Разрушение в зонах концентрации напряжений

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

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]

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]

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]

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]

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 работе [2] условия усталостного разрушения материала в зонах концентрации напряжений были найдены в результате исследования зависимости вероятности от напряжений и объема, полученной для хрупкого разрушения материала. При равномерном распределении напряжений вероятность хрупкого разрушения равна [3] [c.77]

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]

Сопротивление образованию и развитию трещин малоциклового нагружения в общем случае зависит от циклических свойств металла, режима нагружения и размеров трещин. В работах [1—4] рассмотрены кинетические особенности процессов упругопластического деформирования и деформационные критерии малоциклового разрушения с учетом циклических свойств в связи с анализом условий образования трещин в зонах концентрации напряжений при комнатной температуре. Условия распространения трещин малоциклового разрушения при комнатной температуре с учетом кинетики пластических деформаций в их вершине изучались в работе [5]. В упомянутых работах показано, что долговечность на стадии образования трещин в зонах концентрации напряжений рассчитывается по величинам амплитуд и односторонне накапливав мых местных деформаций с использованием условия линейного суМ мирования квазистатических и усталостных малоцикловых повреждений. Скорости распространения трещин малоциклового нагружения и долговечность на стадии окончательного разрушения вычис ляются по величинам размахов коэффициентов интенсивности деформаций и предельной пластической деформации в вершине трещины. [c.99]

Из сопоставления результатов расчета по уравнениям (14) и (15) для стали типа 18-8 следует, что сопротивление образованию треш ин в зонах концентрации напряжений при симметричном цикле определяется по критерию разрушения при жестком нагружении (уравнение (14)) при теоретических коэффициентах концентрации напряжений более 1,2—1,5 (для одинаковых деформаций нулевого полуцикла). [c.111]

Положение зон разрушения определяется соотношением скоростей накопления повреждений в мембранной зоне образца или в зоне концентрации напряжений. В соответствии с характеристиками накопленных повреждений разрушения возникают либо в мембранной зоне (статическое, усталостное или смешанное), либо в зоне концентрации напряжений (усталостное). [c.123]

Увеличение времени вьщержки, а следовательно, длительности цикла приводит к уменьшению долговечности, так как при этом доля усталостного повреждения уменьшается, а статического увеличивается. При времени вьщержки в цикле 15 с формирование предельного малоциклового повреждения происходит в зоне концентрации напряжений, при времени выдержки 120 и 1200 с разрушение происходит в мембранной зоне. [c.131]

В зоне концентрации напряжений предельное состояние достигается без односторонне накопленных деформаций и разрушения имеют усталостный характер. [c.132]

В результате эксплуатационных и стендовых испытаний, выполненных с имитацией действия возможных факторов повышения напряжений в локальных зонах, установлено, что разрушение кольца происходит в основном в зонах концентрации напряжений (рис. 3.2). [c.134]

Вследствие достаточно быстрой стабилизации процесса циклического упругопластического деформирования, выявленной при испытаниях образца из конструкционного материала, расчет выполняли только для нулевого полуцикла и первого цикла нагружения. На основании данных фрактографического анализа форм разрушения телескопического кольца предполагали, что режим циклического деформирования в зонах концентрации напряжений при данных номинальных напряжениях близок к жесткому. [c.143]

Пластическая деформация после азотирования в зонах концентрации напряжений является недопустимой (даже если она не приводит к разрушению слоя), так как она уменьшает остаточные напряжения сжатия, поэтому правку деталей после [c.304]

На рис. 7.14 приведены результаты ресурсных испытаний (до появления трещин) сосудов и образцов с надрезами (точки), а также кривые малоциклового усталостного разрушения, построенные в соответствии с уравнением (7.1). Верхняя кривая (1) соответствует коэффициенту асимметрии Гд = —1, а нижняя (2) — Гд = = —0,45 (минимальному, полученному при испытании исследованных объектов). Коэффициент асимметрии цикла по напряжениям Гд в зоне концентрации напряжений вычисляли по формуле [6] [c.148]

Малоцикловая усталость имеет много общего с многоцикловой усталостью. Пластические деформации при нагружении, приводящие к образованию трещин, их развитию и разрушению, происходят в зонах концентрации напряжений (во впадинах витков, под головками болтов). Поэтому сопротивление мало цикловой усталости существенно зависит от коэффициентов концентрации напряжений и технологии изготовления резьбы, головок болтов и др. [c.230]

Многие детали машин подвержены знакопеременным нагрузкам, что приводит к усталостному разрушению. Причинами, способствующими усталостному разрушению, являются недостаток информации о параметрах материала и отсутствие точных знаний о трехосном напряженном состоянии детали в зоне концентраций напряжений. Сведения об усталостной прочности получают путем испытаний опытных образцов. [c.242]

Появление трещин в хвостовиках происходит в зонах концентрации напряжений. На рис. 16.42 показан пример разрушения по третьему зубу хвостовика елочного типа и появления усталостной трещины по первому зубу. [c.471]

Характерно, что малоцикловые повреждения развиваются, как правило, в зонах концентрации напряжений (рис. 1.2) около отверстий, в вершине углового шва, в замковом соединении и отверстий дисков турбомашин [5, 100]. В типичных зонах концентрации напряжений при допускаемых современными методами расчета на прочность номинальных напряжениях развиваются значительные местные упругие и необратимые деформации. Сочетание механического и интенсивного теплового нагружений (7 = 200... 1000° С) приводит к образованию трещин. При интенсивном тепловом воздействии малоцикловые разрушения имеют вид сетки термоусталостных трещин, например, в элементах проточной части авиадвигателя (рабочие и сопловые лопатки, камеры сгорания, элементы форсажной камеры и др.) [10, 75, 100], в элементах конструкций тепловой энергетики [109, 112] и технологическом оборудовании [99, 110]. [c.7]

В работе [68] выполнен анализ долговечности в зонах концентрации напряжений, В целях определения влияния ползучести на число циклов до разрушения (появления трещины) рассчитали долговечность при циклическом осевом растяжении плоских образцов (пластина с отверстием при повторном осевом растяжении) жаропрочных алюминиевых сплавов. Температуры испытания 120.,, 190° С являются для рассматриваемых материалов достаточно высокими ползучесть и релаксация напряжений выражены. [c.209]

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]

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]

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]

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

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]

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]

Повышение температур сказывается на изменении статических и циклических свойств металлов и, следовательно, на процессах местного упругопластического деформирования и разрушения. При температурах, когда фактор времени проявляется несущественно (при отсутствии выраженных деформаций ползучести), изменение сопротивления образованию трещин малоциклового разрушения описывается через изменение характеристик кратковременных статических свойств [6, 7]. При этом уменьшение долговечности с повышением температур до 350° С у малоуглеродистых и низколегированных сталей связывается с деформационным старением (особенно при температурах 250—300° С) и уменьшением исходной пластичности. У низколегированных теплостойких сталей при температурах до 400° С уменьшение долговечности в зонах концентрации напряжений для заданных уровней номинальных напряжений объясняется уменьшением сопротивления унругонласти-ческим деформациям (при одновременном повышении предельных пластических деформаций). У аустенитных нержавеющих сталей [c.99]

Для приближенной расчетной оценки сопротивления образованию трещин в зонах концентрации напряжений при высоких температурах можно использовать результаты работ [3, 6]. Уравнение кривой ма юциклового разрушения при жестком нагружении (асимметричный цикл деформаций для темпертур t, при которых деформации ползучести существенно меньше циклических и пластических деформаций) имеет вид [c.102]

Для инженерных расчетов долговечности конструкций применяют численные методы определения полей напряжений и деформаций, реализуемые с помощью ЭВМ на базе соответствующих расчетных процедур для установления максимальных напряжений и деформаций в зонах концентрации напряжений используют интерполяционные, зави-О1М0СТИ, а также прочностные характеристики, полученные в результате базовых экспериментов. Необходимо учитывать зависимость характеристик сопротивления деформированию и разрушению от формы циклов нагруз и и температуры. [c.3]

Возникающие при малоцикловом нагружении деталей в зонах концентрации напряжений местные пластические деформации вьиывают перераспределение напряжений и деформаций и разрушение в условиях нестационарного процесса деформирования. В связи с этим для оценки несущей способности элементов конструкций при наличии концентрации напряжений и деформаций необходим количественный анализ изменения напряжений и деформаций на основании критериев прочности с учетом нестационарности напряженно-деформированного состояния (НДС). [c.4]

Обобш,ение результатов научных исследований сопротивления упругопластическим деформациям и разрушению при малоцикловом нагружении осуш,ествляется в настояш,ей серии монографий. В первой книге [12] содержатся основы методов расчета и испытаний при малоцик.ловом нагружении, состояш,ие в анализе механических закономерностей упругопластического повторного нагружения вне зон и в зонах концентрации напряжений, в обосновании выбора материалов, расчетных уравнений для оценки прочности и долговечности, методов и средств испытания лабораторных образцов, дюделей и натурных конструкций. Во второй книге [13] освеш,ены вопросы расчетного и экспериментального анализа полей упругопластических деформаций в зонах концентрации напряжений при малоцикловом нагружении в условиях нормальных и повышенных температур. При этом освеш,ены возможности использования аналитических и численных методов решения задач о концентрации деформаций и напряжений, экспериментальных методов муара, сеток, оптически активных покрытий, малобазной тензометрии. Третья книга [7] посвящена вопросам сопротивления высокотемпературнод1у деформированию и разрушению при малоцикловом нагружении. [c.7]

Пластическая деформация после азотирования в зонах концентрации напряжений недопустима (даже если она не приводит к разрушению слоя), так как она уменьшает остаточные напряжения сжатия, поэтому правку деталей после азотирования применять не следует. Для повышения вязкости и прочности азотированного слоя, необходимых для получения хорошего сопротивления усталостным напряжениям, твердость слоя должна быть в пределах 650—700 а для повышения износостой- [c.255]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...