Трещины усталостные — Влияние факторов

Зависимость (4.6) в принципе дает возможность описать влияние средних напряжений (или асимметрии нагружения), а также нестационарности нагружения на скорость роста усталостной трещины, так как эти факторы изменяют параметр и [289, 346, 354]. Но, к сожалению, следует отметить нарастание разногласий в отношении достоверности результатов измерений закрытия трещины разными методами [300, 324, 385, 418]. Одной из возможных причин большого разброса измерений закрытия трещины может быть различная протяженность фронта трещины (толщина образца) в разных экспериментальных исследованиях. Так, в работах [369, 408, 409] экспериментально показано, что доминирующее влияние на стор оказывает деформирование материала у вершины трещины в районе свободных боковых поверхностей образца. С увеличением толщины образца и соответственно протяженности фронта трещины влияние боковых поверхностей снижается и эффект закрытия трещины уменьшается, вплоть до его практически полного отсутствия в растягивающей части цикла. Для трещин с протяженным фронтом только при R — О (а не при / > 0) трещина перестает быть концентратором напряжений и в этом случае 1. [c.191]

В книге систематизированы причины, вызывающие остановку развития усталостных трещин, освещены современные методики исследования таких трещин. Подробно проанализировано влияние металлургических, технологических и эксплуатационных факторов на параметры, нераспространяющихся усталостных, трещин. Приведены экспериментальные результаты исследований нераспространяющихся трещин в деталях из разных материалов при различных схемах нагружения. [c.2]

Для многих деталей машин и инженерных конструкций, которые имеют различные поверхностные трещиноподобные дефекты металлургического, технологического или эксплуатационного происхождения, стадия зарождения усталостной трещины может не лимитировать общую длительность процесса разрушения и в этом случае долговечность изделия будет определяться временем роста микротрещины до критических размеров. Изучение закономерности роста усталостных трещин с учетом влияния различных физико-химических факторов позволяет более глубоко понять механизм усталостного разрушения и вскрыть процессы, не выделяемые при испытании гладких образцов. Применение образцов с заранее выведенной трещиной ужесточает условия испытания и позволяет обнаружить влияние даже очень слабо-активных сред. Количественные данные о влиянии коррозионных сред на скорость роста усталостных трещин могут быть использованы для расчетов изделий с трещинами. [c.86]

Метод, основанный иа использовании (33), не учитывает влияния резких перегрузок иа задержку в развитии трещины и ряд других факторов, отмеченных выше. Поэтому делались попытки разработать методы, более полно учитывающие влияние основных факторов на развитие усталостных трещин. [c.206]

Трещины усталостные — Влияние на скорость развития эксплуатационных факторов 201—205 [c.223]

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]

Согласно соотношению (2.31), предельное состояние элемента конструкции с усталостной трещиной достигается в эксплуатации при том же уровне напряжения, которое конструктор закладывал в расчет, если им были з тены все те факторы, что были реализованы в момент страгивания трещины. Различие расчетной и реализованной величины уровня напряжения в момент разрушения элемента конструкции определяется факторами, которые оказали влияние на работу разрушения, но не рассматривались конструктором при проведении оценок допустимого уровня напряжения. [c.118]

Во всех случаях логика учета того или иного фактора состоит в получении некоторой безразмерной поправки по отношению к принятым базовым условиям эксперимента. Для лабораторного опыта целесообразно использовать наиболее удобные условия нагружения, по отношению к которым и проводить оценку влияния того или иного фактора воздействия на кинетический процесс роста усталостных трещин. Под тестовыми условиями опыта предложено [129] понимать пульсирующий цикл одноосного растяжения при уровне напряжения 0,3 < [Оо/(сто,2)]о - 0,4, частоте нагружения 10-20 Гц, температуре 293-298 К, влажности воздуха от 70 до 75 % и давлении 760 мм рт. ст. Именно к этим условиям и могут быть сведены все вариации условий внешнего воздействия на элемент конструкции и проведена количественная оценка их роли в кинетическом процессе по величине безразмерной поправки. При этом условием эквивалентности получаемых кинетических кривых является эквидистантный характер их смещения относительно друг друга при изменении величины изучаемого параметра воздействия на кинетику усталостных трещин. Если же это не происходит, то либо экспериментально не удается сохранить условия подобия при изучении параметра воздействия, либо его влияние на кинетический процесс изменяется в направлении роста трещины, что должно быть рассмотрено путем введения дополнительной поправки как функции, например, которая учитывает изменение КИН в зависимости от длины усталостной трещины. [c.254]

Представленные поправки в большинстве случаев характеризуют однопараметрическое изменение условий нагружения. К ним следует отнести в первую очередь асимметрию цикла и частоту приложения нагрузки, которая применительно к элементам авиационных нагрузок меняется в широком диапазоне. Однако в условиях эксплуатации внешнее воздействие на ВС оказывается комплексным и многопараметрическим. В связи с этим необходимо учитывать именно синергетическую ситуацию влияния на поведение материала, как и в случае внешнего воздействия, также необходимо рассматривать несколько факторов, через которые учитывается реакция материала на это воздействие. Поэтому далее влияние основных параметров внешнего воздействия, одновременное изменение которых является типичным для элементов авиационных конструкций и должно быть учтено при моделировании кинетики усталостных трещин, будет рассмотрено после введения еще одной характеристики в кинетические уравнения (5.63) — фрактальной размерности. [c.254]

Представленные в развернутом виде полиномы позволяют проводить многопараметрический анализ (оценка) влияния одновременно двух факторов на рост усталостных трещин — соотношения главных напряжений и асимметрии цикла. Они могут быть применены для моделирования или упрощенного расчета периода роста трещины не только с использованием единой кинетической кривой (5.63) и (5.64), но и в тех случаях, когда для анализа элементов авиационных конструкций ис- [c.329]

Циклическое нагружение материала или элемента конструкции осуществляется в широком диапазоне частотного спектра. Цикл нагружения, представляющий собой некоторую совокупность полетных нагрузок, является циклом ЗВЗ (см. главу 1). Его продолжительность соответствует продолжительности полета и применительно к вращающимся деталям двигателя может составлять сотни минут. Как было подчеркнуто в первой главе, на практике определяют ресурс ВС или его двигателя по количеству полетных циклов нагружения и в часах. В связи с этим одним из существенных факторов, оказывающих влияние на скорость распространения усталостной трещины, является длительность цикла нагружения. [c.339]

Структура материала является определяющим фактором в проявлении влияния изменяемой частоты приложения нагрузки на скорость роста трещины. Поэтому разные материалы в разных областях усталостного разрущения имеют различия в своей реакции на изменение частоты нагружения. В первую очередь это выражается через изменение циклического предела текучести, который влияет на размер зоны пластической деформации у кончика трещины при прочих равных условиях. Влияние на размер зоны скорости деформации 8, температуры Т, а также одновременное влияние этих параметров на процессы разрушения материала внутри зоны в совокупности определяют скорость роста трещины. Поэтому с позиций синергетики следует рассматривать влияние на скорость роста трещины частоты нагружения в виде [c.340]

Взаимное влияние на рост усталостных трещин факторов внешнего воздействия в анализируемой ситуации варьирования длительности цикла нагружения учитывается поправочной функцией F( y t т Т). Выбор начальных или тестовых условий при синергетическом анализе оказывается принципиальным. [c.340]

Применительно к авиационным конструкциям, которые работают в условиях постоянной смены температурных диапазонов на разных режимах полета ВС, приводящих к конденсации паров жидкости, влияние влажности воздуха на скорость роста трещины при разном частотном составе внешних нагрузок оказывается значимым дополнительным фактором увеличения скорости роста усталостных трещин. В первую очередь это относится к алюминиевым конструкциям ВС. [c.345]

В условиях опыта изменение размера зоны пластической деформации перед вершиной трещины находилось в прямой и однозначной зависимости от частоты нагружения и температуры. Рассматриваемые результаты эксперимента свидетельствуют о возможности использования известных для многих материалов физических характеристик их поведения в условиях монотонного растяжения для описания распространений усталостных трещин. Существенным моментом введения указанных поправок на предел тек ести материала являлось то, что они использовались в виде сомножителей. Можно считать, что для материалов имеется диапазон совместного изменения частотно-темпе-ратурных условий нагружения, в котором (при прочих равных условиях) в результате взаимного влияния этих факторов не происходит усиления или замедления процесса роста трещины. [c.353]

Представленные соотношения указывают на возможность введения соответствующих безразмерных поправок в качестве характеристик влияния выдержки под нагрузкой на скорость роста усталостной трещины. Запись (7.17) подобна записи (7.15) и отличается принципиально добавкой функции взаимодействия двух рассматриваемых факторов внешнего воздействия. [c.357]

Взаимное влияние различных факторов на поведение материа.па с усталостной трещиной не позволяет давать однозначную оценку значимости одного из них в механизме разрушения. Поэтому [c.362]

Использование принципов синергетики с целью анализа кинетики усталостных трещин и построение единой кинетической кривой подразумевает, как было показано выше, переход к рассмотрению закономерностей эволюции несущей способности элемента конструкции в эксплуатации в процессе подрастания трещины через эволюцию управляющих параметров. Смысл поправочных функций на тот или ипой фактор, влияющий на процесс развития трещины, состоит именно в том, чтобы решать задачу по управлению этим процессом. Через изменение величин параметров воздействия происходит изменение поправочной функции, а через нее оказывается влияние на управляющий параметр. Снижая величину управляющего параметра и не допуская достижения точки бифуркации, можно существенно повлиять на скорость роста усталостной трещины и увеличить длительность эксплуатации с ней элемента конструкции. [c.401]

Продемонстрированные подходы к моделированию роста трещины в условиях многопараметрического нагружения элементов конструкций имеют тем более достоверный результат, чем более полный экспериментальный материал накоплен в исследованиях образцов в контролируемых условиях опыта. Сложный характер влияния многопараметрического циклического нагружения на рост трещины в конструкции не позволяет исключить какой-либо фактор при моделировании этого процесса. Уточнение моделей происходит по мере выявления усталостных трещин в элементах конструкций. Поскольку исключить появление и развитие трещин в элементах авиационных конструкций не удается, то реализовать их эксплуатацию по принципу безопасного повреждения не удается без решения еще одной задачи. Необходимо уметь управлять ростом трещин, осуществляя их временную или полную остановку, с использованием рассмотренных выше физических явлений. Поэтому перейдем к рассмотрению общих принципов управления кинетикой усталостных трещин в элементах конструкций. [c.443]

Вопросы методики выявления усталостных трещин и наблюдения за их развитием, способы выражения результатов исследования и влияние различных параметров нагружения, свойств материала, внешних условий И конструктивных факторов на скорость роста усталостных трещин подробно рассмотрены в работе [18], поэтому в данной книге не излагаются. [c.33]

В волокнистых металлических композитах, за исключением композитов с направленной эвтектикой, волокно и матрица, как правило, не находятся в состоянии химического равновесия. Из всех факторов, воздействующих на усталостную прочность композита, вероятно, самым малопонятным является влияние прочности и микроструктуры на границе раздела волокна и матрицы. Увеличение прочности происходит в результате того, что посредством касательных напряжений усилия передаются через границу раздела волокна и матрицы, и высокомодульные волокна несут большую часть приложенных параллельно им нагрузок. Поверхности раздела играют и другую важную роль в сопротивлении разрушению, контролируя вид распространения трещин они могут отклонять распространяющиеся трещины и задерживать рост трещин. [c.396]

В поверхностно-упрочненном материале при усталостном разрушении на воздухе часто наблюдается образование подповерхностных очагов. При испытании упрочненных материалов в коррозионной среде в общем случае не наблюдается снижения долговечности по отношению к сухой усталости. Объясняют это тем, что в начальный момент разрушения, когда фактор среды сказывается наиболее сильно, параллельно идут два процесса зарождение и рост трещин при чисто усталостном механизме с образованием подповерхностного очага и зарождение на поверхности трещин коррозионного происхождения [76]. Совместное участие среды и механического фактора наблюдается лишь после соединения этих трещин, т. е. в такой стадии повреждения материала, когда основное влияние на развитие трещины оказывает механический фактор. [c.131]

Масштабный фактор. Этот фактор (снижение усталостной прочности для геометрически подобных деталей большего размера) в коррозионных средах претерпевает так называемую инверсию, т. е. детали большего размера имеют коррозионно-усталостную прочность выше, чем детали меньшего размера. Однако в зависимости от характера коррозионных процессов, определяемых как свойствами материала изделия, коррозионной средой, так и условиями эксплуатации, инверсия масштабного фактора может не наблюдаться, а отрицательное влияние масштабного фактора даже усиливается. Это происходит, в частности, при протекании щелевой коррозии в трещине усталости [11, 38]. Зависимость масштабного фактора от характера коррозии и агрессивности среды приведена на рис. 30. [c.82]

Установление стадийности усталостного разрушения позволило показать, что процессы возникновения и роста усталостной трещины подчиняются разным закономерностям. Влияние одних и тех же свойств материалов или внешних эксплуатационных условий на эти стадии может быть различным. В связи с этим появляется все больше исследований, в которых влияние различных факторов на сопротивление усталости материала или детали рассматривается отдельно для каждой из стадий процесса усталостного разрушения. Сейчас значительное внимание уделяется изучению стадии развития усталостной трещины и различным ее этапам. [c.6]

Скорость распространения усталостных трещин зависит от многих факторов частоты и амплитуды нагружения, вида напря-лсенного состояния и т. д. На рост микротрещин оказывает существенное влияние концентрация напряжений у рисок, т. е. во впадинах неровностей поверхности деталей. Величина концентрации в свою очередь зависит от глубины рисок и от радиуса закругления их впадин. [c.46]

Диапазон изменения шага усталостных бороздок 6г, отвечающий формированию каждой усталостной бороздки за каждый цикл переменной нагрузки, зависит от условий раз-рущения материала и определяется диапазоном коэффициентов интенсивности напряжений — Ki - Из всей совокупности факторов, оказывающих влияние на кинетику усталостных трещин, наиболее существенное влияние на диапазон возможного изменения — К оказывает [c.273]

В основе механизма усталостного разрушения металлов, в какой бы среде оно ни происходило, лежит образование и развитие в процессе циклического нагружения микротрещин усталости. Факторы, способствующие процессу образования микротрещин усталости и облегчающие их дальнейшее развитие, будут тем самым снижать усталостную прочность металлов и, наоборот, факторы, затрудняющие образование этих трещин, замедляющие их развитие, будут способствовать возрастанию усталостной прочности. Влияние адсорбционно- и коррозионно-активных сред на усталостную прочность металлов зависит от того, в какой мере обеспечено возникновение пластических сдвигов в отдельных, наиболее нагру/кенных или наименее прочных зернах, и развитие на этой основе трещин усталости в поверхностном слое образца. Здесь важно подчеркнуть, что влияние коррозионной среды на усталостную прочность имеет место лшшь в том случае, когда коррозия развивается на внутренних поверхностях раскрывающихся микротрещин усталости. Справедливость этого утверждения следует из тех, хорошо известных фактов, что анодная поляризация циклически нагруженных образцов, увеличивая во много раз общую коррозию (с внешней поверхности металла), не снижает усталостной прочности известно также, что сжимающие напряжения, созданные в поверхностном слое образца обкаткой его роликами или обдувкой дробью, увеличивая общую коррозию, тем не менее повышают усталостную прочность металла в коррозионной среде. [c.162]

В основе механизма усталостного разрушения металлов, в какой бы среде оно не происходило, лежит образование и развитие в процессе циклического нагружения микротрещии усталости. Факторы, способствующие процессу образования микротрещин усталости и облегчающие их дальнейшее развитие, будут тем самым снижать усталостную прочность металлов, и, наоборот, факторы, затрудняющие образование этих трещин, замедляющие их развитие, будут способствовать возрастанию усталостной прочности. Влияние адсорбционно- и коррозионно-активных сред на усталостную прочность металлов зависит оттого, в какой мере обеспечено возникновение пластических сдвигов в отдельных, наиболее нагруженных или наименее прочных зернах, и развитие на этой основе трещин усталости в поверхностном слое образца. Здесь важно подчеркнуть, что влияние коррозионной среды на усталостную ироч- [c.127]

Коррозионное растрескивание и коррозионно-усталостное разрушение металлов следует отличать от межкристаллитной коррозии металлов, протекающей без наличия механических напряжений в металле. Разрушения металлов типа коррозионного растрескивания и коррозионной усталости имеют много общего, поскольку характерным для обоих явлений является образование в металле трещин и отсутетвие на его поверхности значительных раз.ъеданий. Только изредка наблюдаются небольшие местные разъедания. Несмотря па большое количество исследований, механизм трещинообразования и развития трещин еще недостаточно ясен. Однако в большинстве исследований (Ю. Р. Эванс, Г. В. Акимов, Н. Д. Ромашов, А. В. Рябченков, Е. М. Зарецкий, В. В. Герасимов и др.) подтверждается электрохимический характер коррозии. Наряду с электрохимическим фактором на коррозионный процесс оказывают влияние и факторы механического и адсорбционного снижения прочности металла. В зависимости от преобладающего действия того или иного фактора характер коррозионного разрушения может изменяться. [c.107]

Влияние концентрации напряжений. Наиболее важным фактором, снижающим предел выносливости, является концентрация напряжений, вызванная резким изменением сечения детали. Ко1щентра-торами напряжений на практике являются шпоночные канавки, отверстия в детали, нарезки на поверхности, малые радиусы закруглений в местах резкого изменения размеров сечения и т. п. Концентрация напряжений, как правило, содействует зарождению усталостной трещины, которая, развиваясь, приводит в конце концов к разрушению детали. [c.601]

Учебное пособие написано в рамках чтения лекций в МГТУ им. Н.Э. Баумана по курсу Конструкционная прочность машиностроительных материалов на факультете Машиностроительные технологии (кафедра Материаловедение ) и предназначено для студентов, обучающихся на материаловедов и машиностроителей. Среди механических свойств конструкционных металлических материалов усталостные характеристики занимают очень важное место. Известно, что долговечность и надежность машин во многом определяется их сопротивлением усталости, так как в подавляющем большинстве случаев для деталей машин основным видом нагружения являются динамические, повторные и знакопеременные на1 рузки, а основной вид разрушения - усталостный. В последние годы на стыке материаловедения, физики и механики разрушения сделаны большие успехи в области изучения физической природы и микромеханизмов зарождения усталостных трещин, а также закономерностей их распространения. Сложность оценки циклической прочности конструкционных материалов связана с тем, что на усталостное разрушение оказывают влияние различные факторы (структура, состояние поверхностного слоя, температура и среда испытания, частота нагружения, концентрация напряжений, асимметрия цикла, масштабный фактор и ряд других). Все это сильно затрудняет создание общей теории усталостного разрушения металлических материалов. Однако в общем случае процесс устаттости связан с постепенным накоплением и взаимодействием дефектов кри-сталтгической решетки (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций и дискли-наций, двойников, 1 раниц блоков и зерен и т.п.) и, как следствие этого, с развитием усталостных повреждений в виде образования и распространения микро - и макроскопических трещин. Поэтому явлению усталостного разрушения присуща периодичность и стадийность процесса, характеризующаяся вполне определенными структурными и фазовыми изменениями. Такой анализ накопления струк-туршз1х повреждений позволяет отвлечься от перечисленных выше факторов. В учебном пособии кратко на современном уровне рассмотрены основные аспекты и характеристики усталостного разрушения металлических материалов. [c.4]

В книге излагаются основные заиономерности механики замедленного циклического и быстропротекающего хрупкого разрушения материалов в зависимости от условий нагружения, вида напряженного состояния, механических свойств и структуры материала, рассматриваются соответствующие модели процессов деформирования я возникновения разрушения в вероятностной трактовке, а также кинетика развития трещин. Влияние нестационарной атружеяности на разрушение анализируется иа основе гипотез о накоплении повреждения. Предложен расчет а прочность по критерию сопротивления усталостному и хрупкому разрушению в связи с условиями подобия и учетом температурно-временных факторов, дается оценка вероятности. разрушекия. [c.2]

Максимальный участок излома, соответствующий начальному росту трещины с формированием псевдобороздчатого рельефа, П-участок длиной около 25 мм, отвечал повреждению материала на относительном радиусе лопасти R = 0,085, т. е. около основания лопасти. Во всех остальных сечениях развития трещин размер этого участка был меньше, но связи его размера с относительным радиусом лопасти не установлено. Это объясняется тем, что с расположением сечения развития усталостной трещины на возрастающем расстоянии от основания лопасти происходит возрастание переменных нагрузок при некотором снижении статической нагрузки от растяжения лонжерона при его вращении. Происходит одновременное возрастание амплитуды переменных нагрузок, но при этом происходит снижение асимметрии цикла. Оба указанных фактора влияют на размер П-участка противоположным образом возрастание амплитуды приводит к снижению его размера, а снижение растягивающей нагрузки — к возрастанию его размера. Результатом такого влияния и является неоднозначная связь размера П-участка с расположением вдоль лопасти сечения лонжерона, в котором происходило распространение усталостной трещины. [c.640]

На различные стадии усталостного разрушения сила влияния частотного фактора различна. При снижении частоты с 2400 до 40 цикл/ /мин общая долговечность образца уменьшается на 30%, стадия подготовки усталостной трещины —на 25%, а стадия развития трещины—на 47% [108]. Следовательно, частота нагружения влияет на выносливость в основном за счет изменения продолжительности развития в нем уиглостных трещин. [c.114]

Характер влияния различных факторов на зарождение трещин и их распространение в ряде случаев принципиально различается между собой [108]. Например, при усталостном разрушении во многих материалах сопротивление возникновению разрушения выше при мелком зерне, а сопротивление развитию разрушения повышается с укрупнением зерна. Такое явление наблюдалось, в частности, в литейных никельхромовых жаропрочных сплавах, в ряде алюминиевых сплавов и т. д. Существует мнение, что зарождение усталостной трещины в малой степени зависит от частоты приложения нагрузки, в то время как процесс распространения трещин зависит от частоты в гораздо большей степени [28]. При длительном высокотемпературном статическом нагружении существенно различие по характеристикам сопротивления возникновению и развитию разрушения между однотипными деформируемыми и литейными сплавами по первой характеристике литейные сплавы, как правило, значительно превосходят деформируемые, по второй — могут уступать. [c.8]

Причина повышенной чувствительности к трещине материала плавки А по сравнению с плавкой Б заключалась в наличии в нем крупных скоплений грубых включений, что подтвердилось микрофрактографическим исследованием на поверхности изломов образцов, вырезанных из разрушившейся детали и других деталей той же плавки, наблюдались колонии грубых включений, между которыми располагаются микроучастки малопластичного разрушения, в то время как на изломах образцов из деталей плавки Б такие скопления не наблюдались, микростроение излома пластичное, ямочное (рис. 88). Локальный рентгеноспектральный анализ показал существенную неоднородность распределения никеля, железа и кремния. При среднем содержании кремния 0,24% в отдельных зонах материала аварийной детали его содержание достигает 0,76%, в материале плавки Б максимальное значение содержания кремния составляло 0,37% Отрицательное влияние таких факторов, как наличие металлургических дефектов или концентраторов напряжений в виде забоин или рисок, особенно заметно проявляется при действии высоких рабочих напряжений. Так, в очаге усталостной трещины в детали из сплава Д1 был обнаружен дефект в виде шлакового включения (рис. 89, а). Микрофрактографический анализ показал большое количество интерметаллидов на поверхности излома в области очага разрушения (рис. 89,6). Развитие излома характеризовалось последовательным возникновением дополнительных очагов, также связанных со скоплениями включений. 116 [c.116]

Одновременное влияние ряда факторов было отмечено при исследовании причин и характера разрушения обшивки самолета, изготовленной из естественно состаренного сплава Д16. Трещины располагались на обшивке иод стекателем вблизи от выхлопной струи. Анализом излома был установлен усталостный характер разрушения (рис. 129). Выявлено несколько очагов, расположенных как с внутренней, так и с внешней стороны обшивки. Помимо основных трещин обнаружено большое количество веерообразно расходящихся мелких трещин, распространяющихся в анодном и плакированном покрытиях листа. Эти трещины полностью аналогичны трещинам, специально полученным на поверхности образца при деформации его на приборе Эриксена на глубину 4 мм. Коррозионные испытания показали, [c.157]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...