Долговечность Расчет при напряжениях циклических

В методиках расчета, разработанных Институтом машиноведения АН СССР, сделан ряд допущений и упрощений, позволяющих выполнить расчет прочности и долговечности в рамках инженерных возможностей — с использованием аналитических зависимостей для кривых малоциклового разрушения, базовых статических и циклических свойств материала и схематизированных режимов эксплуатационного нагружения. Расчет местных напряжений и упруго-пластических деформаций проводится на базе коэффициентов концентрации напряжений и деформаций в упругой области. Эти коэффициенты устанавливаются по теоретическим коэффициентам для заданных уровней номинальных нагружений с учетом сопротивления материалов неупругим деформациям при статическом и циклическом нагружении. Нестационарность режимов нагружения в инженерных расчетах учитывается по правилу линейного суммирования повреждений. Расчеты выполняются для стадии образования трещины в наиболее нагруженных зонах рассматриваемых элементов конструкций. [c.371]

Величина d по опытным данным изменяется от 0,10 до 2,0. Меньшие из указанных величин получаются при значениях dy и dg более 0,05, а величины d более единицы — при dy 0,02 (когда проявляется упрочнение в первых циклах нагружения). Сложность расчета долговечности по уравнению (3) состоит в необходимости располагать предельными значениями d в зависимости от dy и ds, а также величинами циклических напряжений, используемых при расчете d . Возможность получения величин d, приближающихся к единице, связывается с -учетом кинетики накопления пластических деформаций и изменения предельной пластичности при увеличении времени одного цикла [7, 30, 31], т. е. с переходом к вычислению величин dy и dg не через относительные долговечности, а через относительные циклически и односторонне накопленные (вследствие циклической анизотропии и ползучести) деформации [c.101]

Широко распространены методы расчета долговечности деталей при совместном действии статической и циклической термической (малоцикловой) нагрузки, базирующиеся на использовании диаграмм предельных циклов в системе координат среднее напряжение цикла — амплитуда цикла для заданного срока службы. [c.165]

Иногда целесообразно уменьшение запаса прочности л. Так, для л=2 условие Яо=0,9л будет реализовано при т—5,2, а условие Ло=0,8л достигается при т=2,7>. Можно также, не задаваясь величиной т, определять допускаемую длину трещины, исходя из докритического роста трещины /с"/о (при этом коэффициент т определяется величиной 1с 1о)- Запас на до критический рост необходим при длительном статическом нагружении, в агрессивных средах, при эффектах ползучести и замедленного разрушения, коррозии под напряжением, циклическом нагружении. В этих случаях расчет на однократное нагружение должен дополняться расчетом на долговечность. [c.168]

Изменение размахов напряжений и деформаций от цикла к циклу заканчивается через сравнительно небольшое число циклов по отношению к разрушающему числу циклов, и основное уменьшение долговечности происходит при стабилизированном состоянии (постоянных размахах напряжений). Таким образом, если в распоряжении имеются результаты шагового расчета, то для оценки долговечности, особенно в области больших чисел циклов, можно использовать размахи напряжений или деформаций стабилизированного состояния. Начальные неустановившиеся характеристики цикла в большинстве случаев не влияют на долговечность. Исключением могут быть особые случаи, когда нагрузки или температура значительны и долговечность исчерпывается за малое число циклов и для циклически разупрочняющихся материалов. [c.136]

Расчет на рабочую циклическую нагрузку, возникающую при штамповке, необходим для обеспечения долговечности конструкции молота. Низшую частоту (в Гц) свободных продольных колебаний (изменения напряжений) можно приблизительно определить для стержня длиной / [c.398]

Для деталей машин и элементов конструкций, подвергающихся в эксплуатации действию циклических напряжений, расчетные методы оценки характеристик усталости — пределов выносливости, долговечностей при напряжениях выше предела выносливости и их рассеяния за последние годы получили значительное развитие. В частности, для расчета пределов выносливости деталей машин все шире стали применять статистическую теорию и основанные на ней уравнения подобия усталостного разрушения, предложенные В.П. Когаевым и С.В. Серенсеном. Проверка этой теории по многочисленным экспериментальным данным подтвердила ее достаточную точность. Методы расчета, вытекающие из теории, вошли в справочную и нормативную литературу, в частности ГОСТ 25.504-82 и стандарт TGL-19340. [c.3]

Изучение циклической прочности при нестационарных режимах имеет большое принципиальное и прикладное значение, так как позволяет глубже узнать природу усталости, рациональнее использовать материал и точнее определять долговечность конструкций в эксплуатационных условиях. Однако расчет усложняется. Необходим огромный экспериментальный материал для того, чтобы выяснить закономерности изменения пределов выносливости при различных спектрах нагружения. Должны быть учтены факторы концентрации напряжений, состояния поверхности и т. д., влияние которых на вид кривых усталости при нестационарных режимах может быть иным, чем при стационарном нагружении, и очень значительным (см. рис. 187). ,. - [c.309]

При расчетах деталей, не предназначенных для длительной эксплуатации, вместо предела выносливости учитывается предел ограниченной выносливости Огт — максимальное по абсолютному значению напряжение цикла, соответствующее задаваемой циклической долговечности (см. рис. 25.3). [c.280]

Наиболее полно теоретические и прикладные проблемы, касающиеся усталости материалов рассмотрены в работах В. С. Ивановой, С. В. Серенсена, И. В. Кудрявцева, В. Т. Трощенко, Л. М. Школьника и др. Выполненные разработки привели к значительным достижениям в области прогнозирования надежности и долговечности изделий, эксплуатируемых при циклическом нагружении. Однако многие вопросы остаются нерешенными. Во-первых, не выявлена до конца физическая природа усталости материалов, во-вторых, не известно точное распределение нагрузки в узлах конструкций, в-третьих, отсутствуют достаточно точные способы расчета действительных коэффициентов концентрации напряжений, в-четвертых, не ясно влияние масштабного и других факторов, снижающих циклическую прочность материала [45]. [c.29]

Исследование по влиянию циклического изменения напряжения и температуры шести теплоустойчивых и жаропрочных сталей в интервале температур 550—700 °С показало, что среднее значение суммарного параметра относительной долговечности у4с = 0,63 при переменном напряжении и у4с=0,87 при переменной температуре. Для расчетов среднее значение Лс рекомендуется принимать равным 0,7. [c.196]

Оценка малоцикловой прочности проводится путем сопоставления величин циклических упругопластических деформаций в максимально нагруженной зоне конструкции с разрушающими для конструкционного материала деформациями, полученными в условиях жесткого нагружения при испытании гш растяжение — сжатие гладких образцов. Выполненная оценка малоцикловой прочности исследованных труб показывает, что долговечность труб соответствует или несколько превышает долговечность конструкционного материала (ом. рис. 3.3.11, точки 4). При этом расчет ведется в максимальных тангенциальных деформациях или интенсивностях деформаций, отличающихся от первых на 10—15% для рассматриваемых типов напряженного состояния. [c.176]

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]

Трудности суммирования повреждений материала при программно изменяющейся статической, циклической и тепловой нагрузках, возникающие при расчете долговечности цилиндрических образцов, испытываемых в условиях однородного напряженного состояния, усугубляются при оценке совокупности механических, тепловых и химических воздействий на лопатки, работающие по различным программам их нагружения, в значительной степени зависящим от условий эксплуатации двигателя. При работе двигателя на неустановившихся режимах лопатки находятся в экстремальных усло- [c.204]

Исследование кинетики НДС, накопления повреждений и долговечности конструктивных элементов показало эффективность использования метода расчета, основанного на рассмотрении кинетики возникновения и суммирования повреждений в зонах концентрации напряжений и мембранных зонах при длительном малоцикловом нагружении и нагружении в условиях циклической ползучести. [c.132]

Рассмотрим методы анализа полей циклических упругопластических деформаций и напряжений и расчета долговечности элементов конструкций при длительном изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении, когда основным фактором, влияющим на НДС и усталостное повреждение деталей является механическая нагрузка. [c.133]

В настояш ее время, в связи с коренной перестройкой топливно-энергетической базы нашей страны в направлении резкого повышения роли ядерного горючего вместо природного газа, и, особенно, жидкого органического топлива, существенно возросла потребность в атомных энергетических установках. Организация их производства может быть основана на выпуске конструкций в многослойном исполнении, что в значительной степени будет способствовать решению всей проблемы. При этом, однако, следует иметь в виду, что атомные установки работают в более сложных и тяжелых условиях, чем сосуды химической промышленности и степень их ответственности значительно выше. Отсюда возникает необходимость в проведении комплекса работ, направленных на обеспечение надежности, долговечности п экономичности изготовления корпусов атомных реакторов, пароперегревателей, емкостей безопасности, защитных корпусов и др. Особое внимание должно быть обращено на вопросы, связанные с установлением напряженно-деформированного состояния многослойных стенок и сварных узлов конструкций, сопротивляемостью их хрупким и квазихрупким разрушениям, расчетами температурных полей в многослойных элементах, оценкой циклической прочности, изучением динамической и термоциклической стойкости конструкций, методам контроля, разработкой нормативных материалов по расчету на прочность. [c.23]

Для расчетов текущих величин поврежденности и долговечности при нестационарных режимах циклического нагружения проще всего использовать результаты прямых опытов на длительное разрушение при циклических напряжениях, изменяющихся с определенным коэффициентом асимметрии цикла и определенной частотой. Для R = 0,5 некоторые экспериментальные данные представлены в табл. 4.5. Расчет меры повреждений [c.137]

В расчетах циклической и длительной циклической прочности энергетического оборудования запасы по амплитудам условных упругих напряжений принимают равными 2, а по долговечности — равными 10. Если элементы реакторов нагружены преимущественно тепловыми усилиями (тепловые экраны, антикоррозионные рубашки), запасы и могут быть снижены до 1,5 и 3 соответственно. Это же относится к элементам резьбовых соединений. При расчетах щелевых сварных соединений с неполным проплавлением запасы можно принять равными Пд = 1,25, = 2,1. Указанное выше понижение запасов допу- [c.39]

В результате расчета прочности при циклическом нагружении определяются коэффициенты запаса прочности по деформациям (напряжениям) и по долговечности по указанным в п. 1.3 критериям. Полученные в расчете коэффициенты запаса прочности по напряжениям и долговечности должны быть не ниже требуемых. [c.217]

Из схемы рис. 1.1 следует, что надлежащая оценка прочности и долговечности при малоцикловом и длительном циклическом нагружении может быть реализована при соответствующем сочетании расчетов и экспериментов. Решение краевых задач (для зон действия краевых сил, концентрации напряжений механического и температурного происхождения) при малоцикловом нагружении осуществляется с использованием основных положений деформационной теории и теории течения (изотермического и неизотермического). Наибольшее развитие и применение в силу простоты получаемых решений получили различные виды модифицированных деформационных теорий, позволяющих связать напряжения Оц, деформации ви и проанализировать монотонный рост неупругих деформаций при постоянном характере изменения нагрузок в процессе нагружения. При этом смена направления нагружения (при циклических режимах знакопостоянного или знакопеременного нагружения) предполагает использование деформационной теории для соответствующего к полуцикла нагружения при смещении начала отсчета в точку изменения направления нагружения. Сложные режимы термомеханического нагружения с частичными и несинхронными изменениями во времени т нагрузок и температур I анализируются на основе различных модификаций теорий течения, устанавливающих связь между приращениями [c.9]

При неизотермическом малоцикловом нагружении в условиях концентрации напряжений задача об оценке долговечности должна решаться численными методами в приращениях напряжений п деформаций с использованием уравнений состояния (5.1)—(5.4). Этот расчет может проводиться на ЭВМ с применением метода конечных элементов. При температурах, когда отсутствуют деформации ползучести и эффекты неизотермичности проявляются в изменении, статических и циклических свойств, достаточная для практических целей точность достигается [21, если расчеты выполнить для максимальных температур цикла и соответствующих им эксплуатационных нагрузок и для максимальных нагрузок при соответствующих им температурах. В качестве расчетных можно принять минимальные значения долговечностей, получаемые по указанным двум способам. [c.241]

При расчете циклической долговечности согласно [154] учитывают коррозию материала, остаточные напряжения от сварки и принимают дополнительный запас по числу циклов для сварных швов, равный 2. Повреждаемость материала от ползучести не учитывают. [c.220]

Увеличение единичной мощности турбины приводит к тому, что номинальные напряжения (статические и циклические) в корпусах и роторах возрастают в большей степени, чем улучшаются механические свойства. Так, при увеличении мощности турбоагрегата в 6 раз (от 200 до 1200 МВт) номинальные напряжения в роторах цилиндров низкого давления увеличиваются в 1,5— 2,5 раза при повышении пределов текучести стали ротора в 1,15— 1,3 раза, номинальные напряжения в цилиндрах высокого и среднего давления повышаются на 20—25 % при практически неизменяющемся уровне длительной статической прочности. То же самое можно отметить и для роторов турбин. Это говорит о тенденции к снижению запасов статической и циклической прочностей и необходимости перехода к новым методам расчета с применением новых критериев прочности и долговечности. [c.5]

Для проведения расчетной оценки длительной циклической прочности компенсатора необходимо располагать данными о характеристиках прочности конструкционных материалов и на этой основе выполнять расчет долговечности путем сопоставления величин циклических деформаций в наиболее нагруженных зонах конструкции с разрушаюЕцими деформациями, полученными при испытании образцов. Сопоставление должно производиться в инвариантных к типу напряженного состояния деформациях, причем в исследовании [123] используются интенсивности указанных величин (формулы (4.3.4)). [c.205]

Для указанных условий деформирования и разрушения долговечность определяют на основании деформационно-кинетических критериев прочности. При расчете учитьшают кинетику циклических и односторонне накопленных деформаций в различных зонах конструктивных элементов, а также изменение механических свойств материала при высокотемпературном малоцикловом нагружении. Определим долговечность элементов конструкций с зонами концентрации напряжений и мембранными зонами при различных режимах длительного малоциклового нагружения, приводящих к усталостным и квазиста-тическим повреждениям. В качестве модельного элемента выберем оболочечную конструкцию с фланцами, работающую при повторном нагружении внутренним давлением при высоких температурах. Предположим, что конструктивный элемент изготовлен из аустенитной стали ее характеристики при статическом и длительном нагружении [c.122]

Уточненные оценки прочности на стадии проектирования проводятся с использованием поцикловой кинетики местных упругопластических деформаций, условий суммирования квазистатиче-ских и циклических повреждений при этом может быть учтена неизотермичность нагружения как в расчете напряжений и деформаций, так и в расчете долговечности [1—7]. Проведение таких кинетических расчетов при температурах, не вызывающих ползучесть, реализуется сравнительно несложно, если в эксплуатации имеют место стационарные режимы изотермического нагружения. Для материалов, склонных к циклической стабилизации, этот расчет еще больше упрощается и может быть основан на деформационных критериях разрушения и анализе напряженно-деформированного состояния в исходном (нулевом) и первом полу-циклах нагружения. [c.214]

Коисганта в предыдущем равенсгве цвидетеяьствует о том, что расчет на усталость при переменных нагрузках и соответствующих им напряжениях можно заменить расчетом при какой-либо постоянной нагрузке с соответствующими ей напряжением и циклической долговечностью. На этом основании и записан последний член равенства. [c.179]

В то же время амали.э разрушений деталей машин, эксплуатирующихся при циклических нагрузках, показывает, что в большинстве случаев инициатором таких разрушений являются технологические (непровары, неметаллические включения, волосовины, закалочные трещины, плохое качество обработки поверхности и т. п.) или эксплуатационные (забоины, язвы коррозии, следы фреттинг-коррозии, трещины а зонах концентрации напряжений при малоцикловом нагружении и т. п.) дефекты, которые или сами по себе являются трещинами, или приводят к зарождению трещин после некоторого времени эксплуатации. В этом случае преобладающая часть долговечности реализуется при наличии трещин. Все это требует наряду с традиционными методами расчетов на прочность обоснования живучести деталей машин с использо-еанием критериев механики разрушения. [c.4]

При напряжениях, соответствующих долговечностям 10 —10 циклов, для ряда углеродистых, аустенитных и малолегированных сталей в условиях циклического изгиба отмечается существенная разница (до 40%) между действительными и номинальными напряжениями, вызванная неупругими деформациями, что необходимо учитывать при расчетах на прочность и построении моделей усталостного повреждения. О влиянии неупругих деформаций на несущую способность образцов при кручении можно судить по данным, приведенным на рис. 184 [162]. [c.262]

Расчет на сопротивление усталости (циклическую прочность) есть расчет на прочность при напряжениях, переменных во времени, и на усталостную долговечность (в дальнейшем слово усталостную спускается) производится по нагрузкаил первого случая. Предельным расчетным напряжением является предел выносливости. [c.86]

Расчет на усталость при циклических контактных напряжениях, так же как и при циклических нормальных или касательных напряжениях, базируется на кривых усталости. На рис. 8.39 кривая усталости построена в логарифмических координатах — макси- 4 мальное напряжение цикла, — предел выносливости при отнуле-вом цикле, Ояол — предел ограничен- ной выносливости, Nh — цикличе-ская долговечность (до разруше-кия), N,-,0 — абсцисса точки перелома кривой усталости, Пн—текущее число циклов [c.145]

Следует отметить, что в общем случае многоосного и сложного нагружений концепция обобщенной кривой циклического деформирования не применима [72, 73, 155]. Наиболее распространенным описанием деформирования при циклическом нагружении и объемном напряженном состоянии является схема трансляционного упрочнения, модификация которой использована при формулировке модели кавитационного разрушения в разделе 3.3. В случае одноосного циклического нагружения схема трансляционного упрочнения сводится к допущению, что 5ф(ёР)/ЭёР = = onst. С целью анализа применимости данной схемы параллельно с представленными выше расчетами были проведены вычисления долговечности при =(ф(ДеР) — [c.185]

Система экспериментов на лабораторных образцах в середине 60-х годов была дополнена важными опытами при малоцикловом нагружении на моделях сосудов давления (с толщинами стенок до 70—120 мм), трубопроводах (с толщинами стенок до 20 -ь 30 мм), сварных пластинах с отверстиями и патрубками, болтах и шпильках (диаметром до 75-150 мм). Анализ полученных данных (в том числе с учетом рассеяния результатов испытаний) позволил обосновать запасы по местным упругопластическим деформациям и долговечности. Нормированные расчеты прочности атомных ВВЭР с учетом их циклического нагружения в эксплуатации осуществляются [5, 6] с введением запасов по местным условным упругим напряжениям и n v - по числу циклов до образования трещин (по долговечности). В зависимости от рассчитьтаемого элемента, объема исходной информации эти запасы находятся в пределах 1,25 -г 2 и 3 20 соответственно. В дальнейшем по мере накопления данных о прочности при изотермическом и неизотермическом нагружении с программируемыми циклами нагрузок, деформаций и температур для расчетов было предложено использовать условия линейного суммирования циклических повреждений (для различных режимов эксплуатационного повреждения). [c.41]

Проблема длительной прочности элементов машин, приборов и аппаратов является традиционной, но за последние годы она расширилась и приобрела особое значение в связи с новыми задачами, которые ставят такие быстро развивающиеся отрасли техники, как энергетическое и химическое машиностроение, авиакосмическая техника и др. Долговечность конструкций приходится оценивать во многих случаях в условиях нестационарных силовых и температурных режимов нагружения, при этом могут протекать различные процессы длительного разрушения. К таким обычно относят статическую усталость, возникающую в результате выдержки конструкционных элементов во времени под действием усилий, мало- и многоцикловую усталость, связанную с циклическими сменами усилий безотносительно ко времени выдержки, а также процессы поверхностных разрушений при действии напряжений и агрессивных сред. При этом возможены еще и другие, комбинированные процессы. Длительному разрушению подвержены не только традиционые металлические, но и различные новые неметаллические материалы — полимеры, керамики, стекла и различные композиты, причем многие неметаллические материалы обнаруживают как циклическую, так и указанную статическую усталость практически в любых температурных условиях, ввиду чего проектирование изделий из этих материалов неизбежно наталкивается на необходимость их расчетов на длительную прочность. [c.3]

В ряде случаев авиационные конструкции эксплуатируются в условиях сложного взаимодействия спектров аэродинамической температурной и силовой нагруженности. Воздействие силовых факторов и температуры на этапах полетного цикла порождает интенсивное протекание процессов перераспределения напряжений и деформаций, изменение структурных параметров и механических характеристик материала, накопление циклических и длительных повреждений. Изменение несущей способности элементов авиационных конструкций оказывается особенно выраженным для малоциклового нагружения при наличии пластических деформаций и нагрева, когда изменение механических свойств по числу циклов и по времени обусловливает заметную неста-ционарность кинетики местных напряженно-деформированных состояний. Расчет долговечности в таких условиях, как отмечается в гл. 1, 2, 4, 8 и 11, осуществляют на основе решений соответствующих краевых задач, реализуемых экспериментально, с помощью численных решений или приближенных аналитических методов. [c.114]

Методика расчета резьбовых соединений на мапоцикловую прочность при долговечностях 10° — 10 регламентируется нормами [11]. В основу принятых в нормах методов расчета положены принципы оценки прочности по предельным состояниям (см. гл. 2) разрушение, пластическая деформация по всему сечению детали, потеря устойчивости, возникновение остаточных изменений формы и размеров, приводящее к невозможности эксплуатации конструкции, появление макротрещин при циклическом нагружении. При выборе основных размеров резьбовых соединений, изготовляемых из материалов с отношением предела текучести (То,2 к пределу прочности щ, не превышающим 0,6, в качестве характеристики предельного напряжения принимается предел текучести. Запас прочности по пределу текучести = 1,5. В случае изготовления соединений из сталей с в [c.199]

Усложнение геометрии исследуемых элементов конструкций по мере снижения их материалоемкости, нелинейное поведение материалов в зонах конструктивной неоднородности, в вершинах исходных технологических дефектов (трещин, пор, включений, подрезов и т. д.), особенно при длительных статических и циклических нагрузках в условиях повышенных температур, ведут наряду с применением традиционных в практике проектирования аналитических методов к существенному развитию и совершенствованию численных методов и самих критериев прочности и разрушения, ориентированных на использование ЭВМ [1]. При этом вместе с нормативными подходами д.ля оценки ма.лоцикловой прочности и долговечности по условным упругим напряжениям (равным произведению местных упругих или упругопластических деформаций на модуль упругости при соответствующей температуре [2]) разрабатываются уточненные методы расчетов, основанные на деформационных критериях разрушения поцикловой кинетики местных упругопластических деформаций и учитывающие температурно-временные эффекты, частоту нагружения, форму циклов [3—7]. [c.253]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...