Скорость трещины при циклическом нагружении

Рис. 2.9. Скорость распространения трещины при циклическом нагружении в зависимости от максимального значения коэффициента интенсивности напряжений

На основе зависимости (3.1) найдем скорость роста трещин при циклическом нагружении, когда нагрузка представляет собой периодическую функцию времени [c.53]

В настоящее время интенсивно исследуются закономерности развития усталостных трещин при циклическом нагружении. Скорость развития усталостных трещин различными исследователями рассматривается в зависимости от силовых, деформационных, энергетических факторов, длины трещины и механических свойств материалов. В литературе описано более 60 зависимостей, связывающих скорость развития усталостных трещин с параметрами нагружения и характеристиками механических свойств материалов, обзор которых сделан в работах [25, 38, 48, 89, 122, 1981. [c.25]

Влияние перегрузок на скорость роста усталостных трещин. При циклическом нагружении материал конструкции в зоне трещины находится в состоянии упругопластического деформирования. Напряжения растяжения, достигающие при нагружении уровня предела текучести, сменяются при разгрузке остаточными напряжениями сжатия (см. рис. 4.10 и 4.12). Такое циклическое изменение упругопластического состояния материала при нагружении характерно для малоцикловой усталости и может быть с различной степенью детализации проанализировано. В результате может быть выявлена закономерность роста трещины при данном виде нагружения. Однако точное решение этой задачи в полном объеме связано с большими трудностями при вычислении, и в ряде случаев для определения закономерности роста трещин достаточно воспользоваться непосредственно соотношениями [c.46]

В случае трещины ползучести в элементах объема происходит одностороннее неупругое деформирование с возрастающей скоростью. При циклическом нагружении — знакопеременное течение на фоне некоторого одностороннего накопления деформации, связанного с постепенным раскрытием трещины. При циклическом нагружении с выдержками, как следует из реологических свойств материала, оба процесса — знакопеременное течение и прогрессирующее накопление деформации — могут значительно интенсифицироваться при тех же внешних воздействиях. Об этом свидетельствуют и факты существенного (до двух порядков) изменения скорости роста трещины в зависимости от характера цикла нагружения при данном ее размахе. Таким образом, процесс распространения трещины представляет собой специфическую форму малоцикловой усталости. Добавим, что, пока он устойчив, энергетические соображения могут иметь второстепенное значение (не доставляющее новой информации) почти вся поступающая с приложенными нагрузками энергия рассеивается в связи с неупругим деформированием, и, по-види-мому, лишь существенно меньшая ее часть расходуется на изменение потенциальной энергии упругой деформации в детали. Это процессы обычные для любой неупругой конструкции. [c.251]

Степень отклонения pH среды в трещине от основного объема раствора вне трещины определяется, с одной стороны, интенсивностью протекания электрохимических реакций у вершины трещины, а с другой, - скоростью отвода продуктов коррозии диффузией, а также встречной диффузией раствора в трещину. При циклическом нагружении продукты коррозии отводятся и за счет удаления среды из полости трещины в процессе ее закрытия. [c.303]

Уже свыше тридцати лет используются диаграммы, отражающие зависимость скорости роста трещины за цикл от величины размаха коэффициента интенсивности напряжений, которые называются кинетическими диаграммами усталостного разрушения. Эти диаграммы несут важную информацию о поведении материала с трещиной при циклическом нагружении и позволяют проанализировать экстремальные значения цикли- [c.35]

К разрушениям второго типа, которые могут происходить также при различных схемах нагружения, следует отнести разрушения, для которых критические параметры существенно зависят от времени нагружения в том или ином виде. Типичным примером является разрушение, получившее в литературе название разрушение при взаимодействии ползучести и усталости [240, 341] при циклическом нагружении в определенном температурном интервале долговечность при одной и той же амплитуде деформации зависит от скорости деформирования, значительно уменьшаясь при малых эффективных скоростях деформирования, в частности при циклировании с выдержками. На стадии развития усталостного повреждения также известны многочисленные экспериментальные данные о влиянии частоты нагружения в определенных условиях, особенно в коррозионной среде, на скорость роста усталостных трещин [199, 240, 310, [c.150]

Рис. 84. Зависимость скорости роста трещин и при циклическом нагружении продольных (7) и поперечных (2) образцов сплава ОТ4-1 от (.интенсивности напряжений

Необходимыми для рассмотренного выше расчетного определения долговечности элементов конструкций на стадии образования л развития трещин являются испытания гладких стандартных образцов при кратковременном и длительном статическом нагружении (с оценкой характеристик прочности и пластичности), а также образцов с начальными трещинами при малоцикловом нагружении при соответствующей температуре и времени выдержки (с измерением скорости развития трещин). Приведенные выше уравнения позволяют осуществлять пересчет получаемых из экспериментов данных на другие числа циклов и времена нагружения. Воспроизведение в опытах эксплуатационных режимов нагружения, уровней номинальной и местной напряженности, исходной дефективности с учетом кинетики изменения статических и циклических свойств представляется пока трудноосуществимым. В связи с этим разработка способов приближенной оценки несущей способности элементов конструкций, работающих при высоких температурах (когда имеет место активное взаимодействие длительных статических и циклических повреждений), приобретает существенное значение. [c.120]

При циклическом нагружении трещины зарождаются на ранней стадии усталости, развитие их занимает 90—97% всей долговечности детали. Однако зарождение трещины не определяет разрушение металла и выход детали из эксплуатации долговечность его в основном определяется скоростью роста трещины. [c.41]

Сведений о влиянии на усталостную прочность титановых сплавов нейтральных газовых сред относительно мало. Некоторые косвенные данные показывают, что испытание на усталость в инертных газах (гелий, аргон) не дает повышения его предела выносливости. Однако скорость распространения усталостной треш,ины значительно выше на воздухе, чем в вакууме [121]. Ускорение роста усталостной трещины наблюдается при циклическом нагружении в водороде [133] при температурах испытания выше—73 С при более низких температурах водород не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на рост трещины. [c.152]

Несмотря на то, что действие механизмов типа А предполагали неоднократно, прямого подтверждения их ведущей роли в процессе высокотемпературного роста трещин пока что нет. Действие механизмов типа В, напротив, наблюдали в очень многих случаях. После ползучести на воздухе множество исследователей обнаруживали на межзеренной поверхности оксидные клинья или пики. В дальнейшем на этих частицах образуются трещины, а удаление подобных частиц путем поверхностного стачивания может существенно увеличить последующую долговечность. Окисление может быть значительно ускорено в результате механического нагружения. Было показано [20], что с увеличением амплитуды деформации при циклическом нагружении хром—молибден—ванадиевой стали скорость ее окисления за цикл нагружения возрастала на несколько порядков величины. Авторы [20] нашли, что скорость усталостного растрескивания da/dN) на воздухе можно было выразить как [c.325]

Живучесть [скорость развития трещины при циклическом нагружении). Важной характеристикой конструктивной прочности, характеризующей надежность материала, является живучесть при циклическом нагружении. Живучесть — это способность металла работать в поврежденном состоянии после образования трещины. Живучесть измеряется числом циклов до разрушения пли скоростью развития трещины при данном 1гаиряжении. [c.73]

Анализ поведения материала с трещиной при циклическом нагружении требует учета контролирующего скорость роста трещины микромехаиизма, так как при реализации одного и того же макромеханизма ( например, типа I ) могут наблюдаться различные микромеханизмы усталостного разрушения квазивязкий отрыв - усталостные "вязкие" бороздки и квазихрупкий отрыв -усталостнь(е "хрупкие" бороздки (рис. 37, ), вязкий о трыв - ямочное разрушение, межзеренный хрупкий отрыв, внутризеренный хрупкий отрыв - скол. [c.60]

При комнатной температуре и данном значении LK большая разница между материалами по величине da/dN в значительной мере связана с различием в модуле упругости. Было показано [48], что для широкого набора суперсплавов уравнение da/dN = 1,7x10 (LK/ЕУ м/цикл, предложенное ранее Шпайделем (Speidel), позволяет прогнозировать различия в скорости роста трещины до 2 раз. Последствия, которыми для указанных сплавов чревато такое различие в темпах роста трещины, не так уж несущественны. Ниже будет показано, что роль этих различий усиливается в очень важном пороговом режиме h.K и при более высоких температурах. Теперь стало понятнее, что у любого сплава характер роста трещины при циклическом нагружении зависит от микроструктуры. [c.362]

Рис.10.12. Скорость роста dajdN короткой (темные символы) и длинной (светлые) трещин при циклическом нагружении мелкозернистого 1) и грубозернистого (2) сплава Nimoni API (HIP Astroloy) частота нагружения 40 Гц, R 0,1 [54] (а) и иллюстрация закрытия трещины в результате кристаллографического скольжения б)

Широкое распространение получила также зависимость Формэна [28] связывающая скорость развития трещины при циклическом нагружении с размахом коэффициента интенсивности напряжений АКх с критическим коэффициентом интенсивности напряжений Кс и коэффициентом асимметрии цикла р в виде (1.80), а также ряд других зависимостей, использующих силовые критерии механики разрушения (табл, 1.1.), и в первую очередь критерий, представленный в виде (1.81), где и — соот- [c.23]

Известные методы прогнозирования долговечности конструкционных элементов с трещинами при циклическом нагружении основаны на интегрировании зависимостей daldn — Ki max (ДК" ). В случае, если скорость стабильного роста усталостных трещин описывается формулой Париса, число циклов до разрушения определяется уравнением [c.231]

Предложена (С. Е. Гуревич) формула скорости роста трещин при циклическом нагружении, в которую входят размах приложенного коэффициента интенсивности напряжений АК среднее значение Кт макск.чальное значение в цикле нагружения К 1пах5 размах порогового значения ДД /л и предельно возможное значение Кс [c.232]

В соответствии с широко используемой инженерно-исследовательской практикой оценка сопротивления распространению трещин при циклическом нагружении сводится обычно к построению так называемой кинетической диаграммы усталостного разрушения (КДУР), устанавливающей зависимость между скоростью роста трещины о и коэффициентом интенсивности напряжений в вершине трещины (его амплитудным значением А/( или максимальным значением /(mas с учетом асимметрии цикла). Типичная КДУР строится в логарифмических координатах и имеет вид, показанный На рис. 15.20. На диаграмме обычно различают три участка (/—III). Важными параметрами, используемыми в расчетах на циклическую трещиностойкость, являются а) пороговый [c.243]

В соответствии с широко используемой инженерно-исследовательской практикой оценка сопротивления распространению трещин при циклическом нагружении сводится обычно к построению так называемой кинетической диаграммы усталостного разрушения (КДУР), устанавливающей зависимость между скоростью роста трещины V и коэффициентом интенсивности напряжений в вершине трещины (его размахом ДК или максимальным значением Ктах с учетом асимметрии цикла). [c.339]

Отметим, Что для усталостных трещин при циклическом нагружении влияние влаги может оказаться также весьма существенным. Например, в опытах Хартмана и Шийве в некоторых случаях наблюдалось десятикратное увеличение скорости роста усталостных трещин под действием влаги. [c.366]

Скорость роста коррозионной трещины при /Сгв > / i > Kis не зависит от режима нагружения во времени. Наиболее сложны и мало изучены явления усталостного развития трещин при циклическом нагружении в области Кг <. Ктзсс, в этой области происходит взаимное наложение и усиление-соизмеримых пластических и коррозионных эффектов. [c.434]

Отсутствие зон ускорения и торможения трещины при выбранных условиях программного нагружения очевидно можно объяснить тем, что напряжение течения в этом случае в 2-3 раза выше предела текучести при однобоном растяжении. Это обусловлено тем, что в вершине трещины возникает объемное напряженное, состояние [409L в Также тем, что скорость деформации при циклическом нагружении больше, чем при статическом деформировании. Приложение напряжений в этих y flOBHHjt приводит, по-видимому, к образованию впереди растущей трещины пластической зоны настолько малой протяженности, что и создаваемое повреждение структуры металла не оказывает заметного влияния на кинетику роста трещины при последующем цикле нагружения. [c.350]

Исследования отклика системы на скорость движения усталостной трещины открыли возможность резкого повышения информативности опытов по механическим испытаниям при учете критических точек [3]. Процессу разрушения, как и другим неравновесным процессам, свойственны стадийность и многомасштабность. При циклическом нагружении легче всего изучать особенности разрушения на различных масштабных уровнях [32-35]. Путь к этому открыла линейная механика разрушения, так как позволила описать локальное (у края трещины) напряженное деформированное состояние. При матическом на1ружении образца с предварительно созданной трещиной трудно обеспечить ус]ювия плоской деформации на фронте трепщны. Напомним, что условия плоской деформации предполагают образование у края трещины зоны пластической деформации, пренебрежительно малой по сравнению с длиной трещины. Для этого требуется испытать крупно1абаритные образцы при пониженной температуре (в случае пластичных материалов). [c.300]

При циклическом нагружении образцов с длинными трещинами эти условия всегда обеспечены, так как сам по себе вид нагружения при малых амплитудах нагружения обеспечивает сильную локализацию на фронте трещины, охватывая малые объемы по сравнению с длинной трещины. Использование подходов линейной механики позволило ввести в рассмотрение фактор времени путем измерения скорости роста трещины в зависимости от размаха коэффициента интенсивности напряжений АК=Ктах - К ш- Значения коэффициентов интенсивности напряжений К ах и Kmin рассчитываются на основе соотношений [c.300]

Коррозионная трещипостойкость металлов и сплавов при циклическом нагружении оценивается, как правило, на основании кинетических диаграмм усталости, на которых, как и в случае испытаний в инертных средах, скорость распространения трещины выражается как функция амплитудных значений коэффициента интенсивности напряжений АК (иногда максимального значения коэффициента интенсивности напряжений за цикл нагружения Kmmi). Из начального участка кинетической диаграммы определяют амплитудное пороговое значение исследуемой пары металл — среда для определенных условий испытания (коэффициент асимметрии, частота и форма цикла нагружения). [c.362]

Работоспособность материала с трещиной при циклическол нагружении в настоящее время предлагается определять по спектру пороговых значений коэффициента интенсивности напряжений [8], одно из которых соответствует моменту окончательного долома образца К с- В этом случае значения К с для всех способов обработки, кроме индукционной закалки, колебались от 26 до 30 МПа(/м, что недостаточно для определенного суждения о влиянии скорости охлаждения на циклическую трещиностойкость. После индукционной закалки значение коэффициента К с увеличилось до 36,3 МПа)/м, что указывает на более высокое сопротивление усталостному разрушению металла в этом состоянии. [c.178]

V Сопротивленад стали коррозионной усталости зависит и от формы цикла (от закономерности, по которой изменяются напряжение и деформации при циклическом нагружении). Форма цикла определяется условиями эксплуатации деталей и конструкций и бывает различной синусоидальной, пилообразной, трапецеидальной и прямоугольной. Цикл нагружения может быть как симметричным, так и асимметричным. Форма цикла влияет на процессы упрочнения металла в зоне перед вершиной трещины (зона предразрушения), а также на процессы накопления искажений кристаллической решетки, отдыха и перераспределения там напряжений. Кроме того, форма цикла, определяя скорость деформирования, а также время пребывания материала в деформированном состоянии, влияет на электрохимические (коррозия и наводороживание) процессы в трещине. При малоцикловом нагружении в синтетической морской воде и других средах наименьшая долговечность наблюдается для синусоидальной формы цикла при переходе к трапецеидальной форме, а затем к прямоугольной долговечность металла несколько возрастает. Отмечено, что форма цикла сказывается на сопротивлении усталости также при многоцикловом усталостном нагружении, однако в условиях малоцикловой усталости это влияние проявляется сильнее [21,71,72]. [c.51]

Скорость роста трещины усталости определяли методом податливости. Используя экспериментальную зависимость длины трещины от податливости, получали длину трещины а с точностью до 1,5 %. Скорость роста трещины усталости dajdN определяли путем графического дифференцирования кривой зависимости а от числа циклов N. Так как при циклическом нагружении возможна задержка роста трещины, зачетными результатами считались только данные, полученные на стадии стабильного роста трещины. [c.325]

Под циклической трещиностойкостью будем понимать склонность материалов к докритическому росту трещин при усталостном нагружении. При прочих равных условиях циклическая трещинвстойкооть материала определяет скорость докритического роста усталостных трещин и, тем самш, долговечность конструкцви при усталостном нагружении. [c.57]

В.В.Панасюк с сотрудниками [59 150, с. 42—49], использо. ав разработанные ими оригинальное оборудование и методики, определили значение pH в вершине развивающейся трещины и изучили его влияние на скорость роста усталостной трещины в стали 40X13 в коррозионной среде с исходным pH =8. Они также показали, что при статическом нагружении в стационарной трещине минимальное значение pH может снижаться до 2,3. Установлено, что характер изменения pH в вершине усталостной трещины зависит от начальных значений pH. При исходном значении среды pH =8 наблюдается непрерывное уменьшение его в вершине трещины до 1,7 в момент разрушения образца, а при исходном значении pH = 2,3 этот показатель снижается в вершине трещины перед разрушением образца до —0,4..Таким образом, при циклическом нагружении степень снижения pH в вершине трещины выше, чем при статическом нагружении, а ее абсолютное значение зависит от величины pH исходного раствора. На основании изучения кинетики коррозионно-усталостного разрушения показано, что с изменением исходных значений pH среды в вершине трещины меняется не только скорость ее роста, но и характер кинетических кривых. При pH = 8 на кинетической кривой скорости роста трещины имеет место плато, типичное для коррозионного растрескивания. При pH =2,3 плато практически отсутствует. Поддержание заданных электрохимических условий в рабочей камере не означает их стабилизации в вершине трещины. [c.106]

Рис. 10.13. Сплав Haynes 188. Скорость роста трещины da/dN при циклическом нагружении (ДАГ=348 МПа) в зависимости от частоты нагружения V и температуры Л =0,08 [59]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...