Усталостное разрушение и его характеристики

Усталостное разрушение и его характеристики [c.177]

Характеристики усталостных свойств используются для выбора металла, его состава, структуры, средств упрочнения и обработки для выявления влияния технологии производства при проектировании деталей машин и элементов конструкций для выходного и промежуточного контроля качества металла по усталостным свойствам для установления зон, подверженных усталостным разрушениям и разработке технологии ремонта для установления общих сроков службы деталей, а также периодичности осмотра и дефектоскопного контроля для установления остаточной прочности после определенной наработки или при возникновении усталостных повреждений для проверки ответственных деталей перед эксплуатацией. [c.8]

При скоростях установившейся ползучести более 5 1СГ цикл" наступает квазистатическое разрушение, при меньших скоростях — усталостное. Напряжения и соответствующие им долговечности Л/ являются характеристиками материала, определяющими его работоспособность и склонность к хрупким разрушениям при циклическом нагружении. В табл. 12 приведены а л N для некоторых сплавов. [c.97]

Конечная цель всех исследований закономерностей усталостного разрушения управлять процессом распространения трещин путем его моделирования, вводя обоснованный контроль в зонах распространения трещин, сопоставляя прогноз с реализуемым процессом. По результатам контроля уточняются данные моделирования и обосновывается периодичность осмотров деталей по критерию роста трещин, а также разрабатывается система воздействия на деталь с трещиной в условиях эксплуатации или при ремонте с целью уменьшения скорости роста трещины вплоть до ее полной остановки. С точки зрения организационной структуры несомненно, что полностью система управления может быть реализована при взаимодействии многих организаций и научных направлений. Вместе с тем следует выделить решение задачи, являющейся основной, связанной с представлением о том, как ведет себя металл с развивающейся усталостной трещиной при эксплуатационном нагружении. В этом направлении выполнено множество исследований, которые обобщены, например в [6-11]. Из рассмотрения в качестве характеристики процесса разрушения скорости роста трещины и коэффициента интенсивности напряжения изучены различные внешние воздействия для множества конструкционных материалов. Однако все попытки ввести единообразное описание кинетического процесса до настоящего времени не дали положительного результата. [c.21]

ЦИКЛОВ С использованием соответственно пересчитанных механических характеристик материала. Предположим, что рассматриваемый слоистый композит содержит начальную поперечную сквозную трещину длиной 2а. Тогда первые несколько циклов нагружения при заданных отношениях напряжений и амплитуды максимального напряжения не приведут к существенным изменениям напряженного состояния у кончика трещины. Последующее длительное воздействие циклической нагрузки вызовет изменения в матрице, волокнах и поверхности раздела. Этот процесс описывается уравнениями (2.6), (2.7). Наступает момент, когда характеристики жесткости и прочности композита изменяются настолько, что появляется возможность распространения трещины в наиравлении нагружения, как показано на рис. 2.27. Вначале рост трещины устойчив — это было показано ранее. Следовательно, геометрия образовавшейся трещины такова, что материал еще может безопасно подвергаться дальнейшему нагружению. При этом продолжается уменьшение модулей упругости и прочности, что, вероятно, вызывает ускорение роста трещины. В конечном итоге после многократного повторения циклов нагружения свойства материала ухудшаются настолько, что при амплитудном значении напряжения трещина прорастает катастрофически и наступает усталостное разрушение. Однако следует иметь в виду, что в результате действия механизмов, тормозящих разрушение, как в случае слоистого композита со схемой армирования [0°/90°] , усталостное испытание может закончиться разрушением образца вследствие падения его прочностных свойств. В процессе усталостного нагружения могут, кроме указанного, проявиться и другие механизмы разрушения, такие, как разрушение волокон в окрестности кончика трещины из-за высокой концентрации напряжений. За этим может последовать распространение поперечной трещины, как показано на рис. 2.31, или межслойное разрушение (расслоение) вблизи надреза (рис. 2.16), или вдоль свободных кромок образца (рис. 2.17). В любом из этих случаев развитие процесса разрушения поддается предсказанию. Получив количественную оценку протяженности области разрушения (определяемой как а или а), можно установить соотношения da/dN или da/dN и сравнить их с экспериментальными данными. [c.90]

Определение параметра фрикционной усталости t является важной задачей при количественной интерпретации усталостного механизма разрушения. Способы его прямой и косвенной оценки кратко рассматривались ранее. Результаты, приведенные выше, свидетельствуют о том, что метод количественного анализа структурных изменений может быть предложен в качестве нового прямого метода определения параметра t. Достоинство этого метода заключается в том, что структурные изменения являются комплексной характеристикой, отражающей воздействие на материал как условий трения, так и влияние окружающей среды. Полученные значения t показывают, что процесс трения осуществлялся в области пластического контакта, где его величина чаще всего равна 2—3. При испытании на модели фрикционного контакта для стали 45 другим методом получено приближенное значение f = 1,3 1511. [c.73]

Предел выносливости — это максимальное значение переменного напряжения при симметричном цикле, при котором образец, изготовленный из данного материала, не претерпевает усталостных разрушений практически бесконечно долго. Предел выносливости является основной динамической характеристикой металла и служит критерием его прочности при переменных напряжениях. [c.21]

На сопротивление усталости деталей машин и частей сооружений оказывает существенное влияние ряд факторов состав и структура материала вид напряженного состояния и характер изменения его во времени форма и размеры нагружаемых объектов состояние поверхности остаточная напряженность температура активность окружающей среды и др. В связи с этим определить расчетным методом пределы выносливости для реальных конструкций, в которых, как правило, действуют многие из перечисленных выше факторов, чрезвычайно трудно. В настоящее время ведутся активные исследования, касающиеся вскрытия природы усталостного разрушения [65, 145, 177] и разработок аналитического прогнозирования усталостных характеристик для различных конкретных практических случаев [73]. [c.17]

Пока пе удалось построить соответствуюш,ую таким представлениям математическую модель процесса усталостного разрушения, которая позволила бы по некоторым количественным характеристикам свойств материала и неоднородности его [c.465]

Единственной причиной выхода из строя вращающегося подшипника, выбранного в полном соответствии с заданными условиями его эксплуатации (т. е. при обеспечении оптимальных условий для его установки, смазки, охлаждения, защиты от внешней среды и т. д.) является усталостное разрушение материала, возникающее на поверхностях качения в результате воздействия того или иного числа повторяющихся и (или) знакопеременных напряжений сжатия и сдвига. Поэтому начальный период усталостного разрушения элементов подшипника качения определяется по отслаиванию частиц металла с поверхностей качения, которое происходит в результате возникновения трещины под поверхностью качения. Трещина, увеличиваясь в размерах, выступает на поверхность, образуя углубление. Установлено, что причиной возникновения усталостной трещины в металле являются ортогональные напряжения сдвига, действующие на некоторой глубине от поверхности качения. Обычно усталостные трещины образуются на участках, ослабленных микроскопическими шлаковыми включениями, поэтому химический состав, металлургическая структура и однородность стали при прочих равных условиях существенно влияют на усталостные характеристики подшипника. В этих условиях вероятность надежной работы подшипника (или надежность) можно выразить уравнением J — NJN, где jV — количество подшипников, отработавших заданное число оборотов и ие имеющих следов усталостного разрушения N — общее количество подшипников в данной партии. [c.416]

Сложность прогнозирования поведения металлических материалов при циклическом нагружении обусловлена его зависимостью от многих факторов. Это связано с тем, что процесс зарождения и распространения усталостной трещины локален. При этом определяющими являются высокие локальные напряжения в объемах металла, соизмеримых с размерами его структурных составляющих, обусловленные уровнем внешних нагрузок, цикличностью нагружения, состоянием поверхностного слоя, концентрацией напряжений, масштабным фактором и рядом других факторов. Это приводит к тому, что определяющими при усталостном разрушении являются не осредненные характеристики сопротивления деформированию и разрушению, определяемые при статическом нагружении на образцах достаточно больших размеров, а локальные характеристики и их сочетания, которые трудно поддаются исследованию и количественному определению. Без учета основных факторов, влияющих на циклическую прочность металлических материалов, нельзя получить достоверные характеристики сопротивления усталостному разрушению деталей машин [1]. [c.208]

О. В. Соколов и Ю. Г. Стефанович предложили приближенный ускоренный метод оценки нагруженности шестерен и подшипников трансмиссий автомобилей новой и старой моделей путем сравнения темпа роста повреждающей силы. При этом методе сравниваются параметры режимов работы оцениваемой детали и характеристики ее несущей способности с параметрами и характеристиками аналогичной детали автомобиля другой марки, для которого уже известны данные по эксплуатационной надежности. Предполагается, что зубчатое колесо может выйти из строя как вследствие статической поломки зуба, так и из-за его усталостного разрушения подшипник — только вследствие усталостного разрушения. Относительный темп накопления повреждения зависит от несущей способности детали, от ее расположения по длине трансмиссии и от нагруженности. [c.262]

И. А. Одингу и его сотрудникам принадлежит ряд работ по изучению причин возникновения явления усталости и установлению критерия прочности металлов при повторно-переменных напряжениях эти исследования приве.ти к разработке ряда эффективных мероприятий по устранению разрушений деталей машин от усталости. В результате всестороннего изучения вопроса о так называемой циклической вязкости (способности материала, не разрушаясь, поглощать в необратимой форме за один цикл смены напряжений определённое количество энергии), как основной характеристики материала при повторно-переменных нагрузках, И. А. Одингом была выдвинута новая теория усталостного разрушения металлов (теория гистерезисной энергии). [c.771]

Как указывалось ранее, осевые компрессоры могут быть дозвуковыми и сверхзвуковыми. Сверхзвуковой осевой компрессор имеет меньшее число ступеней, чем дозвуковой, для создания одного и того же значения Пк, следовательно, и меньшую массу, но обладает менее благоприятным протеканием характеристик. Поэтому требуется более трудоемкая его отработка для обеспечения необходимой газодинамической устойчивости. Кроме того, лопатки, имеющие сверхзвуковые профили, очень чувствительны к повреждениям посторонними предметами при их попадании в проточную часть. Повреждения лопаток, чаще в виде забоин, являются концентраторами напряжений и приводят к усталостному разрушению лопаток. Таким образом, для уменьшения массы компрессора целесообразно сверхзвуковыми выполнять лишь несколько ступеней. [c.58]

Проверка усталостной прочности конструкции вертолета расчетным путем или путем стендовых испытаний не может дать полной гарантии от усталостных разрушений. Очень трудно заранее учесть все факторы, действующие в действительных условиях работы конструкции вертолета и определяющие его усталостную прочность. Если даже и удалось сравнительно точно определить внешние нагрузки, то еще нельзя сказать, что по ним можно определить напряжения. Для этого необходимо знать характеристики вибрации конструкции, жесткость конструкции отдельных опор и жесткость всей конструкции, упругие деформации различных частей конструкции, а вследствие этого и дополнительно возникающие усилия. [c.209]

Испытания на КСТ проводят путем предварительного выращивания за короткий промежуток времени усталостной трещины при высоком уровне размаха напряжения. Высокий уровень напряжения интегрально воздействует на все объемы материала. Определение величины КСТ осуществляют на маятниковом копре путем долома образца с трещиной при высокой скорости деформации. Все этапы нагружения образца направлены на включение в процесс деформации и разрушения материала не отдельных его структурных элементов, а конгломерата зерен. Низкая величина КСТ служит браковочной характеристикой вязкости разрушения материала, но такая оценка способности материала сопротивляться [c.382]

Уравнение (4.5) при всей своей привлекательности имеет общий недостаток — в него введена предельная величина КИН (вязкость разрушения), что для его практического использования при анализе процесса усталостного разрушения элементов авиационных конструкций вносит существенную неопределенность. Как было показано в главе 2, предельное состояние элемента конструкции с усталостной трещиной определяется широким спектром величин вязкости разрушения, поскольку она существенно зависит от условий нагружения. Не менее сложным является вопрос об определении величины показателя степени в соотношении (4.4). Он не может быть рассмотрен как интегральная характеристика затупления трещины по некоторому отрезку ее фронта с переменной кривизной и ориентировкой направления локального подрастания трещины. Тем более что параметры зоны затупления (зоны вытягивания) — ее высота и ширина — тоже существенно зависят от условий нагружения, например от температуры (см. главы 2 и 3). Наконец, как было показано выше, пластическое затупление вершины трещины происходит в каждом мезотуннеле индивидуально . Оно существенно зависит от того, каким образом сформированы перемычки между мезотунне-лями. Перемычки не только определяют условия раскрытия вершины мезотуннеля, но и влияют на величину скорости роста трещины, при которой [c.189]

Определение долговечности по приведенному методу учитывает как наиболее важные характеристики процесса нагрузки (плотность вероятности амплитуд, отклонение процесса), так и использованного материала (кривая циклического деформирования, кривая долговечности при гармонической нагрузке). Кроме того, метод позволяет определить вероятность появления усталостного разрушения, что является его одним из наиболее важных аспектов. С точки зрения гадежоости для данного процесса и изделия можно предсказывать вероятность разрушения или проектировать детали по заданной вероятности усталостного разрушения. Различные параметры нагрузки, такие, как ее способ (мягкий, жесткий), асимметрия цикла и скорость (частота), учитываются при вычислении благодаря использованию соответствующей кривой циклического деформирования [4]. Из рис. 3 видно, что экспериментальные и теоретические долговечности дают хорошую сходимость, и поэтому предложенный метод можно считать приемлемым. [c.109]

Разрушение деталей первой группы ухудшает внешний вид кузова, не вызывая изменения его прочностных характеристик. К моменту коррозионных разру пений деталей второй группы снижается жесткость и накапливаются усталостные разрушения в наиболее нагруженных деталях кузовов, к числу которых, например, относятся стойки боковин кузова, лонжероны. [c.187]

Влияние вакуума на усталостные свойства магния и его сплавов с торием и литием при давлениях от 98 а н/л<2 до 1,33 mkhIm (от 1 ат до 10 мм. рт. ст.) изучено в работе [399]. Разрушающее напряжение на базе 10 циклов возрастало в вакууме на 40—50 /о. При напряжениях, близких к пределу текучести этих материалов, число циклов до разрушения увеличивалось в 3—12 раз. При испытании образцов с силиконовыми и полиамидными покрытиями в воздушной среде наблюдалось примерно такое же возрастание усталостных характеристик, как и для образцов без покрытия в вакууме. [c.437]

По мере увеличения нагрузки влияние состава масла и наличия присадок на усталостную прочность сказывается все меньше, поскольку превалирующим фактором становится уровень механических напряжений. При давлении порядка 3 ГПа и выше усталостная долговечность не зависит от состава масла. При давлении 2 ГПа трансмиссионное масло ТАД-17и, содержащее химически активные противозадирные присадки, в 25 раз снижает усталостную долговечность по сравнению со слаболегированным маслом МТ-8п Г64Д. При давлении 1,67 ГПа и температуре 100°С введение серосодержащей присадки в белое медицинское масло значительно улучшает его антипиттинговые свойства. Однако снижение давления до 1 ГПа и температуры до 29°С приводит к более раннему возникновению питтинга на самом базовом масле и стимулированию питтингообразования серосодержащей присадкой t61j. Противоизносные и противозадирные присадки могут как тормозить, так и промотировать усталостное разрушение, причем в зависимости от условий испытания эффект определяется составом базового масла, химическим, коллоидным строением и концентрацией присадок, их химической активностью, поверхностными свойствами и адсорбционной способностью, характеристиками металла, уровнем [c.28]

Предельное состояние по накоплению усталостного повреждения в смысле образования трещины или полного усталостного разрушения характеризуется достижением величины й некоторого предельного значения а А, которое вообще зависит йот типа материала и от протекания изменения переменных напряжений, характеризуемого соответствующим спектром. Для характеристики сопротивления металла накоплению повреледения не только по числу циклов, но также в напряжениях используются вторичные кривые усталости. На эти кривые наносятся суммарные числа циклов, накопленные на всех уровнях напряжений, необходимые для образования трещины или разрушения, в зависимости от величины одного из напряжений спектра (например, минимального), характеризующего его уровень. При переходе от спектра с одним уровнем к спектру с другим все напряжения спектра пропорционально изменяются. На рис. 5 приведены исходная и вторичная кривые усталости для чугуна. Из вторичной кривой усталости вытекает значение вторичного предела усталости. При соблюдении линейного накопления повреждения, одинакового на всех уровнях, левые ветви исходной и вторичной кривых параллельны. [c.385]

Возникновение механики хрупкого разрушения и введение новой характеристики материала — его тре-щиностойкости — значительно расширили теоретическую и экспериментальную базу изучения явлений усталости материалов. К настояш ему времени уже разработан ряд методов теоретичес-ского и экспериментального исследования распространения усталостных треш ин (см., например, [28, 124, 145, 150, 156]). [c.190]

Трещина за каждый цикл нагружения получает незначитель-Бое приращение, так что ее распространение можно считать ква-зистатическим, пренебрегая динамическими эффектами. Как показывают расчеты, коэффициент интенсивности напряжений Ки у вершины трещины вдоль ее траектории развития практически равен нулю. Поэтому при определении живучести можно использовать зависимость скорости распространения трещины от коэффициентов интенсивности напряжений, установленной экспериментальным путем на опытных образцах с трещиной при разрушении нормальным отрывом, когда /Сы=0. Зависимость, связывающая скорость роста трещины и наибольший коэффициент интенсивности напряжений Ki цикла /Стах или его размах А/С=(1—ЮКтах лри постоянном коэффициенте асимметрии цикла Я = Кт1п/Ктах и всех других условиях испытаний, дается диаграммой усталостного разрушения (см. рис. 12, где изображена схема типичной диаграммы усталостного разрушения в логарифмических координатах Igv—Ig/ max). По диаграмме усталостного разрушения устанавливают следующие основные характеристики циклической трещиностойкости материала [89] [c.42]

Баушинге ) провел исследование свойств мягкой стали в условиях загружения материала циклами напряжений ). Он нашел, что если образец подвергся растяжению выше начального предела упругости при растяжении, то его предел упругости при с катии понижается. Значение последнего можно поднять, подвергая образец сжатию однако если это сжатие превзойдет изве-сппый предел, то снизится продел упругости при растяжении. Подвергая образец нескольким циклам загружения, представляется возможным установить два таких предела, в интервале между которыми образец ведет себя идеально упруго. Баушингер на швает эти два предела естественными пределами упругости при растяжении и сжатии. Он предполагает, что начальные пределы упругости зависят от технологических процессов, которым подвергается материал, естественные же пределы являются истинными физическими характеристиками. Он утверждает, что до тех пор, пока материал остается внутри естественных пределов упругости, он сохраняет способность выдержать неограниченное число циклов и ему не угрожает опасность усталостного разрушения. [c.337]

Испытания на СРТУ листов толщиной 1,6 мм алюминиевого сплава 1424 Т1 (система Al-]Vlg-Li) в работе [91] проводили в соответствии с требованиями американского стандарта ASTME 647-95. Использовались образцы в виде пластины с центральным надрезом (образец типа ЦНР). Общим требованием к этим образцам явилось то, чтобы отношение рабочей длины образца х к его ширине W было достаточно большим, т.е. L/W >1,2. Было показано, что уменьшение длины образца ниже рекомендуемого стандартами на методы испытаний приводит к небольшому увеличению скорости роста усталостных трещин и заметному снижению характеристик вязкости разрушения. [c.144]

I) объемах металлов, соизмеримых с размерами его структурных составляющих, обусловленные уровнем внешних нагрузок, цикличностью нагружения, структурной неоднородностью и остаточными напряжениями наличие, особенно в зоне высоких локальных напряжений, дефектов в виде субмикротрещин, пор, включений и т. п. совмещение в локальных объемах металла высоких напряжений и imsKoro сопротивлеиия разрушению сосредоточение достаточно большого количества подобных объемов, что увеличивает нероятность зарождения трещины таких размеров, при которых возможно се дальнейшее развитие отсутствие условий, препятствующих развитию трещин и т. п. Это приводит к тому, что определяющими при усталостном разрушении являются не осредненные характеристики сопротивления деформированию и разрушению, определяемые при статическом нагружении на образцах достаточно больших размеров, а локальные характеристики и их сочетания, которые трудно поддаются исследованию и количественному определению. Кроме того, неизбежно рассеяние этих характеристик. [c.133]

Статистическая теория прочности наиболее слабого звена н градиентная теория масштабного эффекта формула построена на основе нового критерия подобия L/G усталостного разрушения, где L — часть периметра опасного поперечного сечения, прилегающая к зонам максимальных напряжений а — новая характеристика материала, зависящая от его чувствительности к концентрации напря- жений и абсолютных размеров поперечного сечения образцов. Формула приведена для гладких образцов [406, 851] [c.161]

Непрерывному процессу распространения усталостной трещины соответствует развитие разрушения с формированием определенных параметров рельефа излома в виде усталостных бороздок, псевдобороздок и иных параметров рельефа излома. Все они в совокупности и каждый параметр отдельно отражают единичные акты дискретного нарушения сплошности материала. Не все параметры рельефа могут быть использованы в качестве количественной характеристики величины прироста трещины. Однако каскад событий в процессе распространения трещины таков, что в каждом цикле нагружения происходит дискретное подрастание трещины. Поэтому в среднем монотонное (непрерывное) развитие трещины на масштабном макроскопическом уровне его рассмотрения связано с дискретным, поцикловым подрастанием трещины на всех масштабных уровнях. [c.202]

Анализ получаемых данных осуществляется на основе суммарного и разностного сигналов соответственно RE и RE в каждой точке поверхности. В результате этого информация не зависит от коэффициента усиления. Апертура детекторов является известной характеристикой, что в результате позволяет по соотношениям (4.44) достаточно точно вычислять угол наклона участка излома для каждой его точки и восстанавливать профиль поверхности. Указанный подход был использован в анализе профиля усталостных бороздок для разрушенного образца из сплава АК6 [87]. Анализ профиля усталостных бороздок был выполнен на РЭМ Hita hi S-800 с разрешением не менее 2 нм. [c.218]

Некоторые из своеобразных характеристик распространения области разрушения у композитов имеют неносредствен-ное отношение к концепции предварительного неразрушающего нагружения (под которым понимается нагружение элемента конструкции, не приводящее к исчерпанию его несущей способности). Имеется в виду такая особенность композитов, как рост трещины в одном из нескольких возможных нанравлений в зависимости от размеров концентратора напряжения и условий нагружения (статическое или циклическое). Основные принципы метода предварительного нераз-рушающего нагружения можно сформулировать следующим образом. Если задан некоторый элемент конструкции, обладающий определенным статистическим распределением дефектов, то можно изменить это распределение, используя неразрушающее нагружение. Таким образом, по существу, можно обеспечить отсутствие в конструкции дефектов, превышающих своими характерными размерами некоторый предел. После такого нагружения, основываясь на максимальных начальных размерах дефекта, можно предсказывать время усталостного нагружения конструкции, когда трещина будет расти устойчиво. [c.98]

Эрозия как явление усталостного характера начинается при определенной величине давления в месте соударения. После перехода этого порога возникают контактные усталостные повреждения. Скорость процесса эрозии зависит не только от механических свойств материала, но и от особенностей его отдельных структурных составляющих, которые могут приводить к неоднородной деформации и разрушению поверхностного слоя в наиболее слабых местах. Для характеристики эрозиостойкости материала служат кинетические кривые, построенные в координатах скорость относительной потери [c.241]

В работах Л. Г. Седракяна (1958 и сл.) предложена статистическая теория деформирования и разрушения хрупких материалов, позволяющая выявить некоторые особенности сопротивления деформированию реальных конструкционных материалов типа чугуна, бетона, горных пород и др. В основе теории лежит схема идеально неоднородного материала, причем реальные характеристики деформирования зависят от одной произвольной функции (функция распределения неоднородности материала по данному признаку неоднородности) и постоянной материала (коэффициент трения), которые определяются из опыта. Эта модель позволяет объяснить постепенный характер процесса разрушения, усталостную и долговременную прочность, увеличение объема материала при его преимущественном сжатии, наличие нисходящей ветви диаграммы сжатия — растяжения и др. [c.408]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...