Усталостные Модель процесса накопления

Модель процесса накопления усталостных повреждений. Рассмотрим стержневую систему, изображенную на рис. 5 и находящуюся под действием повторных нагрузок. Механические свойства ее элементов (модули упругости и упрочнения, предел текучести, сопротивление отрыву и т. д.) предполагаются случайными величинами, что позволяет моделировать случайную структуру поликристаллического материала. При первом нагружении пластические деформации возникают в наиболее слабых и наиболее нагруженных элементах, а после снятия нагрузки возникает система остаточных напряжений. Повторные нагружения изменяют эту картину в отдельных элементах происходит процесс упрочнения, пока местное напряжение не достигнет величины сопротивления отрыву для данного элемента. Разрыв единичных элементов соответствует появлению субмикроскопических трещин при усталостном разрушении. Процесс выхода из строя одного элемента за другим моделирует процесс развития прогрессирующей усталостной трещины. Наибольшее значение периодической нагрузки (при заданном режиме ее изменения), при котором еще имеет место упруго-пластическая приспособляемость системы, соответствует пределу выносливости для поликристаллического тела. Таким образом, модель передает наиболее существенные черты усталостного разрушения [6]. [c.155]

Обычно модели изнашивания, модели накопления усталостных повреждений и другие рассматривают раздельно, хотя они имеют много общего и для их описания используют одни и те же или очень близкие математические соотношения. Много общего есть также в технике применения полуэмпирических моделей для расчета и прогнозирования ресурса. Одна из первых попыток общего подхода к описанию процессов накопления повреждений была сделана автором (в 1959 г.). Библиографические ссылки приведены в книге [17 ]. [c.61]

Рис. 5. Механическая модель для описания процесса накопления усталостных повреждений

В работах [232, 234, 356] показано, что для некоторых материалов характеристики вязкости разрушения при циклическом нагружении могут существенно отличаться от характеристик статической трещиностойкости. Циклическое деформирование металла у вершины трещины приводит к нестабильному (скачкообразному) ее развитию при КИН, меньших статической вязкости разрушения Ки. В настоящее время феноменология такого явления достаточно хорошо разработана и описана в работах [29, 197, 232, 234, 267, 356]. Тем не менее физическая природа скачков усталостной трещины изучена недостаточно. Попытаемся дать физическую интерпретацию этого явления. Выше (см. подраздел 2.3.2) была представлена модель, описывающая зарождение усталостного разрушения в масштабе зерна. Разрушение представлялось как многостадийный процесс, включающий зарождение микротрещин по границам и в теле фрагментированной субструктуры, возникающей при циклическом деформировании, стабильный рост микротрещин за счет стока дислокаций в их вершины, образование разрушения в пределах зерна при нестабильном росте микротрещин. Ограничение мае-штаба разрушения при нестабильном росте микротрещин размером зерна возникает в случае их торможения границами зерен или стенками фрагментированной структуры, т. е. при = Oi < 5с(ху), где X/ — накопленная деформация к моменту страгивания микротрещин. Если сгтах 5с(ху), то разрушение может распространяться в масштабе, большем чем размер зерна. [c.222]

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]

Рассмотрение процесса усталости как стохастического позволило X. Б. Кор-донскому [33] охарактеризовать накопление повреждения, как нелинейное, и показать связь этой нелинейности с нормально — логарифмическим распределением разрушающего числа циклов. В работах [20, 21, 44] предложена стохастическая модель усталостного процесса на основе марковских процессов и выполнен расчет функции [c.255]

Упоминавшаяся выше (п. 2.1) гипотеза отслаивания в трактовке, предложенной ее авторами, была комплексной. Посколь ку она предусматривала постепенное накопление повреждений в подповерхностном слое в процессе трения, это сближало ее с усталостной теорией в отношении механизма разрушения. Поскольку же причиной отделения частицы изнашивания считалось адгезионное сцепление с контртелом на поверхности, данная модель являлась адгезионной. Гипотеза отслаивания позволила качественно описать некоторые экспериментально наблюдаемые явления при изнашивании, но поставила ряд новых вопросов, ответы на которые в ее рамках дать оказалось практически невозможно. [c.37]

Наличие точки перелома характеризует существование двух механизмов усталостного разрушения. При высоких уровнях напряжений усталостные разрушения связаны с накоплением пластических деформаций по плоскостям сдвигов, при малом уровне напряжений происходят диффузионные процессы дислокационной природы. Два частных случая модели показаны на рис. 6.3. В первом случае (рис. 6.3, а) материал имеет предел выносливости не- [c.188]

Некоторые другие предположения о характере накопления повреждений. В работах [5, 17] рассмотрены модели, позволяющие описать наблюдаемое на опытах отступление от гипотезы суммирования повреждений. Некоторые формулы приведены в табл. 2. Удобный путь для уточнения и обобщения теории суммирования повреждений открывает введение двух или нескольких мер повреждения [5]. Так, разделяя усталостное разрушение на две стадии, одна из которых является инкубационной, а другая соответствует развитию макроскопической трещины, и вводя две соответствующих меры повреждения В и Во, придем к модели, приведенной в последней графе табл. 2. В таблице даны также соотношения для случая двухступенчатого режима нагружения, часто применяемого для исследования процесса усталостного повреждения. Формулы для расчета долговечности при случайном режиме изменения напряжений приведены в гл. 8. [c.162]

Природой, так как расчетная модель формируется с учетом конкретного предельного состояния. Укрупненно можно выделить два разных по физической природе типа отказов внезапный и постепенный (рис. 15.1). Внезапный отказ, являющийся случайным событием, возникает неожиданно. Условием его возникновения является случайное совпадение значительного усилия и малой прочности одного или нескольких изделий из рассматриваемой совокупности. Постепенный отказ обусловлен накоплением усталостных повреждений и является результатом процессов, медленно изменяющих прочность изделия. Закономерности отказов, вызванных постепенными изменениями механических свойств, также исследуют методами теории надежности. [c.366]

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]

Процесс накопления повреждений, зарождающихся в дискретных полосах скольжения, делят на несколько стадий [25, 931 При феноменологическом же описании многоцикловых усталостных разрушений с целью построения расчетной модели обычно ограничиваются рассмотрением двух основных укрупненных стадий стадии рассеянных (диссеминированных) повреждений (микротрещин, вакансий и т. п.) и стадии развития магистральной трещины, хотя фактически граница этих стадий размыта, и ее приходится фиксировать в определенной мере искусственно. Отношение длительностей обеих стадий может быть весьма различным в зависимости от характера циклического напряженного состояния и типа нагружения (мягкое или жесткое) рассматриваемого конструкционного элемента. При однородном напряженном состоянии и мягком нагружении преобладает стадия рассеянных повреждений, и конец этой стадии можно с определенным приближением рассматривать как наступление полного разрушения, считая, что магистральная трещина развивается в указанных условиях практически мгновенно. [c.19]

Один из наиболее трудных и наименее разработанных вопросов механики материалов — прогнозирование типа разрушения (внутризеренного или межзеренного) и условий перехода от внутризеренного, менее опасного разрушения, к межзерен-ному, приводящему к снижению критической деформации и долговечности материала. В настоящей главе предложен подход к анализу типа разрушения в зависимости от условий испытаний. Суть подхода заключается в параллельном анализе накоплений повреждений в теле зерна и по его границам тип разрушения будет определяться тем процессом, который дает меньшие значения параметров предельных состояний материала Nf и е/). Такой анализ может проводиться на основании физико-механических моделей кавитационного внутризеренного или усталостного разрушения, рассмотренных в гл. 2, и модели кавитационного межзеренного разрушения, представленной в данной главе. [c.187]

Автор [53] полагает, что имеющиеся количественные интерпретации усталостного износа [6], в которых усталостная долговечность неровностей связана с числом циклов до разрушения, следует расширить дальше, так как в процессе скольн ения накопление повреждений происходит не только в поверхностном слое, но и в лежащих ниже объемах материала. В связи с этим рассматривается вероятностная связь между повреждениями в поверхностном слое и обусловленными ими повреждениями в нижележащих слоях. Для этого предлагается идеализированная модель истираемой поверхности в виде столбика, состоящего из отдельных блоков [53]. Затем полагается, что количество повреждений, возникающих на [c.97]

Характеризуя процесс повреждения металла рядом разрывов атомных связей, происходящих во время распространения усталостной трещины, можно вывести аналитическую связь между степенью мгновенного повреждения и скоростью распространения усталостной трещины. Степень повреждений также может быть охарактеризована параметрами нагружения. Исследование повреждения с точки зрения скорости распространения усталостной трещины и нагружае-мостп привело к новой закономерности в аналитическом описании усталостной кинетической диаграммы. Предложенная модель дает возможность вывода закона накопления повреждений в интервале распространения усталостной трещины [c.432]

Исчерпание ресурса машин и конструкций связано с постепенным накоплением повреждений пластических деформаций, усталостных повреждений, износа и т.п. Математическим описанием этого факта служат кумулятивные модели отказов, описывают квазимонотонное ухудшение параметров качества объекта, происходящее в процессе его эксплуатации и взаимодействия с окружающей средой [7]. [c.49]

В части Б приводятся данные, необходимые для определения базовых функций моделей конкретных материалов. С помощью табл. А5.1 можно найти по заданной численно диаграмме деформирования для выбранного (в зависимости от требований к точности расчетов) числа ПЭ параметры z , функции неоднородности. В части Б для каждого из исследованных материалов даны параметры, определяющие реологическую функцию. Идентификация модели материала позволяет построить кривые деформирования и ползучести для практически любой заданной программы нагружения, а также вьшолнить некоторые другие расчеты, необходимые для описания процессов деформирования и накопления усталостного повреждения в материале. [c.212]

Структурные модели важны также для обоснованного подхода к объединенному описанию процессов повреждения и разрушения. В суш,ности все эти процессы связаны с явлениями, происходяш,ими в одних и тех же элементах структуры. Например, накопление усталостных повреждений происходит в отдельных зернах и на отдельных участках межзеренных границ. Зарождение макроскопической усталостной треш,ины есть результат слияния повреждений в местах случайного скопления наиболее дефектных или наиболее напряженных элементов структуры. Рост макроскопической усталостной трещины есть процесс продвижения фронта разрушения через совокупность зерен и межзеренных границ, попадаюш,их на фронт треш,ины. Все эти явления можно описать с помош,ью одной структурной модели. Есть еш,е одно преимуш,ество объединенных структурных моделей они указывают способы перенесения опытных данных, полученных для одного из классов нагружения и поведения материала, на другие классы, а также позволяют объединять опытные данные, отно-сяш,иеся к различным классам. В целом разработка структурных моделей повреждения и разрушения — одно из наиболее актуальных направлений механики материалов. Этим моделям, несомненно, принадлежит будущее. [c.121]

Сервогидравлические стенды могут управляться также с помощью электронных цифровых вычислительных машин. В функцию вычислительной машины в этом случае входит формирование режима с заданными параметрами, для чего используются аналого-цифровые или цифро-аналоговые преобразователи при соответствующей программе вычислений, производимых машиной. Одновременно вычислительная машина используется для анализа исходного процесса. Данные анализа или запоминаются машиной, или используются в качестве входных величин для формирования процесса нагружения при испытаниях. Вследствие этого при создании модели усталостного повреждения значительно сокращаются сроки испытаний по сравнению с воспроизведением реального процесса полностью. Управление испытаниями с помощью электронных вычислительных цифровых машин находятся в стадии исследований, так как природа накопления усталостного повреждения при случайных процессах пока еще недостаточно изучена. Вместе с тем этот способ управления следует рассматривать как наиболее перспективный, обеспечивающий высокую точность эксперимента и максимальное быстродействие. [c.149]

Процесс усталостного повреждения разделяется на две стадии стадию накопления микроповреждений, рассеянных по объему тела, завершающуюся образованием первой макротрепщны, и стадию разделения тела магистральной трещиной. Оценка закономерностей производилась по параметрам равной вероятности равного повреждения (Р. Д. Вагапов, О. И. Шишорина и Л. А. Хрипина, 1958—1964). В этих работах устанавливается аналогия между статистической моделью разрушения идеально хрупкого тела по наиболее слабому звену (С. И. Журков и А. П. Александров, 1933) и предложенной моделью повреждения тела первой макротрещиной усталости. Показана возможность такой вероятностной оценки прочности и долговечности крупногабаритных деталей по результатам статистических испытаний модельных образов вплоть до определения нижней границы рассеивания по повреждению первой макротрещиной. [c.408]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...