Критерий накопления повреждений

Большинство лабораторных циклических испытаний проводится в условиях постоянной амплитуды напряжений, в то время как усталостное нагружение в условиях эксплуатации происходит при переменной амплитуде или даже при совершенно случайном нагружении. Стандартные исследования по накоплению повреждений касаются соотношений между долговечностями в условиях постоянной и меняющейся амплитуды. Многочисленные критерии накопления повреждений, предложенные для металлов, отражали попытки связать развитие поврежденности с числом прошедших циклов. Большинство критериев связывает поврежденность с отношением числа циклов пШ, т. е. числа прошедших циклов к ожидаемому числу циклов до разрушения при той же постоянной амплитуде напряжений. Это происходит потому, что в металлах единственным легко обнаруживаемым видом повреждения является изолированная трещина, развивающаяся на последней стадии испытания. [c.352]

До сих пор исследования поврежденности дают лишь неполное освещение существующих в этой области проблем. Повреждения обнаружены и описаны проведены предварительные исследования накопления усталостных повреждений и влияния развития повреждений на прочность и модуль при растяжении. Повреждения в условиях циклического нагружения могут возникать при очень низких уровнях напряжений или деформаций. Для успешного проектирования конструктор должен учитывать возможность возникновения повреждений. А коль скоро они возникнут, он должен знать, какое влияние оказывают повреждения на весь набор физических и механических свойств, относящихся к рассматриваемой задаче. Кроме того, он должен быть в состоянии гарантировать оставшееся время жизни разрабатываемой конструкции после возникновения повреждений. В настоящее время это, по-видимому, невозможно. Лишь несколько нерешительных шагов было сделано в направлении развития необходимого критерия накопления повреждений. [c.360]

Изучение полей неоднородных циклических деформаций в зонах возможного разрушения расчетными и экспериментальными методами, а также критериев накопления повреждений в условиях неоднородного деформированного состояния с целью обоснования возможности использования критериальных зависимостей первого направления исследований применительно к расчету элементов конструкций. [c.4]

Определение запасов прочности и долговечности осуществляется на основе количественной оценки перехода к предельным состояниям с ростом уровня термомеханической нагружен-ности или ростом выработанного ресурса по критериям накопленного повреждения или накопленного формоизменения. [c.35]

Критерии разрушения ТРТ 51—54 Критерий накопления повреждений 53 [c.289]

Таким образом, амплитуды номинальных напряжений с учетом эквивалентности их действия статическим по критерию накопленного Повреждения должны умножаться на коэффициент С помощью выражений статических напряжений, эквивалентных по своему повреждающему действию переменным, для асимметричного цикла можно построить полную диаграмму усталости в относительных величинах. Статическая составляющая для правой ветви предельной кривой относится, в зависимости от уровня температур, либо к эквивалентным напряжениям определяемым из уравнения (4.43) по критерию динамически накопленной деформации ползучести, либо к эквивалентным напряжениям определяемым из уравнения (4.44) по критерию накопленного длительного статического повреждения. Амплитудная составляющая для левой ветви предельной кривой относится к эквивалентным напряжениям по длительному статическому повреждению согласно уравнению (4.45). [c.220]

В комплексной методике используются методы неразрушающего контроля и основы (мат. анализ) механики сплошной среды (МСС). В методике введен, исследован и запатентован новый параметр - показатель повреждений (универсальный критерий накопления повреждений), являющийся связующим звеном между физическими параметрами, измеряемыми средствами НК и механическими характеристиками кратковременной и длительной прочности металлов, а также отражающий в совокупности все про- [c.135]

В настоящем разделе предпринята попытка сформулировать деформационно-силовой критерий зарождения усталостного разрушения применительно к ОЦК металлам, в частности к сталям перлитного класса, основываясь на некоторых физико-меха-нических представлениях о накоплении повреждений при усталости [74, 79, 85, 126]. Разрабатываемый подход позволит ответить на некоторые открытые вопросы в проблеме малоцикловой усталости материалов, в частности, касающиеся влияния на долговечность максимальных напряжений и нестационарности нагружения. [c.136]

При разработке моделей прогнозирования трещиностойкости и развития трещин необходимо было сформулировать условие накопления повреждений в градиентных полях напряжений и деформаций. Было показано, что повреждения накапливаются, если размер необратимой упругопластической зоны (при статическом нагружении) или обратимой упругопластической зоны (при циклическом нагружении) больше структурного элемента, размер которого во многих случаях можно принять равным диаметру зерна. В противном случае, когда размер упругопластической зоны меньше размера структурного элемента, материал практически не повреждается и локальные критерии разрушения, сформулированные в терминах механики сплошной деформируемой среды, не дают адекватных реальным ситуациям прогнозов. [c.264]

Вопросы усталости, и в первую очередь малоцикловой усталости, совершенствование методов испытания на усталость, обоснование деформационных критериев малоцикловой усталости, установление физической модели накопления повреждений при повторно-переменных нагрузках, кинетики развития усталостных трещин в тех или иных условиях нагружения, статистический аспект усталости, а также разработка инженерных методов расчета элементов конструкций на прочность при повторно-переменных напряжениях с учетом различных факторов (вида напряженного состояния, конструктивно-технологических особенностей, температуры, начальной напряженности и т. п.). [c.664]

Методы прогнозирования работоспособности длительно проработавших сварных аппаратов должны базироваться на таких критериях, которые бы учитывали временные процессы накопления повреждений в металле. Одним из основных аспектов решения проблем безопасности нефтегазохимических производств является дальнейшее совершенствование методологии оценки остаточного ресурса безопасной работы оборудования, т.е. определения времени наработки оборудования до перехода его в предельное состояние при установленных режимах и условиях эксплуатации. [c.5]

Недостаточное совершенство НД, в частности, по нормированию остаточного ресурса нефтегазохимического оборудования, объясняется тем, что они базируются в основном на критериях статической прочности бездефектного металла. Между тем, в процессе эксплуатации в металле конструктивных элементов происходит постепенное накопление необратимых повреждений и по истечении определенного времени возможны разрушения. Процессы накопления повреждений в металле усиливаются в зонах концентрации напряжений, которыми являются дефекты металлургического, строительномонтажного и эксплуатационного характера, а также зоны геометрических конструктивных концентраторов в местах приварки днищ, переходов, патрубков штуцеров в корпус аппарата. При этом особую опасность представляют трещиноподобные дефекты холодные и горячие трещины, непровары и подрезы швов, механические (царапины) и коррозионные (стресс-коррозия) повреждения и др. [c.328]

Таким образом, методы прогнозирования ресурса должны базироваться на таких критериях, которые бы учитывали временные процессы накопления повреждений в металле. В качестве параметров надежности должны быть показатели долговечности, например, время до разрушения или число циклов нагружения до разрушения. Существующие нормативные материалы по расчету прочности не позволяют получать такие важные характеристики прочностной надежности. Например, в процессе эксплуатации аппаратов вследствие деформационного старения происходит некоторое повышение прочностных свойств, т.е. временного сопротивления и предела текучести металла. Для конструктивных элементов оборудования из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, работающих при нормальных условиях эксплуатации, значение предела текучести может возрастать до 20%. Заметим, что временное сопротивление Gb является расчетной характеристикой при выполнении прочностных расчетов по действующим НТД. Из этого следует парадоксальный вывод о том, что с увеличением срока службы аппарата можно увеличивать рабочее давление, если производить оценку прочности по действующим отраслевым нормам и правилам. Другими словами, с увеличением срока службы аппарата его надежность должна увеличиваться. В действительности, наряду с увеличением прочностных свойств происходит повышение отношения предела текучести к пределу прочности К в, снижение пластичности и вязкости, которые определяют ресурс длительной прочно- [c.366]

Вопросы усталости, и в первую очередь малоцикловой усталости, совершенствование методов испытания на усталость, обоснование деформационных критериев малоцикловой усталости, установление физической модели накопления повреждений при повторно-переменных нагрузках, кинетики развития усталостных [c.745]

Сопротивление усталости — свойство материала противостоять процессу постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящему к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению. Критерием сопротивления усталости является предел ограниченной выносливости — максимальное по абсолютному значению напряжение цикла, соответствующее задаваемой циклической долговечности. Циклическая долговечность оценивается числом циклов напряжений или деформаций, выдержанных нагруженным объектом до образования усталостной трещины определенной протяженности или до усталостного разрушения. [c.222]

Процесс циклического нагружения элемента конструкции в условиях эксплуатации сопровождается постепенным накоплением повреждений в материале до некоторого критического уровня, который может быть охарактеризован с привлечением различных методов и средств исследования. Выбор средств определяется применяемыми критериями в оценке самого предельного состояния и его фактической реализацией к рассматриваемому моменту времени, как это было рассмотрено в предыдущей главе. Даже при отсутствии в детали трещины можно с большой достоверностью утверждать, что после длительной наработки в эксплуатации последующее после проверки нагружение может вызвать быстрое зарождение и далее распространение усталостной трещины. Оценка состояния материала с накопленными в нем повреждениями и прогнозирование последующей длительности эксплуатации до появления трещины, установление периодичности контроля за состоянием детали подразумевают использование структурного анализа на базе физики металлов. Это подразумевает обязательное применение методов механики разрушения для оценки длительности роста трещины и обоснования периодичности осмотров на всех стадиях зарождения и распространения трещин. Однако многопараметрический характер внешнего воздействия на любой элемент конструкции делает неизбежным введение в рассмотрение процесса накопления повреждений в конструкционных материалах с позиций синергетики, следовательно, возникает новое представление о процессе распространения трещин. Всю совокупность затрат энергии внешнего воздействия, вызвавших разрушение элемента конструкции, интегрально характеризуют достигнутое на определенной длине трещины предельное состояние, единичная реализация процесса прироста трещины и сформированная в результате этого поверхность разрушения. [c.79]

Рассчитав снижение предела выносливости и статической прочности, можно получить количественные критерии накопленного усталостного повреждения в зависимости от относительной длительности составляющих амплитуд спектров. [c.37]

Для изучения накопления повреждений в стеклопластиках было предпринято относительно немного попыток. В работе [1] описаны испытания композитов из препрега и эпоксидной смолы при двухступенчатом изменении уровня напряжений. Вычисление суммы отношений числа циклов проводилось для сравнения с хорошо известным правилом Майнера [7]. Хотя и было сделано предположение о влиянии последовательности приложения напряжений, результаты [1] оказались статистически незначимыми при допустимом уровне в 1 %. В работе [5] были проведены также испытания слоистых композитов с эпоксидной матрицей на основе стеклоткани при двухступенчатом уровне напряжений. И снова предполагалось, что последовательность напряжений играет некоторую роль, однако, хотя авторы и рассмотрели применимость нескольких критериев учета накопления повреждений, они пришли к выводу, что проведенных экспериментов недостаточно для статистической обработки. Было замечено, что в дальнейшей работе следует принимать во внимание развитие повреждений. [c.352]

Изучение механического поведения материалов при циклическом деформировании в условиях нормальных, повышенных и высоких температур в изотермических и неизотермических случаях нагружения. Это направление охватывает сопротивление деформированию и разрушению (по моменту образования трещины) с разработкой критериев накопления квазистатических и усталостных повреждений при однородном напряженном состоянии и уравнений, описывающих закономерности деформирования без учета и с учетом реологических свойств. [c.4]

Приведенные в настоящем параграфе данные по закономерностям накопления повреждений дают возможность заключить, что использование деформационно-кинетических критериев малоциклового разрушения в форме уравнения (1.1.12) является перспективным. [c.19]

Оценка прочности таких конструкций может быть предпринята с позиций деформационно-кинетического подхода к накоплению повреждений, оказывающегося достаточно эффективным при формулировке критериев малоцикловой прочности в области нормальных, повышенных и высоких температур. [c.44]

В условиях рассматриваемого типа нагружения проявляются особенности малоцикловой усталости, заключающиеся прежде всего, как отмечено выше, в возможности накопления в процессе циклических нагружений наряду с усталостными повреждениями и квазистатических. В указанном наиболее общем случае оценка накопления повреждений может быть выполнена в деформационной форме, что является традиционным для малоцикловой ветви кривой усталости [2—8] и обосновывается в ряде исследований также и для многоцикловой области [144, 210, 211], а расчет повреждений представляется возможным осуществить на основе деформационно-кинетических критериев разрушения. [c.57]

Основной целью изучения низкотемпературной механической прочности материалов является накопление сведений о характере деформирования материалов при низких температурах с учетом влияния напряженного состояния, концентраторов напряжений и других факторов, способствующих накоплению повреждений. Получаемые данные необходимы для установления критериев несущей способности, позволяющих прогнозировать работоспособность материалов в условиях низких температур при одновременных интенсивных силовых воздействиях. Устройства для низкотемпературных механических испытаний конструкционных материалов описаны в работах [88—90]. [c.190]

Основными недостатками полученных результатов являются, во-первых, отсутствие информации о кинетике накопления усталостного повреждения в металлах на стадии зарождения усталостной трещины, что исключает возможность прогнозировать момент возникновения макроскопической усталостной трещины с учетом структурных особенностей сплавов и влияния на процесс накопления повреждения эксплуатационных и других факторов во-вторых, отсутствие четкого разграничения стадий возникновения и развития усталостных трещин, особенно в тех случаях, когда стадия развития усталостных трещин составляет значительную часть общей долговечности в-третьих, недостаточное внимание к исследованию критериев окончательного разрушения образцов и конструктивных элементов с усталостной трещиной при циклическом нагружении. [c.3]

Выполненные в последнее время работы [9, 10, 11] свидетельствуют о существовании (взаимодействия между напряжениями различной величины (при случайном их чередовании), а также о существовании нижней границы повреждающих напряжений спектра, распространяющихся ниже исходного предела усталости. Авторы указанных выше работ экспериментально подтвердили справедливость предположения о том, что недогруз ки.в период развития трещины становятся активными и участвуют в накоплении повреждения. Следует ожидать, что дальнейшие исследования в этом направлении внесут коррективы в методику расчетов на усталость при нестационарных режимах нагружения в зависимости от способа ведения расчета (по критерию трещинообразования или по критерию разрушения). Вместе с тем работ, посвященных изучению кинетики усталостного разрушения, сравнительно немного, что, по-видимому, объясняется отсутствием надежной и доступной аппаратуры для наблюдения за ростом трещин усталости. [c.183]

ПОСТРОЕНИЕ КРИТЕРИЕВ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ УСТАЛОСТИ [c.214]

Учет накопления повреждений при нестационарных силовых и температурных нагрузках для различных режимов (п. 2.2) производится по правилу линейного суммирования (для критериев квазистатического и усталостного разрушения). [c.229]

Исследования критериев малоциклового разрушения при повышенных и высоких температурах ведутся в последнее время весьма интенсивно, о чем свидетельствует большое количество различных предложений, посвященных выбору физически обоснованной меры повреждаемости материала в процессе эксплуатации и разработке соответствующих кинетических зависимостей, позволяющих оценивать остаточный ресурс конструкций в связи с параметрами процессов нагружения и нагрева. Существующие опытные данные указывают на значительную сложность физических процессов, приводящих к разрушению материала при высокотемпературном циклическом нагружении. Взаимодействие стадий образования и подрастания микропор и микротрещин в процессе пластического деформирования, слияния микротрещин, образования и распространения макротрещины подчиняется сложным статистическим закономерностям и не получило до настоящего времени исчерпывающего теоретического описания. Поэтому практически все существующие модели накопления повреждений базируются, как правило, на феноменологических представлениях. При этом оценку накопленных в процессе деформирования повреждении осуществляют, используя различные скалярные и тензорные параметры [18—201 (эффект Баушингера, длина траектории пластического деформирования, изменение плотности и т. п.), являющиеся макроскопическими (механическими) характеристиками явлений, определяющих на структурном уровне накопление и перераспределение поврежденности материала. [c.16]

Трехчленный критерий разрушения. В связи с тем, что в условиях жесткого нагружения при ширине петли б = О в соответствии с двучленным критерием разрушения повреждение а = О, то имеющиеся по роторным сталям экспериментальные данные (33, 112—114] можно аппроксимировать с помощью трехчленного критерия разрушения, учитывающего накопление повреждения в упругой области [c.145]

Такой подход обеспечивает инвариантность накопленного повреждения в зависимости от т , при которой были определены параметры эквивалентного цикла. В области, где в критерии повреждения [c.157]

Испытания на надежность и испытания по всем критериям, связанным с накоплением повреждений, требуют длительного времени. Считается, что рептение первоочередной задачи техники обеспечение необходимой надежности оборудования затрудняется невозможностьро достаточно быстрой оценки надежности. Поэтому проблема ускоренных испытаний является весьма актуальной. [c.474]

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]

Теории накопления новреждений были классифицированы [5] как линейные и нелинейные, зависящие и не зависящие от напряжений, с учетом взаимодействия напряжений и без такого учета в соответствии с соотношениями между физической поврежденно-стью и относительным числом циклов. Критерий Майнера [7] является линейным, не зависящим от напряжений и не учитывающим их взаимодействия. Полученные в [10] результаты показывают, что наиболее приемлемый критерий накопления поврежде- [c.355]

В работе [11] модель накопления повреждений при растяжении распространена на случай действия касательных напряжений в плоскости слоя. При этом действие нормальных напряжений, перпендикулярных армирующим волокнам слоя, не учитывается. Однако в слоях композита при плоском напряженном состоянии в зависимости от схемы армирования могут возникать все три ко.мпоненты напряжений (нормальные в направлении армирующих волокон, перпендикулярные им и касательные в плоскости слоя). Следовательно, для применения критерия прочности [II] к анализу слоистого композита необходимо учитывать и нормальные напряжения, перпендикулярные направлению армирования. Простые рассуждения показывают, что действие этих напряжений в композите с полимерной матрицей может проявиться в первую очередь в деформировании матрицы, а не волокон. Поскольку подобное предположение справедливо и для касательных напряжений в плоскости, логично ол<идать, что совместное действие нормальной и касательной компонент может привести к появлению неупругости матрицы при более низких напряжениях, чем при действии каладой из компонент в отдельности. [c.47]

Критериальное уравнение (1.1.12) экспериментально обосновано для случаев регулярного малоциклового нагруягения. Вместе с тем проверка деформационно-кинетического критерия в условиях нестационарного малоциклового нагружения, характерного для эксплуатационных условий нагружения элементов конструкций, представляет существенный интерес. В работе [202] и других работах Каунасского политехнического института выполнена широкая программа исследований закономерностей накопления повреждений при нестационарном малоцикловом нагружении. [c.17]

Как показывают экспериментальные данные (см. рис. 1.2.4), при наличии в цикле выдержек наблюдается весьма существенное изменение напряжений и деформаций, причем накопленная деформация может превышать заданный размах в 2—3 раза и более. Расчет длительной малоцикловой прочности в соответствии с кинетическими деформационными критериями в форме уравнений (1.2.8), (1.2.9) дает для рассматриваемого случая нагружения хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных (таблица 1.2.1). На рис. 1.2.2, б показаны величины накопленного повреждения для режимов нагружения с выдержками при растяжении и сжатии, а также только при сжатии (точки 4). Характерно, что новые данные укладываются в поле рассеяния точек, соответствующих испытаниям, проведенным в условиях мягкого и жесткого нагружений без выдержек и с выдержками при постоянном напряжении (точки 2). Для расчета величины повреждения использована зависимость распо.пагаемой пластичности от времени, где ( ) — пластическая деформация при статическом разры- [c.27]

Более общим критерием накопленного усталостного повреждения, который может быть использован для случаев программного и нестационарного режимов нагруяюния, является критерий [19] [c.9]

В силу накопления повреждений скорость, с которой рассматриваемый элемент материала проходит пластическую зону, приведена в таком виде, чтобы при достижении вершины трещины осуществился критерий (8). Для подобного развития данного критерия необходимо ввести одно соотношение между долговечностью N л уровнем нагружения, выраженное в данной модели через критическое раскрытие трещины (КРТ). Аналогично выражению Мэнсона — Коффина (РТ пропорционально средней пластической деформации) можно использовать соотношение вида [c.211]

Малоцикловую долговечность согласно деформационно-кинетическому критерию прочности определяют на ошовании оценки накопленных повреждений, используя данные о сопротивлении малоцикловой усталости и длительной пластичности конструкционных материалов. [c.246]

Эти уравнения входят как существенный составной элемент в условия накопления повреждений, формулируемых на базе силовых, энергетических и деформационных критериев разрушения. При этом, как указывалось ранее, преимущественное значение при расчетах прочности и долговечности имеют деформационные критерии разрушения, позволяющие наиболее полно учесть кинетику деформаций в зонах максимальной нагруженно-сти и изменение во времени характеристик пластичности. Деформационные критерии разрушения применимы для двух основных стадий повреждения — образования макротрещин и их развития до достижения неустойчивого критического состояния. [c.12]

Проблема термоцпклической прочности является комплексной проблемой, включающей в себя три основных вопроса. Первый вопрос заключается в разработке уравнений состояния, способных с удовлетворяющей инженерную практику точностью описать кинетику напряженно-деформированного состояния, процессы пластичности и ползучести при переменных нагрузках и температурах. Уравнения состояния должны включать параметры, характеризующие процесс накопления повреждений и разрушения материала. Второй вопрос заключается в выборе физически обоснованной меры повреждаемости материала, характеризующей кинетику разрушения материала на различных стадиях процесса деформирования, и разработке соответствующих кинетических уравнений, устанавливающих связь между указанной мерой и параметрами процесса. Третьим вопросом является формулировка соответствующих гипотез, связывающих кинетику процесса деформирования и накопления повреждений с типом разрушения, и критериев разрушения, связывающих параметры напряженно-деформированного состояния и меры повреждаемости для критических состояний материала. При решении указанных трех проблем должна учитываться существенная нестационарность нагрун<ения н нагрева Б условиях малоциклового термоусталостного разрушения, а формулировка соответствующих уравнений и критериев должна опираться на современные представления физики твердого тела о микро- и субмикроскопическом механизмах пластических деформаций и накопления повреждений в материале [42—64 . [c.141]

Процесс накопления повреждений в материале при его циклическом нагружении, завершающийся разрушением после некоторою числа циклов Мр, назьшают усталостью. При Л/р>10 (многоцикловая усталость) ширина петли пластического гистерезиса обычно мала и ее трудно измерить [48]. Поэтому критерий многоцикловой усталости строится на основе сравнения амплитуды изменения рабочего напряжения (при симметричном цикле изменения напряжения) с предельной амплитудой для данного материала и заданного числа циклов М Для асимметричных циклов предельное состояние материала при заданном Л зависит от соотношения между амплитудой изменения рабочего напряжения и его средним значением [88]. [c.179]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...