Сопротивление усталости и вероятность разрушения

Сопротивление усталости и вероятность разрушения [c.129]

Приведены вероятностные методы оценки сопротивления усталости и живучести металлоконструкций машин типа автомобилей и тракторов, а также строительных конструкций, находящихся в эксплуатации под действием случайных нагрузок. Нерегулярные силовые воздействия описаны методами случайных функций. Сопротивление усталости конструкций оценивается вероятностью появления трещин, а живучесть — вероятностью окончательного разрушения. [c.4]

Расчеты элементов конструкций на малоцикловую усталость базируются на экспериментальных данных изучения закономерностей сопротивления деформированию и разрушению при циклическом упруго-пластическом деформировании, а также исследованиях кинетики неоднородного напряженно-деформированного состояния и накопления повреждений в зонах концентрации — местах вероятного разрушения. Ниже приведены основные понятия и некоторые результаты изучения кинетики деформирования и разрушения материалов при циклическом упруго-пластическом деформировании. [c.683]

Влияние абсолютных размеров детали (масштабного фактора). Экспериментально установлено, что с увеличением абсолютных размеров деталей их сопротивление усталости снижается. Это объясняется статистической теорией разрушения, согласно которой при увеличении абсолютных размеров возрастает вероятность попадания дефектных зерен в зону концентрации напряжений. Существуют и технологические причины, способствующие проявлению указанной закономерности. Масштабный эффект зависит главным образом от поперечных размеров деталей и оценивается коэффициентом [c.254]

Задачу увеличения сопротивления усталости деталей машин, актуальную с момента открытия явления усталости металлов до настоящего времени, решали по мере накопления знаний о природе этого явления по-разному. Еще совсем недавно прочность при циклическом деформировании обеспечивали в основном снижением действующих напряжений путем увеличения размеров сечений, уменьшения остроты концентраторов или применения материалов с повышенными прочностными свойствами. Теперь, когда размеры деталей зачастую ограничиваются возможностью их изготовления и немаловажным фактором при конструировании новых машин является уменьшение их металлоемкости, гораздо большее значение приобретают другие направления увеличения сопротивления усталости, связанные с упрочнением только тех мест детали, в которых возникновение усталостного разрушения наиболее вероятно. При этом, как показывает анализ многочисленных исследований, самыми эффективными методами такого упрочнения являются методы, приводящие к существенному торможению роста усталостных трещин. [c.4]

Статистическая трактовка условий усталостного разрушения как при стационарных, так и нестационарных условиях нагружения позволила осуществить расчет па усталость по критерию вероятности разрушения и аргументировать выбор величины запасов прочности в зависимости от случайных отклонений нагруженности и характеристик сопротивления материала. Тем самым вместо эмпирического выбора коэффициентов, образующих запас прочности, был предложен и получил использование более научно обоснованный подход к оценке надежности деталей машин и элементов конструкций в условиях эксплуатации. [c.42]

Наряду с этим преимущественное значение для оценки эксплуатационной надежности имеет анализ вероятности разрушения, обусловленной временными процессами, связанными с изменением состояния детали и ее материала. Такие изменения порождаются старением, усталостью, коррозией, возникновением трещин и другими процессами. Следует, иметь в виду, что надежность в условиях службы тесно связана с интенсивностью явлений, снижающих сопротивление разрушению и в свою очередь зависящих от конструктивных и технологических факторов. Изменение их влияния на сопротивление длительному разрушению соответственно сказывается на ресурсе безотказной работы деталей. [c.139]

Полученные выражения характеризуют роль дисперсии нагруженности и несущей способности в числах циклов и напряжениях для вероятности разрушения и, следовательно, надежности. По ним, например, количественно оценивается роль стабильности технологии обработки, и в связи с этим стабильность сопротивления усталости (коэффициенты вариации Vn и ) на эксплуатационную надежность в связи с относительным уровнем нагруженности, характеризуемой запасами по средним значениям ( jv и Аналогично рассматривается вопрос об оценке вероятности длительного статического разрушения при повышенных температурах. [c.144]

Большие трудности связаны с получением статистических данных о несущей способности элементов конструкций. Для этого используются в основном два способа. По одному из них экспериментально определяются функции распределения характеристик усталости (или других необходимых механических свойств) для материала путем массовых испытаний лабораторных образцов. Пользуясь условиями подобия, по ним определяется циклическая несущая способность деталей. Систематические исследования усталостных свойств легких авиационных сплавов Б статистическом аспекте были проведены, например, кафедрой сопротивления материалов МАТИ [7 10 11 14] и другими организациями [5]. Это позволило показать применимость усеченного нормально логарифмического распределения для величин долговечностей и ограниченных пределов усталости, установить зависимость дисперсий чисел циклов от уровня напряжений, построить семейства кривых усталости по параметру вероятности разрушения. На основе гипотезы прочности слабого звена были разработаны критерии подобия при усталостных разрушениях в зависимости от напрягаемых объемов с учетом неоднородности распределения [c.144]

Благодаря высокой чистоте механической обработки боковых граней образцов трещины усталости при испытаниях зарождались на прокатной поверхности металла. Это дало возможность получить данные, отвечающие условиям разрушения металла в реальных конструкциях. Результаты выполненных испытаний показаны на рис. 1. Сопоставление сопротивления усталости толсто- и тонколистовой стали в многослойных пакетах не выявило преимуш,еств тонколистового металла. Долговечность монолитных и многослойных образцов при соответствующих уровнях напряжений оказалась практически одинаковой. Основные причины, обусловившие нивелирование сопротивления усталости толсто- и тонколистовой стали в пакетах, следует, по-видимому, связывать со статистической теорией усталостного разрушения [2], в соответствии с которой вероятность появления дефектов, определяющих сопротивляемость металла усталостным разрушениям, зависит не только от толщины металла, но и от абсолютных размеров образцов или элементов конструкций. [c.258]

Напомним, что кривые ф (х, R) отражают все особенности сопротивления усталости испытуемых образцов такие, как масштабный фактор, состояние поверхности, воздействие агрессивной среды и при необходимости даже влияние концентрации напряжений. В случае, когда уравнение (3.54) используется для проверки прочности, в качестве исходных данных должны использоваться кривые усталости, отвечающие малым вероятностям разрушения. [c.152]

Все вышеприведенные расчеты относились к сопротивлению усталости отдельного элемента материала. При переходе к целому конструкционному элементу необходимо учитывать вероятность разрушения не только наиболее напряженных, но и менее напряженных элементов. В связи с этим возвратимся сначала к расчету по силовым уравнениям повреждений, рассмотренным в гл. 4. [c.162]

Оценка влияния абсолютных размеров и концентрации напряжений ставится в зависимость от вероятности разрушения в соответствии с влиянием абсолютных размеров и напрягаемых объемов на рассеяние сопротивления усталости. [c.499]

Так как большое число деталей машин и элементов конструкций (вращающиеся валы и оси, подкрановые балки, несущие узлы транспортных установок и т. д.) работает при переменных во времени напряжениях и за весь срок службы число циклов нагружения достигает 10 —10 и более, то наиболее вероятным эксплуатационным повреждением для них оказывается многоцикловое усталостное. Усталостное разрушение начинается обычно в зонах с максимальными амплитудами циклических напряжений или в местах технологических дефектов (поверхностных, сварочных). Трещины усталости при указанных выше базах по числу циклов, возникают и распространяются при номинальных напряжениях ниже предела текучести. Расчетными характеристиками при определении прочности и ресурса в этих случаях являются пределы выносливости и кривые многоцикловой усталости с отражением роли конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов (абсолютные размеры сечений, асимметрия цикла, концентрация напряжений, среда, состояние поверхности и др.) [2, 3]. В связи с разбросом характеристик сопротивления усталости а [c.11]

Корректированная линейная гипотеза суммирования усталостных повреждений проверилась по многочисленным результатам программных усталостных испытаний, проведенных на большом числе образцов в различных лабораториях. В результате сопоставления расчетных и опытных чисел циклов до разрушения было показано, что корректированная линейная гипотеза дает удовлетворительную для практики точность расчета ресурса деталей (20, 47]. Так, если линейная гипотеза без корректировки с вероятностью 10% может приводить к 5—7-кратной ошибке не в запас ресурса и в отдельных случаях достигать 20-кратной ошибки, то ошибка в оценке ресурса по корректированной линейной гипотезе [см. уравнения (3,67) с вероятностью 95% не превышает 2,5-кратную В работах [20, 47] показано, что 2—2,5-кратную ошибку в расчетной оценке ресурса на стадии проектирования следует считать приемлемой для практики, учитывая практическую невозможность достижения больших точностей. Последнее связано с тем, что пологость левой ветви кривой усталости приводит к значительным отклонениям по числу циклов даже при незначительных отклонениях уровня напряжений, связанных с неизбежными погрешностями в оценке эксплуатационных напряжений и характеристик сопротивления усталости. Получающиеся в расчетах ошибки в оценке ресурса компенсируются введением ко-, эффициентов запаса по ресурсу. [c.178]

Если классифицировать указанным образом явления, характеризующие высокотемпературную прочность, до можно отметить, что самыми существенными являются не зависящие от времени прочностные свойства при высокотемпературном растяжении,. мало- и многоцикловой усталости- Кроме того, существенным является ползучесть при постоянном напряжении, зависящая от времени, и ползучесть при циклическом изменении напряжения, проявляющая дополнительно специфический эффект циклического изменения температуры. Таким образом, характеристики деформации при высокотемпературном растяжении и термическом скачке деформации, а также характеристики разрушения при высокотемпературной и термической усталости, определяемые при условиях сочетания или наложения влияния напряжения и деформации, времени и температуры, не обязательно выражаются основными свойствами. Они во многих случаях про являют специфические характеристики деформации и сопротивления разрушению из-за взаимного влияния. Вероятно, в некоторых случаях имеются отклонения характеристик прочности от указанного на схеме положения (характеризуемые, например, линейным законом накопления повреждений). [c.18]

Создание такой модели требует проведения большого объема предварительной работы, в первую очередь, по выявлению комплекса прочностных свойств в широком диапазоне температур, в том числе стандартных — предела текучести, предела прочности <т истинного сопротивления разрыву л, а также характеристик механики разрущения — предельного коэффициента интенсивности напряжений для деталей с трещинами и коэффициента интенсивности деформаций — критерия квазихрупкого разрушения деталей с трещинами. Необходимы также параметры кривых усталости для расчета долговечности на этапе зарождения трещины и данные по скорости роста трещины. Кроме того, определяются характеристики условий эксплуатации — нагрузки, температуры, многоцикловые повреждения материала, химические и радиационные воздействия и другие. В результате моделирования вычисляют вероятности безотказной работы для разных видов отказов и разрушений и долговечность, что легко переводится в число отказавших и разрушившихся деталей или в годы службы [5]. [c.365]

При усталостном, коррозионно-усталостном разрушении оптимальное содержание углерода, обеспечивающее максимальную выносливость стали с сформированным импульсным упрочнением белым слоем, находится в пределах 0,45—0,65 %.Т1дя стали без белого слоя при испытании на коррозионную усталость нет оптимума, а увеличение содержания углерода приводит к монотонному снижению долговечности стали. Импульсное упрочнение эффективно повышает сопротивление усталости и коррозионной усталости стальных образцов с концентраторами напряжений. В условиях усталостного и коррозионно-усталостного разрушения трещины в стальных деталях с белым слоем зарождаются на границе перехода сжимающих остаточных напряжений в растягивающие. При этом уменьшение вероятности возникновения трещин и отслаивания белого слоя связано с перераспределением напряжений в результате пластических сдвигов в зоне повышенной травимости. Эта зона характеризуется меньшей, чем у белого слоя и мартенсита, твердостью и пониженным уровнем сжимающих остаточных напряжений. [c.119]

В качестве статистических характеристик сопротивления усталости деталей при регулярном нагружении используют среднее значеш1е предела выносливости детали при симметричном цикле а 1д (выраженного в номинальных напряжениях), коэффициент вариации этой величины и параметры кривой усталости абсциссу точки перелома кривой усталости Леи параметр угла наклона левой ветви т. В тех случаях, когда требуется повышенная точность оценок надежности и дол10вечности, используют полные вероятностные диаграммы усталости [4, 6, 12], характеризующие связь межд>" амплитудой напряжений а. , числом циклов до появления трещины jV и вероятностью разрушения Р, %. [c.127]

Величина X = lg -т- 1) в уравнении (2) рассматривается как случайная, имеющая среднее значение, равное (—lg 0), и среднее квадратическое отклонение 8 Пр — квантиль нормального распределения, соответствующий вероятности разрушения Р %). В работах [3—6 и др.] приведены многочисленные экспериментальные данные, подтверждающие применимость уравнения подобия (2) для количественного описания влияния концентрации напряжений, масштабного фактора, формы сечения и вида нагружения на сопротивление усталости образцов и деталей из различных сталей, чугу-пов, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов. Если испытания на усталость проводятся по обычной методике при количестве образцов 8—10 на всю кривую усталости, то отклонение б экспериментальных значений сг 1 от расчетных не превышает 8 % с вероятностью 95 %. При использовании статистических методов экспериментальной оценки пределов выносливости (метода лестницы , пробит -метода или построение полной Р — а — Х-диаграммы при количестве испытуемых образцов от 30 до 100 и более) аналогичное отклонение б не превышает 4 % с вероятностью 95 %. [c.310]

Экспериментальный материал о рассеянии характеристик сопротивления многоцикловой усталости при стационарном нагружении позволил развить и обосновать критерии подобия усталостного разрушения в вероятностной постановке. В функции распределения пределов выносливости (для заданной вероятности разрушения) были введены средние значения пределов выносливости гладких образцов, теоретические коэффициенты концентрации напряжений, относительные градиенты напряжений, параметры сечений и характеристики чувствительности материалов к концентрации напряжений и абсолютным размерам. Для обосйо-вания этих функций в области малы [c.24]

По этой же методике преобразованы результаты испытания цру- жин-моделей (пушстирные линии на рис. I) и построены предполагаемые кривые равной вероятности усталостного разрушения плунжерных щ жин (рис. 3), которые могут быть использованы для оценки исходных характеристик сопротивления усталости пружин. [c.123]

Стальные трубы для оболочек тепловыделяющих элементов реактора AGR довольно тонкостенные, работают при температуре до 825° С и подвергаются внешнему давлению со стороны теплоносителя СО2/СО. Наиболее вероятным механизмом, действие которого в конечном счете приводит к разрушению оболочки, следует считать падение пластичности в районе трещины в топливе из двуокиси урана в результате многократного изменения мощности. Чтобы избежать этого, материал должен быть возможно более прочным, хорошо сопротивляться усталостным нагрузкам и иметь высокую пластичность. Эти свойства оболочке придает мелкий размер зерен, получаемый при отжиге после холодной обработки. Сопротивление усталости материала характеризуется соотношением Коффина — Мэнсона, устанавливающим связь между усталостной прочностью и пластической деформацией [c.117]

Большое внимание уделено планированию усталостных испытаний, являющихси наиболее трудоемкими и дорогостоящими. Приведены методики, разработанные на основании результатов специально поставленных статистических исследований методом Монте-Карло, позволяющие в зависимости от целей исследования производить надлежащий выбор числа испытуемых объектов, числа значений уровней амплитуды напряжений при испытании, рациональное распределение объектов по уровням амплитуды напряжений с учетом планируемой точности и статистической на. дежности оценки характеристики сопротивления усталости материала, деталей ма. шин и элементов конструкций для различных значений вероятности разрушения или образования трещины заданной протяженности. [c.3]

Вероятностная природа усталостного разрушения, зависящего от дефектов структуры и поверхности металла, отражается на закономерностях подобия при этих разрушениях. С увеличением напрягаемых переменными напряжениями объемов увеличивается вероятность ослабления сопротивления металла разрушению бопее значительными дефектами и их сочетанием, уменьшается предел усталости, ослабляется рассеяние. Влияние абсолютных размеров на усталостные свойства металла возрастает с увеличением его неоднородности, особенно сильно проявляясь на литых и крупнозернистых структурах. С уменьшением вероятности ра.з-рушения влияние абсолютных размеров ослабевает, так как в соответствии со статистическими представлениями рассеяние уменьшается с увеличением напрягаемых объемов, и кривые усталости для низких вероятностей разрушения при различных размерах сечений сближаются. При сложных напряженных состояниях усталостные разрушения для металлов в вязком состоянии в основном определяются максимальными или октаэдрическими касательными напряжениями, как. это следует, например, из данных исследования усталости конструкционных сталей. Большинство результатов укладывается между предельными шестиугольником касательных напряжений и эллипсом октаэдрических. Для металлов в хрупком состоянии разрушения определяются главными растягивающими нормальными напряжениями, они располагаются ближе к предельному квадрату предельных нормальных напряжений. Форма усталостного излома при кручении для вязких металлов свидетельствует о зарождении усталостного разрушения по направлению действия наибольших касательных напряжений. Для хрупких металлов трещина возникает сразу в направ.т1е-нии действия наибольших нормальных напряжений. Развитие трещины обычно следует поверхностям мальных напряжений. [c.384]

Во многих случаях напряжения в конструкции при периодических нагрузках превышают предел усталости. Это относится, например, к деталям авиационных двигателей, лопастям несухцих винтов вертолетов, к ряду объектов военной техники, срок эксплуатации которых очень ограничен различными причинами. В этих случаях важно знать характеристики ограниченной выносливости, которые определяют ресурс детали или конструкции, обеспечивают сопротивление усталостным разрушениям в течение определенного срока, т. е. некоторого числа циклов. Поэтому,, если при расчетах на усталость из всей кривой Велера важно знать фактически лишь одну точку — предел усталости, то при расчете на ограниченную выносливость суш.ественное значение приобретает верхняя часть кривой Велера. Однако характеристики работы детали и ее ресурс, поскольку он задан, исходя из других соображений, фактически определяют уменьшенную базу испытаний на усталость. Тем самым главным становится по возможности наиболее точное воспроизведение в испытаниях истинных условий работы детали и установление статистических характеристик, определяющих вероятность разрушения детали при напряжениях, отличающихся от выявленного таким образом условного предела усталости (предела ограниченной выносливости), и при числах циклов, отличающихся от базы испытаний. Последнее особенно важно в связи с тем, что при напряжениях, заметно превышающих истинный предел усталости и близких к пределу статической прочности, разброс данных усталостных испытаний бывает очень большим. В последние годы статистическим методам обработки данных усталостных испытаний уделяется большое внимание. [c.306]

Наиболее полно сопротивление усталости характеризуется кривыми усталости, получаемыми для различных вероятностей разрушения с заданной точностью и принятым значением уровня значимости (надежности). Такие характеристики требуют испытания большого числа образцов (или деталей) на нескольких уровнях напряжений. Число испытуемых образцов п на каждом уровне напряжений зависит от величины рассеяния, характеризуемого коэффициентом вариации F=SIgJv/lgЛ (отношение среднего квадратического отклонения логарифма долговечности к среднему значению) и принятыми односторонними значениями урорня значимости у (характеризует надежность), и точности, характеризуемой величиной относительной ошибки б, равной отношению абсолютной ошибки Д к среднему значению 1 N. [c.76]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...