Трещина усталостная (стабильная

Усталостная трещина в образцах ири этом напряжении возникала примерно ири числе циклов, составляющем 3 % числа циклов до разрушения (8,5-10 ). Скорость роста трещины на стабильном участке ее развития (до 50 % всего срока службы) для рассматриваемых условий оказалась равной d//diV= 1,25Х Х10 мм/цикл. Эти данные позволили определить число циклов, необходимое для того, чтобы вырастить в надрезах трещины различной глубины так были выращены трещины глубиной 0,125 мм (ири jV = 1-10 циклов), 0,250 мм (при N = = 2-10 = циклов), 0,375 мм (при Л/ = 3-10 циклов) и 0,650 мм (ири iV = 5-10 циклов). [c.112]

При решении вопроса о влиянии различных факторов на диапазон изменения шага усталостных бороздок необходимо показать, от какого параметра в большей степени они зависят максимального коэффициента интенсивности напряжений или размаха коэффициента интенсивности напряжений в переменном цикле. В случае нестационарного режима нагружения за счет изменения асимметрии цикла i >0 происходит существенное изменение диапазона возможных величин AKi)i, а следовательно, и величин б . Нестационарный режим нагружения основное влияние оказывает на предельную величину шага усталостных бороздок 6 характеризующей переход в развитии трещины от стабильного к нестабильному разрушению. Граница перехода от разрушения по механизму сдвига тип II) к отрыву характеризуется аналогичной зависимостью изменения величины Л/Г], что соответствует случаю стационарного режима на-гружения (рис. 118). [c.275]

А — зона очага усталостной трещины / — зона стабильного роста усталостной трещины [c.325]

Характеристики распространения усталостной трещины на стабильной стадии [c.129]

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]

Стадия стабильного распространения усталостной трещины [c.58]

Параметры критической длины усталостной трещины и зоны долома используются в настоящее время для оценки циклической вязкости разрушения К(с. Характеристики вязкости разрушения при циклическом нагружении для циклически разупрочняющихся сталей существенно ниже, чем характеристики статической вязкости разрушения. Для циклически стабильных и циклически упрочняющихся металлических материалов существенного различия между этими характеристиками нет. Основные типы усталостных изломов в зависимости от вида нагружения представлены в табл. 1. [c.66]

Используя вышеприведенные обоснования того, что некоторые профили усталостных бороздок характерны для финальной части стабильного роста трещины, а также другие признаки процессов деформации разрушения материала с разной интенсивностью, можно провести предварительную селекцию профилей бороздок (механизмов разрушения материала) и отнести к начальной или конечной фазе развития трещины на II стадии. Это вполне обосновано в том случае, когда точного профиля бороздки нет, а есть только морщинистая поверхность [135, 142], отвечающая процессу затупления вершины трещины. Вместе с тем, хотя пластическое затупление типично для нагружения материала при положительной асимметрии цикла, оно не наблюдается в слз ае циклов с высокой отрицательной асимметрией, когда минимальное напряжение цикла отрицательно по знаку и является сжимающим [140]. Переход от пульсирующего цикла нагружения к асимметричному циклу со сжимающим напряжением не меняет треугольной формы профиля бороздки с гладкой поверхностью, но сама величина шага возрастает при указанном переходе. Причем наиболее значительное возрастание имеет именно та часть профиля бороздки, которая обращена к предыдущей бороздке, сформированной при пульсирующем цикле нагружения. Такая ситуация при формировании усталостных бороздок может быть объяснена только в том случае, если принять во внимание возможность формирования части профиля усталостных бороздок на нисходящей ветви нагрузки (в полу-цикле разгрузки материала). [c.165]

Стабильное распространение усталостной трещины происходит до тех пор, пока выполняется условие постоянства плотности энергии деформации, что в соответствии с теорией Си реализуется до тех пор, пока не реализовано предельное состояние — вязкость разрушения материала, т. е. когда выполняется условие Kj = Ki - Такая ситуация реализуется в процессе распространения усталостных трещин в условиях постоянства деформации. Однако даже в этом случае предельное состояние соответствует циклической, а не статической вязкости разрушения материала. [c.197]

Напряженное состояние материала в средней части фронта трещины всегда остается объемным, что обеспечивает сохранение подобия по напряженному состоянию материала для конкретного элемента конструкции в широком спектре варьируемых условий внешнего воздействия. Последовательность реакций материала на последовательность внешних нагрузок будем в дальнейшем характеризовать величинами (о ),, являющимися последовательностью эквивалентных напряжений каждого цикла внешнего силового нагружения в процессе роста усталостной трещины. Последовательное развитие трещины от начального размера до критической длины а , отвечающей достижению точки бифуркации в связи с началом нестабильного процесса разрушения, когда происходит разрушение твердого тела без подвода энергии извне, характеризует конечное число Пр приращений 8,. Величина Пр представляет собой число циклов нагружения элемента конструкции или образца в процессе распространения усталостной трещины. Это позволяет охарактеризовать длину стабильно развивающейся трещины как [c.202]

Охарактеризуем любое приращение усталостной трещины на величину 5, приращением или затратами энергии AWj, обозначив минимальные затраты энергии на минимальную величину приращения трещины через Д№о. Суммирование всей последовательности затрат энергии на все скачки стабильно подрастающей усталостной трещины в направлении ее развития приводит к условию [c.203]

Поддержание устойчивости прироста усталостной трещины в цикле нагружения, что отражается в сохранении постоянства величины шага усталостных бороздок, связано с высокой стабильностью системы. Даже неравномерность распределения энергии вдоль фронта распространяющейся трещины не оказывает существенного влияния на величину прироста трещины в цикле нагружения. Бо.дее того, имеет место ситуация, когда на возрастающей длине трещины происходит дискретный переход на меньший уровень шага усталостных бороздок. Фактически у кончика трещины происходит резкое снижение темпа формирования свободной поверхности в локальном объеме материала, если в соседних объемах произошло резкое проскальзывание трещины, и часть всей сообщенной материалу энергии циклического нагружения перераспределилась по зонам или участкам вдоль фронта трещины. Формирование фронта усталостной трещины имеет волнообразный характер. Это волновой процесс нарастания и убывания величин скачков трещины, когда наиболее типичной ситуацией является поддержание темпа прироста усталостной трещины в локальном объеме материала на одном уровне с нулевым ускорением. [c.211]

Несомненно, наблюдается возрастание шероховатости рельефа излома в области формирования усталостных бороздок с шагом более 1 мкм. Оно происходит именно из-за эффекта пластического затупления вершины трещины. Пластическое затупление не может быть компенсировано на нисходящей ветви нагрузки, и последовательно формирующиеся усталостные бороздки все более удаляются от (условно) первоначально расположенной горизонтальной плоскости. Затупление имеет свои офаничения по высоте профиля в связи с вязкостью разрушения материала, и поэтому долго по длине трещины этот процесс не может быть реализован. Именно этим и объясняется ограничение максимально возможной величины шага усталостных бороздок, которая может быть сформирована в материале на стадии стабильного роста трещины. После затупления трещины материал в локальной зоне упрочняется, и это позволяет осуществить ротационный эффект формирования профиля бороздки на нисходящей ветви. Критическое затупление переходит к страгиванию трещины по механизму статического проскальзывания, и формирование профиля усталостной бороздки оказывается уже невозможным. [c.219]

Нестабильное разрушение при росте трещины начинается в момент достижения предельного напряженного состояния материала, при котором уже не может быть реализовано ее стабильное подрастание в цикле нагружения. Предельный переход к нестабильному разрушению в условиях постоянной деформации и постоянного нагружения достигается при одной и той же величине предельного шага усталостной бороздки, поскольку именно ее величина характеризует свойство материала реализовывать работу пластической деформации и разрушения вплоть до достижения критического состояния, связанного с достижением неустойчивости в точке бифуркации. Это позволяет записать в случае постоянной деформации [c.222]

В случае разрушения сталей имеет место предельное достижение СРТ на мезоскопическом масштабном уровне — около 1,5 мкм или 1,5-10 м. Устойчивое поведение материала с усталостной трещиной в широком диапазоне параметров цикла нагружения наблюдается в более узком диапазоне СРТ и КИН. Поэтому в общем случае для сталей следует вводить верхнюю границу стабильного роста трещины при постоянной нагрузке с учетом (4.49) по соотношению [c.223]

Для построения диаграммы стабильного дискретного роста усталостных трещин в алюминиевых сплавах были использованы выявленные величины шага усталостных бороздок на основе Фурье-фрактографии, а также были проанализированы представленные в научной литературе результаты исследований скорости роста усталостных трещин в припороговой области. [c.225]

Самоподобие фрактальных структур применительно к усталостному разрушению на второй стадии стабильного роста трещины при формировании усталостных бороздок было выявлено с помощью автоматизированного анализа изображения периодических структур на основе быстрого Фурье-преобразования (см. параграф 4.3). Закон самоподобия был получен теоретически в виде [c.259]

Таким образом, в описании стабильного роста усталостных трещин в металлах на основе введенных ранее подходов синергетики должно учитываться свойство среды, в которой реализовано разрушение, в том числе и в связи с извилистой траекторией трещины. Для этого кинетические уравнения (5.63) и (5.64) следует скорректировать путем введения фрактальной размерности [c.271]

У поверхности сдвиговый процесс формирования скосов от пластической деформации под дет -ствием мод III+I раскрытия берегов трещины остается неизменным как на стадии стабильного роста трещины, так и на этапе ее быстрого роста в образце или элементе конструкции. Смена механизма разрушения у поверхности не происходит, а наблюдаемые изменения в кинетике усталостной трещины по поверхности образца или детали отражают смену механизмов разрушения в срединной части фронта трещины. Поэтому изучение эффектов влияния параметров цикла нафужения на развитие усталостных трещин связано с сопоставлением наблюдаемой реакции материала на внешнее воздействие на поверхности образца и сопоставлением этой реакции с процессами в срединной части материала, где по изменениям величин параметров рельефа излома можно следить за кинетикой усталостного процесса. [c.285]

Предельное состояние материала с распространяющейся в нем усталостной трещиной первоначально достигается в середине ее фронта, где стеснение пластической деформации максимально. Происходит статическое проскальзывание трещины, а затем оно реализуется уже по всему фронту, в том числе и у поверхности образца или детали. Предельное состояние отвечает началу нестабильности развития разрушения, что отражает переход через точку бифуркации, когда материал имеет высокую неустойчивость по отношению к параметрам цикла нагружения. Небольшие флуктуации в условиях нагружения порождают дискретный переход к быстрому разрушению при разном размере трещины от образца к образцу, что отражает рассеивание предельной величины КИН для этапа стабильного роста трещины. Эго также отражается в колебаниях выявляемой предельной величины шага усталостных бороздок или скорости роста трещины в момент перехода к нестабильности. [c.287]

Расчеты периода роста трещины по полиномам (6.41), (6.42) и единой кинетической кривой в пределах стадии формирования усталостных бороздок дают погрешность вычислений в пределах 15 % (рис. 6.29). Однако использование полученных поправок не ограничивается второй стадией стабильного роста трещины. Все процессы распространения усталостных трещин по стадиям взаимосвязаны. Поэтому поправки мог гг быть использованы также и для первой стадии роста длинных трещин, когда усталостные бороздки не формируются в изломе. Расчеты для ограниченной партии образцов, когда длина трещины для начального этапа роста трещины составляет не менее 2 мм, показали, что погрешность увеличивается [c.329]

Переход в область скоростей роста усталостной трещины выше 5-10 м/цикл сопровождается формированием в изломе в основном так называемых усталостных бороздок, которые при регулярном синусоидальном нагружении отвечают СРТ. Но в зависимости от кристаллографической ориентировки разрушающихся плоскостей могут появляться и другие механизмы усталости с формированием на изломе волнистого рельефа или сглаженных фасеток, напоминающих фасетки раскалывания материала [85]. Стабильный рост трещин прекращается при скоростях около 2-10 м/цикл, и дальнейшее быстрое разрушение сопровождается формированием в основном внутризеренного вязкого ямочного рельефа излома. [c.362]

Усталостные бороздки являются важным диагностическим признаком, который во многих случаях позволяет оценить длительность разрушения и СРТ. Однако в зависимости от условий нагружения и особенностей материала возможны ситуации, когда они наблюдаются не на всем этапе стабильного роста трещины или их величина не соответствует средней СРТ. Особенно ярко это проявляется в условиях сочетания различных нагрузок в цикле нагружения, что требует дополнительного изучения влияния на механизмы разрушения и СРТ условий нагружения и структуры материала. [c.363]

Вместе с тем, после того как в элементе конструкции уже выявлена усталостная трещина, возникает задача управления последующим ростом трещины таким образом, чтобы за известный интервал времени эксплуатационного нагружения реализуемое подрастание трещины происходило в пределах скоростей ее стабильного развития. Такого эффекта можно достичь, например, рядом технологических операций, которые основаны на известных эффектах взаимодействия нагрузок, рассматриваемых ниже. [c.401]

В процессе развития разрушения происходила эволюция фронта трещины, которая соответствовала изменению действия максимального эквивалентного напряжения, раскрывающего берега усталостной трещины. В результате этого к концу участка стабильного разрушения фронт трещины развернулся относительно его положения вблизи очага разрушения примерно на 140-150°. Кроме того, развитие трещины от очага сопровождалось последовательной сменой ее формы от поверхностной в уголковую, затем в сквозную, вновь в поверхностную и опять в сквозную (см. рис. 9.16). При повторном перерождении трещины в поверхностную, когда она имела длину около 10 мм, произошло ее торможение. Об этом свидетельствуют как сам факт появления в изломе бороздчатого рельефа, так и шаг бороздок, средняя величина которого практически равнялась его средней величине при длине трещины примерно 5 мм. [c.483]

В пределах зоны стабильного роста трещины наблюдалось четкое чередование участков с фасеточным и бороздчатым рельефами с закономерностью, полностью аналогичной закономерности чередования таких зон в изломах эксплуатационных дисков. Это подтвердили результаты измерений размеров зон с фасетками и усталостными бороздками (табл. 9.3), которые также показали, что в направлении развития трещины шаг усталостных бороздок устойчиво возрастал, тогда как размер зон с усталостными бороздками и фасеточным рельефом изменялся не монотонно. [c.499]

Представленный результат указывает, что период роста трещины в диске на всех этапах последовательно формируемого излома может не превышать 1000 полетов (с учетом данных табл. 10.3). Если иметь в виду, что в области малоцикловой усталости период роста трещины может составлять более 50 % от общей долговечности детали, то представленные расчеты показывают, что после наработки более 2000 полетов во многих дисках следовало ожидать наличия усталостных трещин. Причем многие из них должны были иметь размеры, превышающие размеры зоны стабильного роста трещины. Это предположение было проверено путем разовой проверки всех дисков в эксплуатации с наработкой выше 2700 полетов. Контроль был проведен вихретоковым методом в эксплуатации со снятой задней опорой. [c.552]

Таким образом, особенностью развития усталостных трещин у наружной полки и у бобышки является наличие стабильного равномерного роста трещины без резких изменений в скорости и направлении. Зарождение и развитие усталости происходило при относительно низкой амплитуде колебаний в условиях вибрационного нагружения при нормальной работе двигателя, о чем свидетельствует формирование рельефа излома только [c.579]

Существенное снижение характеристик сопротивления усталостному разрушению металлов при наличии дефектов типа грещин известно давно. Однако особенн большой интерес к влиянию трещин на прочность материалов и деталей машин проявляется в последние годы. Эго вызвано интенсивным развитием относительно нового> раздела механики твердого деформируемого тела — механики разрушения, рас сматривающей условия разрушения на основе анализа напряженно-деформированного сосгояния в вершине трещины. В этом направлении выполнен большой объем теоретических и экспериментальных исследований, позволивших установить общие закономерности начала развития трещин, их стабильного развития и окончательного разрушения при циклическом нагружении с учетом влияния технологических,, конструкционных и эксплуатационных факторов. Эти исследования позволили еде-лагь следующие основные выводы. [c.3]

На основе полученного уравнения энергии определим зависимость длины трещины от нагрузки. Будем исходить из концепции Y согласно этой концепции, величина у является постоянной материала. Кон11 епция квазихрупкого разрушения, принадлежащая Ирвину и Оровану, справедлива только для стационарного поля (5.185) в этом случае (согласно (5.186)) она вытекает из концепции у - Таким образом, концепция у представляет собой естественное обобщение концепции Ирвина и Орована на нестационарный случай. Она дает весьма удовлетворительное количественное описание различных опытных фактов, имеющих важное практическое значение. Это, прежде всего, рост усталостных трещин р ], стабильное докритическое подрастание трещин Р°] и др. (см. также 2 гл. VI). [c.291]

Усталостные изломы дают ценную информацию о работе металла в эксплуатационных условиях. Характерные признаки строения поверхности разрушения при наличии микро- и макротрещин являются дополнительной основой для анализа механизма зарождения и распространения усталостных трещин, их стабильного роста, торможения и ускорения, характера воздействия различных внешних и BHytpeHHHx факторов. Поэтому методы фрактографического анализа широко используют для установления количественных корреляций между элементами структуры и механическими свойствами металлов в локальной зоне упруго-пластических деформаций в экстремальных условиях нагружения. Поскольку разрушение в этих условиях происходит при все возрастающих значениях коэффициента интенсивности напряжений и сменяющих один другого механизмов разрушения. [c.320]

При мягком нагружении циклически разупрочняющихся или стабильных металлов накапливаются пластические деформации, которые могут привести к двум типам разрушения — квазистати-ческому и усталостному. Квазистатнческое связано с возрастанием остаточных деформаций до уровня, соответствующего разрушению при однократном статическом нагружении. Разрушение усталостного характера связано с накоплением повреждений, образованием прогрессируюш,их трещин при существенно меньшей пластической деформации. Возможны и промежуточные формы разрушения, когда образуются трещины усталости на фоне заметных пластических деформаций. [c.623]

Пластическое затупление вершины усталостной трещины происходит на восходящей ветви нагрузки, когда шаг усталостных бороздок достигает величины около 10 м (около 1 мкм). Эта величина шага усталостных бороздок, характеризующая окончание П стадии стабильного роста трещины для многих металлов, соответствует ситуации, когда материал нагружается с высокой частотой в области многоцикловой усталости (МНЦУ). Пере- [c.164]

С другой стороны, как было подчеркнуто выше, снижение частоты (скорости деформации) нагружения материала приводит к тому, что трещина может распространяться довольно устойчиво и при переходе на макроскопический масштабный уровень. Можно предположить, что переход этот будет сопровождаться устойчивым, но быстрым нарастанием скорости роста трещины. Предельную величину скорости роста трещины или шага усталостных бороздок, которые могут характеризовать точку бифуркации — переход к окончательному разрушению материала можно определить по аналогии с тем, как это было сделано в соответствии с соотношениями (4.47). На первом этапе стабильного роста трещины (мезоуровень I) плотность энергии разрушения остается постоянной, и это соответствует постоянной величине ускорения роста трещины. На втором этапе стабильного роста трещины (мезоуровень II) происходит линейное нарастание ускорения, что определяется вторым основным уравнением синергетики. Вполне естественно предположить, что этап нестабильного роста трещины (макроуровень) описывается параболической зависимостью ускорения роста трещины от ее длины. В этом случае следует иметь в виду ускорение процесса разрушения, которое [c.223]

В случае доминирования упругой деформации при нагружении материала имеет место зависимость управляющего параметра в первом уравнении синергетики только от энергии упругой деформации. Эту ситуацию можно реализовать и при нагружении материала с постоянной нагрузкой. В том случае, если уровень напряжения низкий и зона пластической деформации имеет пренебрежимо малые размеры по сравнению с длиной трещины и размерами сечения в направлении распространения трещины, нагружение с постоянной нагрузкой и постоянной деформацией становятся эквивалентны друг другу. В обоих случаях имеет место зависимость скорости роста усталостной трещины от длины, описываемая первым уравнением синергетики. Различия в условиях нафужения (постоянная деформация и нагрузка) заключаются в том, что при постоянной деформации уравнение типа (5.43) описывает весь участок стабильного роста трещины, тогда как при постоянной нагрузке происходит самоорганизованный переход к нелинейному нарастанию СРТ по ее длине. [c.247]

Распространение усталостной трещины последовательно происходит на трех масштабных уровнях по величине ее прироста за цикл нагружения микроскопическом ((0,1-5)-10 м), мезоскопическом ((0,05-5)-10 м) и макроскопическом, (более 5-10 м) (см. главу 3). Стабильное (моделируемое) разрушение материала происходит на первых двух масштабных уровнях. На мезоскопическом масштабном уровне 0,1-10 хм углы разориентировки максимальны, однако высота рельефа минимальна. Это означает, что рассеивание энергии за счет извилистой траектории трещины на этом уровне мало. Развитие трещины на масштабном макроскопическом уровне происходит нестабильно по механизму квазистатического разрушения. При этом процесс разрушения физически и кинетически подобен разрушению при одноосном растяжении в том же температурно-скоростном интервале нагружения. [c.259]

Способы управления кинетикой усталостных трещин (СУКУТ) удобно рассматривать по типам элементов конструкций ленты разной толщины, массивные корпуса разной геометрии, сосуды под давлением, вращающиеся объекты-лопатки, лопасти, диски и т. д. Следует еще учитывать, что в однотипных элементах конструкции могут развиваться трещины в разных зонах, с различной геометрией фронта и его ориентировкой в пространстве сквозные, поверхностные, уголковые, наклонные и др. Для управления их кинетикой могут применяться различные способы, учитывающие различные физические закономерности накопления повреждений. Даже зная, на какой стадии происходит развитие трещины, т. е. имея возможность оценить темп возрастания скорости роста трещины (ускорение) и прогнозировать длительность последующего периода стабильного роста трещины до достижения критического состояния, нельзя убедительно обосновать правомерность допуска конструкции с трещиной без операций по ее задержке. [c.443]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...