала, а также влияние напряженного и деформированного состояния на малоцикловую долговечность. Так как в зонах концентрации напряжений относительно быстро устанавливается режим жесткого нагружения, особое значение приобретают исследования поведения при этом виде нагружения материала и изучение диаграмм его деформирования. [c.89]

Все три вида разрушений встречаются в практике эксплуатации энергетических установок, и по морфологическим особенностям разрушения можно судить об условиях их работы. Так, вязкое разрушение часто имеет место при повышении температуры при работе труб поверхностей нагрева в условиях ползучести. Разрушение путем образования клиновидных трещин вызвано повышенным уровнем неучтенных расчетом напряжений в условиях стесненной деформации в зонах концентрации напряжений, а также может быть связано с охрупченным состоянием металла. Разрушение порообразованием обычно происходит в результате длительной эксплуатации. [c.13]

Основным направлением совершенствования расчета прочности изделий, работающих в условиях малоциклового нагружения, является (наряду с уточнением расчета статической прочности и корректировкой запасов) разработка метода оценки малоцикловой прочности на основе анализа напряженно-деформированного состояния (прежде всего в зонах концентрации) с учетом его по-цикловой кинетики. Такой расчет должен базироваться на изучении закономерностей малоциклового деформирования и критериев разрушения с учетом основных факторов. [c.3]

При исследованиях сопротивления деформированию и разрушению при малом числе циклов нагружения распространение получили испытания при мягком и жестком нагружении как с симметричным, так и асимметричным циклом. Названные типы испытаний представляют собой достаточно контрастные нагружения, причем охватывается общий случай работы за пределами упругости какого-либо элемента конструкции, так как характер изменения напряжений и деформаций в зоне концентрации при повторном нагружении, как правило, лежит в области между мягким и жестким нагружением. [c.6]

Таким образом, и в условиях нагружения, близких к реальным в зоне концентрации при длительном малоцикловом нагружении элементов конструкций, деформационно-кинетические подходы дают возможность оценить достижение предельного состояния по разрушению (образованию трещины). [c.28]

В работе [108] сообщается о результатах испытаний цилиндрических сосудов из низколегированных сталей марок А-201, А-302 и Т-1. Диаметр сосудов 900 мм, толщина стенки 50 мм. В процессе повторных нагружений внутренним давлением на внутренней поверхности цилиндрической оболочки и около патрубков измерялись деформации. Было обнаружено перераспределение амплитуды деформаций в зонах концентрации напряжений, которое происходило в течение только первых десяти циклов нагружения, что связано с изменением циклических упругопластических свойств материалов. В дальнейшем деформирование в зоне концентрации соответствовало жесткому типу нагружения. Разрушение происходило, как правило, в местах наибольшей концентрации напряжений в диапазоне от 3000 до 90 000 циклов нагружения с образованием трещин, через которые возникла течь, давление в сосуде при этом падало. [c.147]

В рассматриваемом случае оценки прочности труб большого диаметра магистральных трубопроводов, когда для эксплуатационных разрушений характерным является появление продольных трещин в зоне сварного шва трубы, вырезка образцов должна производиться в зоне сварного соединения. Так как в процессе работы трубопровода под действием периодических сбросов и подъемов внутреннего давления осуществляется циклическое нагружение в условиях плоского деформированного состояния, причем уровень окружных напряжений существенно превышает продольные, элемент тонкостенной оболочки (какой является труба магистрального трубопровода) в зоне продольного сварного шва оказывается в условиях, близких к повторному растяжению — сжатию. Наличие напряжений сжатия при пульсирующем нагружении трубы внутренним давлением обусловлено появлением в зоне концентрации (у продольного сварного шва) остаточных напряжений сжатия. Все перечисленное выше обосновывает необходимость постановки экспериментов в условиях циклического растяжения — сжатия на образцах, вырезанных в окружном направлении из зоны сварного соединения трубы (рис. 3.2.4, а). [c.156]

Основные механические закономерности сопротивления материалов малоцикловому и длительному циклическому нагружению, а также деформационно-кинетический критерий малоциклового и длительного циклического разрушения необходимы для решения соответствующих задач определения кинетики деформированных состояний в зонах концентрации и оценки долговечности на стадии образования трещины. Полученные данные о сопротивлении циклическому деформированию и разрушению использованы для расчета малоцикловой усталости циклически нагружаемых конструкций. Применительно к сварным трубам большого диаметра магистральных газо- и нефтепроводов, волнистым компенсаторам и металлорукавам на основе их испытаний разработаны и экспериментально обоснованы методы расчета малоцикловой усталости при нормальных и высоких температурах. [c.275]

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]

С целью определения сходимости полученного теоретического решения и результатов опытного определения пределов выносливости по трещинообразованию и разрушению в зоне нераспространяющихся усталостных трещин на рис. 30 построены расчетные зависимости относительных пределов выносливости от теоретического коэффициента концентрации напряжений для мелкозернистой и крупнозернистой сталей. За единицу принят [c.63]

Для учета влияния состояния поверхности (введением величины р) следует значение номинального иапряже-ния умножить на коэффициент 1/р. Этот коэффициент используется для согласования уровня максимального напряжения, определяющего разрушение в зоне концентрации напряжений, с пределом выносливости (T i по данным испытаний лабораторных образцов с тщательно обработанной поверхностью (полированной), обычно приводимым в справочниках. Тогда условие достижения максимальными напряжениями в элементе конструкции указанного предела выносливости можно записать в виде [c.159]

Результаты расчета представлены на рис. 3. Анализ сопоставления результатов эксперимента и расчета показал их хорошую сопоставимость. Значение параметров С1 и п для марки стали зависит от ее термообработки. На основе закономерностей протекания процесса разрушения в зонах концентрации могут быть получены данные об остаточной долговечности по известным параметрам трещины, полу-ченныА из результатов текущего контроля. [c.391]

Ниже приводятся результаты исследования и расчетной оценки кинетики упругопластических деформаций и разрушения в зонах концентрации напряжений [29, 118] для трех типов стали I — малоуглеродистой низколегированной, типа 22к II — низколегированной (Сг—Мо—V) теплостойкой типа ТС III — нержавеющей аустенитной типа Х18Н10Т. [c.261]

В случае стабилизирующихся материалов с умеренным накоплением односторонних деформаций различие в кривых малоциклового разрушения в зонах концентрации, полученных по расчету с учетом кинетики и по приближенному расчету с использованием кривых разрушения при мягком и жестком нагружении, не существенно, но число циклов до разрушения, рассчитанное по методике ASME, оказывается значительно больше. Для интенсивно упрочняющихся материалов результаты [c.116]

С увеличением концентрации напряжений более отчетливо проявляется влияние напрягаемых объемов и температуры на переход от вязкого состояния к хрупкому. Поэтому для определения условий перехода от вязкого к квазихрупкому или хрупкому разрушению широко используют температурные зависимости характеристик прочности и пластичности. В качестве примера на рис. 1.10 приведены результаты испытаний для малоуглеродистой стали 22К при растяжении образцов с площадью сечения f=lOOO мм . При испытаниях образцов с острыми надрезами регистрировались разрушающее напряжение Ск, сужение площади поперечного сечения ij) и максимальная деформация бтах в зоне концентрации напряжений после разрушения, измеренной методом сеток с шагом 0,1 мм. Кроме указанных характеристик на диаграмме рис. 1.10 нанесены величина Fb — доля вязкой ягтp и.члома (как хаоареристика степени [c.17]

В качестве примера на рис. 4.1 для малоуглеродистой стали 22К приведены результаты определения сГк, fimax. If), Ki и Fb (доли вязкой части излома), полученные на надрезанных образцах сечением 20X50 мм. Изменение величины бтак характеризует постепенное снижение пластичности и уменьшение роли перераспределения напряжений в зоне трещины при уменьшении температуры. Сопоставление номинальных деформаций, определяемых при испытаниях до разрушения образцов с трещинами, с максимальными деформациями, возникающими в зонах концентрации напряжений в элементе [c.61]

При неоднородных напряженных состояниях для определения вероятнрсти разрушения Р(атах) для данного. уровня максимальных напряжений Отах, входящего в показатель экспоненты выражения (7.5), осуществляется интегрирование по неравномерно напрягаемому объему или площади. Для усталостных разрушений, возникающих в зонах концентрации напряжений или от исходных дефектов, существенна роль неравномерного распределения напряжений по наиболее нагруженному сечению. Это распределение характеризуется выражением [c.134]

Иначе обстоит дело, если конструкция из хрупкого материала. Действительно, если максимальное напряжение а ях в зоне концентрации достигает предела прочности а , то в той точке, где а = = сгтах, зарождается трещина. Она усиливает концентрацию и продолжает расти, пока не произойдет разрушение тела. Таким образом, для тела из хрупкого материала, если его рассчитывать по формулам, приведенным в гл. IV и V, предельным напряжением следует считать а щ = Од/ад. Здесь, однако, нужна одна оговорка. Оказывается, что снижение предельного напряжения при одном и том же значении геометрического коэффициента концентрации для разных хрупких материалов весьма различно. Так, например, прочность закаленного образца из высокоуглеродистой стали очень сильно снижается при наличии надреза. В то же время чугун малр чувствителен к надрезам. Этот факт объясняется тем, что большинг [c.166]

Разрушение при циклическом нагружении происходит вследствие возникновения микротреицин в зоне концентраций напряжений. Трещины постепенно развиваются, проникая вглубь, по- [c.11]

А я В — постоянные материалы I/O — критерий подобия усталостного разрушения L — часть периметра опасного поперечного сечения, в точках которого действуют максимальные напряжения, про-, порциональная характерному размеру сечения G — относительный максимальный градиент напряжений в зоне концентрации, определяемый по формуле [c.125]

Микроморфология разрущения в зоне магистральной трещины носит двойственный характер. В основном разрущение идет по границам зерен за счет образования клиновидных трещин. С другой стороны, в зоне клиновидных трещин впереди фронта магистральной трещины и рядом с ней имеется значительное количество пор ползучести. В металле диска далее по периметру вне зоны видимой трещины и микротрещин имеются зародыщи пор, выявляемые методами оптической и электронной микроскопии. Следовательно, в зоне концентрации напряжений идет процесс порообразования. При периодических перегрузках, которые могут иметь место в пусковой период работы ротора, в металле, пораженном порами, происходит образование клиновидных межзеренных трещин в пределах зерна. В устье трещины за счет ускорения процессов диффузий в поле повышенных напряжений и межзеренного проскальзывания происходит образование крупных карбидов и снижается трещиностойкость стали. В дальнейшем процесс разрушения идет с ускорением и завершается смешанным разрушением. [c.47]

Сформулированные выше основные закономерности малоциклового деформирования и разрушения необходимы в связи с разработкой методов оценки прочности элементов конструкций. Для обоснования расчетной процедуры и уточнения запасов прочности в инженерной практике проводятся мснытанвя моделей и натурных элементов. Основными задачами, которые решаются в таких испытаниях, являются сопоставление расчетного и экспериментального распределения деформаций и напряжений (особенно в зонах концентрации с учетом поциклового перераспределения), а также изучение условий достижения предельного состояния по разрушению (образованию трещины). При этом для оценки прочности в условиях циклического упругопластического деформирования необходимы данные о кинетике деформированного состояния конструкции, а также кривые малоцикловой усталости материала при однородном напряженном состоянии. [c.135]

При этом предполагается, что в зонах концентрации напряжений, где, как правило, происходят малоцикловые разрушения, накапливаются в основном усталостные повреждения в результате действия знакопеременных упругопластических деформаций. Вместе с тем в эксплуатационных условиях в результате работы конструкции на нестационарных режимах, в том числе при наличии перегрузок, возможно накопление односторонних деформаций, определяювцих степень квазистатического повреждения и влияю-ш их на достижение предельных состояний по разрушению. Для обоснования методологии учета накопления конструкцией (наряду с усталостными) квазистатических повреждений по результатам тензометрических измерений требуется решение прежде всего вопросов расшифровки показаний датчиков с целью воспроизведения истории нагруженности в максимально напряженных местах конструкции и оценки малоциклового повреждения для эксплуатационного контроля по состоянию. Малоцикловое повреждение может в общем случае оцениваться по результатам измерений, выполненных обычными тензорезисторами, но с расширенным диапазоном регистрируемых деформаций (до величин порядка нескольких процентов), характерных для малоцикловой области нагружений. Исследование [20] выполнялось в Московском инженерно-строительном институте и Институте машиноведения на базе разработанных в лаборатории автоматизации экспериментальных исследований МИСИ специальных малобазных тен-зорезисторов больших циклических деформаций. Аппаратура и методика эксперимента подробно описаны в [229]. На серийной испытательной установке УМЭ-10Т с тензометрическим измерением усилий и деформаций, а также крупномасштабным диаграммным прибором осуществлялось циклическое нагружение цилиндрических гладких образцов по заданному и, в частности, нестационарному режиму. Одновременно соответствующей автоматической аппаратурой производилась регистрация истории нагружения с помощью цепочек малобазных тензорезисторов, наклеенных на испытываемый образец. Сопоставление показаний тензорезисторов с действительной историей нагружения и деформирования образца, регистрировавшихся соответствующими системами испытательной установки УМЭ-10Т, давало возможность определить метрологические характеристики датчиков и особенности их повреждения в условиях малоциклового нагружения за пределами упругости. Наиболее существенными особенностями работы тензорезисторов в условиях малоциклового нагружения оказываются изменение коэффициента тензочувствительности при высоких уровнях исходной деформации и в процессе набора циклов нагружения, уход нуля тензорезисторов и их разрушение через определенное для каждого уровня размаха деформаций число циклов. [c.266]

Значительное повреждение материала и уменьшение долговечности вызывает приварка головок термопар контактной сваркой в зоне действия максимальной температуры. При испытании малонластичного сплава ЖС6У такая приварка вызывала начало разрушения в зоне головки, поэтому температуру необходимо было измерять дистанционными пирометрами. Испытания обра з Цов с a = 5 мм и круговым надрезом (глубина надреза 1 мм, радиус i = 0,16 мм, теоретический коэффициент концентрации Ца=4,2) при тах = 850° с показали уменьшение долговечности на 50—80% по отношению к гладким образцам. [c.96]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...