Влияние частоты нагружения на усталость

Влияние частоты нагружения на усталость начали исследовать давно. Однако во многих случаях эти исследования ограничивались низкими частотами, которые значительно ниже встречаемых в практике, поэтому сейчас нужны фундаментальные и систематические исследования усталости при высоких частотах переменной нагрузки. [c.234]

Влияние частоты нагружения на усталость изучали также на гладких круглых образцах диаметром 5—7,2 мм (табл. 6.6). Изменение сопротивления усталости от частоты нагружения для этой стали и сплавов показаны на рис. 6.4. [c.241]

ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ НАГРУЖЕНИЯ НА УСТАЛОСТЬ МЕТАЛЛОВ [c.241]

Следовательно, влияние частоты нагружения на усталость можно рассматривать как влияние на сопротивление усталости (пластическому деформированию) скорости деформирования, продолжительности действия напряжений и повышения температуры за каждый цикл нагружения. [c.242]

Влияние частоты нагружения на усталость металлов в условиях комнатных температур в основном состоит в следующем. С увеличением частоты нагружения (скорости деформирования) увеличивается число искажений в кристаллической решетке и усиливается дробление зерен на фрагменты и блоки, упрочняя этим металл. Степень упрочнения с повышением частоты нагружения увеличивается, достигает некоторого максимума, после чего или сохраняет свое значение, или начинает уменьшаться. [c.243]

Проблема правильной оценки влияния частоты нагружения на сопротивление усталости, помимо практического значения, представляет большой теоретический интерес, поэтому привлекает внимание многих исследователей [46, 63, 72, 86, 93, 105, 107— 109, 122, 123]. [c.234]

Влияние Частоты нагружения на сопротивление усталости показано на рис. 6.2. Графики зависимости —/ построены на базе испытаний 10 и 10 циклов и 10 с. [c.235]

На рис. 6.25 эти результаты представлены [27 ] в равномерно пропорциональном масштабе. Обнаруживается близкое совпадение экспериментальных данных с рассчитанными на основании уравнения (6.3) для частот нагружения 67 и 6,7 Гц. Однако при понижении частоты нагружения наблюдается зависимость скорости распространения трещины от времени нагружения, не обнаруживаемая при усталости при комнатной температуре. Эта зависимость от времени является довольно слабой, характеризуемой тем, что скорость распространения трещины увеличивается приблизительно в 10 раз при уменьшении частоты в 4000 раза. Укажем, что влияние частоты нагружения на зависимость этой скорости от времени довольно незначительно по сравнению с зависимостью от времени, обусловленной ползучестью. Кроме того, при 538 °С ползучесть практически не возникает. Поэтому можно считать, что зависимость скорости распространения трещины от частоты нагружения помимо ползучести обусловлена такими факторами, как деформационное старение и окружающая среда. [c.212]

Рис. 6.49. Оценка влияния частоты нагружения на высокотемпературную малоцикловую усталость нержавеющей стали 304 с помощью скорректированной по частоте нагружения— усталостной долговечности [60]

Рис. 38. Закономерности влияния частоты нагружения на предел усталости сталей по данным разных авторов

При динамических нагрузках частота приложения напряжений. может быть различной. Экспериментально установлено [13, 193 и др.], что повышение частоты нагружения обычно приводит к повышению усталостной прочности (рис. 38). Так, увеличение частоты с 10—60 гц до 1000—2000 гц повышает предел усталости на 5—20% при переходе от частот 50—100 гц к более низким частотам наблюдается снижение предела усталости. В работе [13] отмечается, что при обычных испытаниях на усталость влиянием частоты нагружения на долговечность в диапазоне 5- 10 —10 циклов в минуту (примерно 10—160 гц) можно пренебречь. В нашей практике усталостные испытания обычно проводятся при частотах 10—100 гц. С повышением уровня напряжений влияние частоты усиливается. Коррозионно-усталостная прочность возрастает с увеличением частоты. [c.97]

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]

Влияние коррозионного процесса на усталость выражается главным образом в ускорении пластической деформации, сопровождающейся образованием выступов и впадин. Именно поэтому разрушение от коррозионной усталости не является результатом аддитивного действия коррозии и усталости, а всегда больше их суммы. Такое влияние коррозии объясняет также, почему уровень устойчивости к коррозионной усталости в большей степени определяется коррозионной стойкостью, чем прочностью на растяжение. При низкой частоте нагружения предел коррозионной усталости снижается, так как увеличивается время коррозионного воздействия за один цикл [81]. КРН и коррозионная усталость имеют разные механизмы, поэтому чистые металлы, устойчивые к КРН, подвержены действию коррозионной усталости в той мере, в какой они подвержены общей коррозии. [c.163]

При высоких температурах с увеличением частоты нагружения на сопротивление усталости будут оказывать влияние и такие процессы, как релаксация напряжения, ползучесть, фазовые изменения, в своей совокупности они могут как понижать, так и повышать сопротивление усталости. [c.244]

В тех случаях, когда приходится Считаться с влиянием ползучести, важную роль играет также частота нагружения. На рис. 4.13 вверху показаны кривые усталости, полученные яри температуре 650° С и двух частотах нагружения 200 цикл/мин и 2500 цикл мин. [c.66]

Сопротивление усталости материалов в коррозионной среде может резко отличаться от сопротивления усталости на воздухе и в других малоактивных средах. Основными особенностями коррозионной усталости являются отсутствие физического предела усталости (рис. 4.36), отсутствие корреляции с прочностными характеристиками при статическом циклическом нагружении на воздухе (табл. 4.19), преимущественно межзеренное распространение трещин, сильное влияние частоты нагружения, уменьшение чувствительности к концентрации напряжений, вызванной надрезами разной формы, повышение усталостной прочности при увеличении размеров детали (образца). [c.328]

Влияние коррозии до испытания на усталость на предел выносливости стальных образцов (при изгибе с вращением на базе 10 циклов при частоте нагружения 30-70 Гц) [c.86]

Рис. 52. Влияние частоты циклического нагружения на характеристики усталости железа (а) и меди (б)

Обычно повторное нагружение с малой частотой приложения нагрузок сопутствует какому-либо другому виду нагружения — многоцикловой усталости, длительному статическому нагружению и поэтому не всегда учитывается. Однако в настоящее время стало ясно, что повторно-статическое нагружение, или так называемая малоцикловая усталость, оказывает существенное влияние на несущую способность материалов в конструкциях. Разрушения от повторно-статического нагружения встречаются в силовых элементах самолетов, кораблей, деталях систем управления, периодически запускаемых двигателях, сосудах давления и т. д. [c.97]

Влияние усталости на критическую температуру хрупкости стали ВСт.Зсп в зоне термомеханического старения показано на рис. 29, б. В этом случае критическая температура хрупкости Г р зоны старения после сварки в исходном состоянии выше основного материала ВСт.Зсп более чем на 10°С. В процессе работы на усталость Г р основного металла и зоны старения повышаются до 20°С. При использовании результатов исследований [77, 103] следует учитывать, что усталость накапливалась при высокой частоте — 20 Гц, что редко встречается в технике. Повреждаемость металла при малых частотах нагружения может быть выше, так как накопление усталостных повреждений при реальных частотах (до 1000 Гц) развивается более интенсивно. Большинство исследователей считают, что повышение частоты нагружения до 1000 Гц не влияет на предел выносливости, но дальнейшее повышение вызывает рост сопротивления усталости так, при частоте 20.Гц предел выносливости повышается на 40%. [c.80]

Влияние частоты нагружения на скорость распространения трещин усталости подробно изучалось Т. Екобори и К. Сато [436] методами механики разрушения. Испытывались образцы из алюминиевого сплава 2024-ТЗ и малоуглеродистой стали SM-50, представляющие собой полосу с центральным отвер- Стием и инициирующими прорезями. Частота нагружения изменялась в диапазоне от 1 до 8000 цикл./мин. Результаты эксперимента описываются зависимостью [c.199]

Влияние частоты нагружения на сопротивление термической усталости (т. е. роль длительности выдержки в цикле при Ь= = тах) оказывается неоднозначным число циклов до разрушения всегда уменьшается с увеличением длительности термоцикла, а суммарное время до разрушения может как уменьшаться, так и возрастать в зависимости от диапазона значений длительности цикла. Для многих материалов время до разрушения принимает минимальное значение при длительности цикла термонагружения ц=Зч-5 мпн. Это объясняется характером процесса циклической релаксации термонапряж ений. Наличие такого термоцикла, который вызывает ускоренное разрушение материала, необходимо учитывать при назначении режимов эксплуатации. Испытания же деталей на термоусталость по такому циклу позволяют сократить время до разрушения и одновременно получить достаточно большое число циклов. [c.189]

Изменение частоты приложения циклической нагрузки в диапазоне 3—100 Гц практически не влияет на усталость в воздухе гладких образцов из сталей различных классов. В то же время повышение частоты нагружения от 0,003 до 50 Гц увеличивает число циклов до разрушения кадмия и висмута, причем тем больше, чем ниже уровень циклической нагрузки (иногда на два порядка и больше) (Шиба-ров В.В. и др. [184, с. 29—32]), Увеличение частоты нагружения от 50 до 283 Гц резко снижает циклическую долговечность лантана и галлия. Для индия частотный фактор существенно зависит от уровня циклических нагрузок. Сложный характер зависимости частотного фактора авторы объясняют скоростным эффектом, влиянием частоты нагружения на суммарную деформацию и диабантным эффектом. Первый проявляется в значительной степени при низких частотах и несущественно — при высоких. Второй и третий эффекты проявляются в основном при высоких частотах. В зависимости от того, какой эффект вносит больший вклад, сопротивление усталости металлов при повышении частоты нагружения может увеличиваться или уменьшаться. Для алюминиевых сплавов частотный фактор в воздухе также может проявляться с интенсивностью, зависящей от их структурного состояния. [c.116]

Характер влияния частоты нагружения на коррозионную усталость зависит от того, в каких единицах измеряют долговечность. Если измерение проводить во времени, то при высокой частоте нагружения долговечность снижается значительнее. Если выносливость измерять в циклах, то она увеличивается с увеличением частоты. Например, сопротивление коррозионно-усталостному разрушению гладких образцов из алюминиевого сплава В95 с увеличением частоты нагружения от 3,3 до 100 Гц повышается тем значительнее, чем ниже уровень циклических напряжений. При испытании образцов с концентратором напряжений в присутствии коррозионной среды влияние частотного фактора в диапазоне 3,3 — 166 Гц не обнаружено в интервале напряжений 70-180 МПа (Карлашов А.В. и др. [186, с. 67-72]). [c.116]

Рис. 6.26. -Влияние частоты нагружения на скорость распространения трещины при малоцикловой усталости стали А286 в вакууме с разряжением 133.10 Па (I) и на воздухе (2) при 593 °С [24]

Существенное значение процессов, протекающих в металле, испытываемом на усталость, проявляется прежде всего во влиянии частоты нагружения. Сопротивление усталости характеризуется числом циклов и длительностью испытаний. Для характеристики влияния частоты можно использовать зависимость, рассмотренную Экелем [4] [c.70]

Влияние частоты нагружения на усталостную прочность при высокочастотном нагружении сказывается существенно слабее, чем при низкочастотном. Тем не менее непосредствейное использование данных, полученных при частотах 3000-5000 П , применительно к условиям циклического нагружения с частотами 50-200 Гц признается необоснованным. Характер частотной зависимости <г.1 обычно определяется в условиях, когда исключен разогрев образцов в процессе испытания. По данным Н.Д. Жукова, с повышением частоты от 00 до 2000 Гц сопротивление усталости сплава ЭИ617 при 850 увеличивается от 300 до 400 МПа для 10 циклов и от 260 до 320 МПа для 10 циклов. По достижении некоторого критического значения (1000-2(ю0 Гц) зависимость о. от частоты имеет максимум. [c.176]

Достижение предела усталости для материала оказывается возможным только в ограниченной области циклического нагружения. При возрастании числа циклов нагрулсения даже для сталей, для которых не наблюдались разрушения на базе 10 -10 циклов, дальнейшее нагружение сопровождается появлением разрушений [99]. Исследования на круглых образцах стали SUJ2, содержащей С — 1,01 % и Сг — 1,45 %, при частоте изгиба с вращением 50 Гц влияния длительного нагружения на усталостную прочность показали следующее (рис. 1.17). Постепенное снижение уровня напряжения позволяет достичь второго предела усталости. Разрушения материала между двумя пределами усталости связаны с возникновением усталостной трещины под поверхностью элемента конструкции. Поэтому основная долговечность детали с трещиной определяется периодом ее зарождения и распространения до выхода на поверхность. В рассмотренных результатах эксперимента соотношение между первым и вторым пределом усталости составило 0,552. [c.55]

Таким образом, даже если с некоторым допущением считать, что зависимость Тц— является прямой линией в логарифмической системе координат, использование обобщенных зависимостей типа Ы = =/(Ае, Тц) представляется неперспективным. Влияние частоты нагружения (т=1/тц) хорошо известно и для обычной механической усталости, однако, и в этом случае, несмотря на значительно больший экспериментальный материал,не установлена пока общая зависимость типа N = N 6, у), а влияние частоты анализируют по кривым механической усталости [c.76]

Расчетные уравнения, приведенные выше, относятся к случаям нагружения, когда статическое повреждение отсутствует. Кроме того, часто они базируются на опытных данных, полученных при нормальных температурах, когда влияние частоты нагружения (длительности цикла) незначительно. Испытания на малоцикловую усталость при повышенных температурах показали необходимость учета частоты, что было сделано Коффи-ным [90, 92] в виде [c.118]

Аналогичные результаты получили и при экспериментах на других сплавах. На рис. 6.27 приведено влияние частоты нагружения и температуры на скорость распространения трещины в кобальтовом сплаве HS188 (22 % Сг, 22 % Ni, 14 % W, 1,4 % Fe, 0,05 % La) при высокотемпературной усталости. Эксперименты проводили на воздухе. В области высоких частот нагружения распространение трещины характеризуется зависимостью от числа циклов нагружения и приводит к транскристаллитному разрушению, а в области низких частот — зависимостью от времени и приводит к интеркристаллитному разрушению. При повышении тем- [c.213]

Учебное пособие написано в рамках чтения лекций в МГТУ им. Н.Э. Баумана по курсу Конструкционная прочность машиностроительных материалов на факультете Машиностроительные технологии (кафедра Материаловедение ) и предназначено для студентов, обучающихся на материаловедов и машиностроителей. Среди механических свойств конструкционных металлических материалов усталостные характеристики занимают очень важное место. Известно, что долговечность и надежность машин во многом определяется их сопротивлением усталости, так как в подавляющем большинстве случаев для деталей машин основным видом нагружения являются динамические, повторные и знакопеременные на1 рузки, а основной вид разрушения - усталостный. В последние годы на стыке материаловедения, физики и механики разрушения сделаны большие успехи в области изучения физической природы и микромеханизмов зарождения усталостных трещин, а также закономерностей их распространения. Сложность оценки циклической прочности конструкционных материалов связана с тем, что на усталостное разрушение оказывают влияние различные факторы (структура, состояние поверхностного слоя, температура и среда испытания, частота нагружения, концентрация напряжений, асимметрия цикла, масштабный фактор и ряд других). Все это сильно затрудняет создание общей теории усталостного разрушения металлических материалов. Однако в общем случае процесс устаттости связан с постепенным накоплением и взаимодействием дефектов кри-сталтгической решетки (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций и дискли-наций, двойников, 1 раниц блоков и зерен и т.п.) и, как следствие этого, с развитием усталостных повреждений в виде образования и распространения микро - и макроскопических трещин. Поэтому явлению усталостного разрушения присуща периодичность и стадийность процесса, характеризующаяся вполне определенными структурными и фазовыми изменениями. Такой анализ накопления струк-туршз1х повреждений позволяет отвлечься от перечисленных выше факторов. В учебном пособии кратко на современном уровне рассмотрены основные аспекты и характеристики усталостного разрушения металлических материалов. [c.4]

Частота нагружения при малоцикловой усталости, вж)дящая в уравнение (5.25), отражает влияние длительнО Сти цикла нагружения в том смысле, что циклы разной длительности (с различными выдержками на максимальной температуре) создают различную статическую повреждаемость. Однако при разделении бщей повреждаемости на циклическую и статическую [c.119]

Учитывая, что большая часть металлических конструкций на практике работает при малых частотах нагружения, использовать для них результаты, полученные в более благоприятных условиях (при частоте 20 кГц), не всегда правомерно. Можно ожидать, что при малых частотах нагружения повренгдаемость будет выше, поэтому при дальнейших исследованиях влияния усталости на хладостойкость необходимо осуществлять накопление усталости также и при малых частотах. Это повысит трудоемкость экспери.мента в десятки, а может быть, и сотни раз, но приблизит условия испытаний к эксплуатационным. [c.80]

Многочисленными экспериментами установлено (см., например, 111], что жидкая среда, особенно коррозионная, не только увеличивает скорость роста усталостной трещины, но также изменяет характер самой диаграммы усталостного разрушения. Так, в наиболее общем случае взаимодействия чистой коррозионной усталости н коррозии под напряжением диаграмма усталостного разрушения в отличие от инертной среды (рис. 1, б, кривая 1) имеет вид, показанный на рис. 1, б кривой 2, который может существенно изменяться в зависимости от параметров нагружения (например, частоты нагружения [12]), структуры материала и физико-химических свойств среды (например, pH среды [131) При этом в отличие от испытаний в вакууме или на воздухе наблюдаются значительные расхождения в результатах исследований, выполненных по различным методикам на одних и тех же материалах и при одинаковых внешних условиях испытания, например, как указано в работе [14], в случае исследования влияния поляризации на кинетику усталостной трещины в алюминиевглх сплавах в 3,5 %-ном растворе Na l. [c.287]

На рис. 2 для металлических конструкционных материалов представлены графики, характеризующие влияние частоты симметричного циклического однородного растяжения — сжатия на относительные значения предела выносливости. При этом значения ст 1, взятые на базе 100 млн. циклов на одной из частот циклического нагружения, отнесены к значению предела прочности Ов, определенному при обычной скорости рас-тяигения на стандартных образцах. В таблице даны значения обычных частот в диапазоне 7-о11 по кривым усталости проводилась экстраполяция последних до базы 10 циклов Высокочастотные усталостные испытания велись на базе 10 —10 циклов на образцах с диаметром рабочей части около 6—7 мм в условиях водяного (для черных металлов) или воздушного (для легких сплавов) охлаждения [2]. Критерием усталостного разрушения образца во время обычных низкочастотных испытаний было его окончательное разрушение, а для высокочастотных испытаний — появление достаточно развитой усталостной трещины (глубиной 2—3 мм), вызывающей заметное снижение резонансной частоты продольных колебаний образца. [c.333]

Интересно сопоставить, как влияет скорость нагружения на характер взаимодействия усталостной трещины с включением. Установлено, что при частоте нагружения 33 Гц бороздки усталости огибают включения, которые задерживают трещину. При частоте нагружения 10 кГц трещина разрушает включения по механизму скола. Эти результаты свидетельствуют о некотором охрупчнвающем влиянии более высокой частоты, что согласуется с известными схемами вяакохрупког о перехода в металлах- [c.367]

Рассматривается проблема оптимизации с помощью ЭВМ технологии из-готовлешш деталей ГТД по критериям прочности с учетом действия высоких звуковых частот нагружения и эксплуатационных температур. Дается методика учета охлаждения заделки (для иодавления ползучести) ири расчете цаиряжений в образцах, моделирующих перо лопаток при испытаниях по схеме поиеречны.х колебаний на высоких звуковых и ультразвуковых частотах. Предложена математическая модель и дан пример ее практического использования для оптимизации режимов и законов программного или адаптивного управления операциями. На основе аналитического исследования деформаций в характерных концентраторах напряжений найдены обобщенные параметры для контроля состояния поверхностного слоя, отражающие влияние технологии на сопротивление усталости детали. [c.438]

Приведены результаты испытаний иа статический разрыв и малоцикловую усталость плоских образцов, вырезанных в продольном направлении пз сварных стыков труб, выполненных из перлитной стали 10ГН2МФА с антикоррозионной наплавкой внутренней поверхности материалом 08Х19Н10Г2Б. В сварном соединении имелись натурные дефекты типа мелких пор, рыхлот, шлаковых включений, неоплавлений протяженностью от 0,3 до 3,5 мм. Изучено влияние ремонтной операции на малоцикловую усталость сварного соединения. Условия испытаний те.мпература 293 К, частота нагружения 0,5—2,0 Гц, коэффициент асимметрии цикла по напряжению На — 0,006. Описаны особенности возникновения II развития разрушения по критерию длины трещины в зависимости от наличия и расположения исходных дефектов. [c.439]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...