Механические свойства, определяемые при циклическом нагружении

Зависимость от характеристик механических свойств определяется ПО данным кратковременных или длительных статических испытаний гладких лабораторных образцов. Влияние величин т , и г на предельную деформацию устанавливается (рис. 1.5, а) из длительных циклических испытаний с учетом упомянутых выше методических трудностей. При увеличении температуры эксплуатации времени нагружения т и коэффициента асимметрии цикла разрушающие деформации падают (кривая малоциклового разрушения смещается вниз и влево). Для макси- [c.18]

Для случая нормальных, повышенных и высоких температур разработаны методы определения повреждений в форме деформационно-кинетических критериев малоциклового и длительного циклического нагружений. При этом усталостные повреждения определяются кинетикой пластических, или необратимых циклических деформаций, а квазистатические, или длительные статические повреждения — накоплением односторонних деформаций (циклическая анизотропия свойств, асимметрия по напряжениям, выдержкам и температурам, ползучесть), причем в обоих случаях учитывается изменение механических свойств во время циклического нагружения. Предложено, экспериментально исследовано и подтверждено условие линейного суммирования усталостных и квазистатических (длительных статических) повреждений на стадии образования трещины. [c.274]

Во второй части представлены результаты изучения физических свойств, кристаллической и дислокационной структуры металлов при деформации и термической обработке. На основе общих положений теории дислокаций описаны процессы упрочнения и ползучести, изменения магнитных, электрических и механических свойств при статическом и циклическом нагружении. Показано, что характером тонкой кристаллической структуры определяются свойства магнитомягких материалов и макроскопическая неоднородность. [c.4]

Структура, взаимодействие компонентов и механические свойства композиционных материалов в значительной мере зависят от методов и режимов их изготовления [54]. Так, например, ири изготовлении композиции по режимам, характеризующимся отклонением параметров процесса от оптимальных в сторону снижения температуры, давления и сокращения времени выдержки, реализуется лишь начальная стадия физико-химического взаимодействия компонентов механизм разрушения полученного композиционного материала определяется в этом случае прочностью связи матрицы с волокном. Материал ири нагружении разрушается за счет накопления трещин на границе матрица—волокно и последующего раздельного разрыва частично связанного пучка армирующих волокон и матрицы. Разрыв какого-либо волокна приводит обычно к отслоению его от матрицы, вследствие чего в процессе дальнейших испытаний данное волокно не несет нагрузки. При таком механизме матрица разрушается с образованием воронок вокруг индивидуальных волокон или их комплексов зона разрушения матрицы обычно локализована в плоскости, перпендикулярной к направлению нагрузки волокна выдернуты из матрицы на значительную длину, область разрывов отдельных волокон распределена вдоль оси образца. Такой материал характеризуется высокой ударной вязкостью, сравнительно невысокой прочностью ири растяжении, низкими значениями циклической прочности, прочности при сдвиге, сжатии, изгибе, кручении и т. д. [c.10]

Механические свойства конструкционных материалов определяют экспериментально специальными механическими испытаниями образцов, причем вид механического испытания назначают в зависимости от условий нагружения детали, подлежащей изготовлению из данного конструкционного материала. Механические свойства стали определяют при статических, динамических и циклических режимах приложения нагрузок, а также при пониженных, нормальных или повышенных температурах. Испытуемые образцы можно нагружать по различным схемам (одноосное растяжение — сжатие, чистый или поперечный изгиб, кручение). В за-виси.мости от времени воздействия нагрузки на испытуемый образец испытания могут быть кратковременными или длительными. Почти все методы механических испытаний стали (за исключением метода испытания твердости) являются разрушающими, что исключает возможность стопроцентного контроля механических свойств деталей машин или элементов конструкций и обусловливает весьма высокие требования к точности механических испытаний образцов (или контрольных деталей). [c.454]

Предложения [14, 15] но методу расчета применительно к высокотемпературным атомным энергетическим установкам являются развитием расчета при отсутствии ползучести, и между ними существует определенная преемственность. В расчете размахов местных неупругих деформаций используется соотношение типа Нейбера, кривая циклического деформирования формируется на основе характеристик сопротивления деформированию, зависящих от изменения температур и длительности полуцикла. При формировании циклов рассматривается процесс изменения приведенных местных деформаций от эксплуатационных нагрузок (теория наибольших касательных напряжений). Уравнение кривой усталости включает упругую и пластическую предельные деформации, зависящие от температуры и длительности нагружения. Эти деформации определяются через базовые характеристики механических свойств при кратковременном и длительном нагружении. [c.38]

На основе принципа обобщенной диаграммы циклического деформирования величина циклической пластической деформации в различных полуциклах нагружения определится уравнением (2.10), а с учетом кинетики механических свойств материалов при высокотемпературном нагружении — уравнением (4.12) с кинетическими функциями для различных по циклическим свойствам материалов в форме (4.14) и (4.15). Тогда с учетом выражений (4.18), (4.12) и условия = 2 уравнение (4.20) примет вид [c.100]

Явления малоцикловой усталости могут быть обусловлены внешними механическими воздействиями (давление, нагрузка и т. д.) или термическими эффектами вследствие появления температурных градиентов, различия физико-механических свойств материалов и т. д. при повторном изменении режимов работы оборудования. Малоцикловые разрушения, когда процесс формирования предельных повреждений определяется в основном действием циклических температурных напряжений, называют разрушениями от термической малоцикловой усталости. Это частный случай неизотермического малоциклового разрушения, которое может возникать в результате как механического неизотермического, так и термоусталостного малоциклового нагружения. [c.4]

Первым, кто предложил определять механическую составляющую коэффициента трения скольжения в экспериментах с катящимися телами, был Д. Табор [231]. На рис. 3.14 представлены экспериментальные результаты, полученные в [180], где изучалось контактное взаимодействие стального шара с резиновыми образцами в условиях качения и скольжения. Для уменьшения адгезионной составляющей силы трения при скольжении в качестве смазки использовалось мыло. Как следует из результатов измерений, представленных на рис. 3.14, коэффициенты трения в контакте качения и скольжения мало отличаются друг от друга. При номинальном давлении, меньшем, чем 3-10 Па, экспериментальные значения коэффициента трения близки к теоретической кривой, рассчитанной по гистерезисной теории трения [232]. Согласно этой теории, построенной для исследования трения качения, коэффициент трения качения рассчитывается по формуле (3.78). При этом предполагается, что коэффициент а. зависит от вязкоупругих свойств материала и скорости качения. Значение коэффициента а. определяется из экспериментов на циклическое нагружение материала. [c.177]

Для определения кривых циклического упрочнения изучают циклический наклеп, для чего образец подвергают циклической деформации так, чтобы на каждом цикле АВр оставалась постоянной, и находят напряжения, необходимые для получения этой деформации в последующих циклах. Зависимость этих напряжений от суммарной пластической деформации определяет кривую циклического упрочнения, подобную статической диаграмме деформации. Диаграмма напряжение-деформация для циклически стабильного состояния дает важную информацию об изменении макро-механических свойств материала во время процесса усталости. Положение кривой циклического упрочнения по отношению к кривой монотонного статического упрочнения позволяет получить информацию упрочняется или разупрочняется металл при циклическом нагружении (рис. 1.6). [c.11]

К матрицам предъявляются следующие эксплуатационные требования. Механические свойства матрицы должны обеспечить совместную работу армирующих волокон при различных видах нагрузок. Прочностные характеристики материала матрицы являются определяющими при сдвиговых нагрузках, при нагружении композита в направлениях, отличных от ориентации волокон, а также при циклическом нагружении. Природа матрицы определяет уровень рабочих температур композита, характер изменения свойств при работе во влажной среде и при других воздействиях, т. е. устойчивость композита по отношению к воздействиям внешней среды. Частично от матрицы зависят также теплофизические, электрические и другие свойства композита. [c.415]

В ряде работ ([1] и др.) показано, что стойкость горячих штампов в большинстве случаев лимитируется явлениями термо-меха-нической усталости. Соответственно работоспособность штамповых сталей определяется кинематическими закономерностями изменения свойств материала в условиях циклического температурно-силового нагружения [2]. В качестве одной из характеристик структурной и механической (по свойствам) стабильности инструментальных сталей нами вводится теплоустойчивость , для оценки которой авторами разработано несколько подходов. [c.146]

Описанные уравнения роста трещин многоцикловой усталости используют также и для оценки долговечности конструкционных элементов, работающих на циклические нагрузки в условиях воздействия агрессивных сред. При этом физико-химические свойства среды, а также условия нагружения, прежде всего такие, как частота и температура металла и среды, отражаются определенным образом на коэффициентах Вит. Имеющиеся в обширной литературе по коррозионной усталости экспериментальные данные о характере этого влияния достаточно разноречивы, причем в любом случае большую роль играют индивидуальные свойства металла и агрессивной среды. По некоторым данным рост трещин под воздействием агрессивной среды ускоряется, по иным данным, наоборот, замедляется, что объясняют образованием защитного слоя из продуктов коррозии, усиленным теплоотводом от зоны местных напряжений перед фронтом трещины в жидких средах и т. п. Однако в целом следует считать, что по мере углубления и расширения коррозионно-усталостных трещин влияние агрессивной среды (каким бы оно не было) должно ослабевать в сторону преобладания чисто механического фактора. Достаточно развитые трещины должны распространяться при прочих равных условиях в агрессивной среде примерно с той же скоростью, что и на воздухе. Это вытекает из тех очевидных соображений, что деструкция материала в зоне местных напряжений перед устьем трещины определяется в первую очередь местными пластическими деформациями, которые зависят в свою очередь от циклического напряженного состояния всего конструкционного элемента, а не от свойств агрессивной среды. Однако среда играет [c.135]

В этом разделе будут рассмотрены общие закономерности утомления резин, найденные преимущественно при гармонических режимах нагружения в форсированных условиях. Форсирование испытания — один из приемов не только ускоренного разрушения и получения результатов в приемлемые сроки, но и условного разделения действия чисто механических (физических) и химических факторов утомления [4, 69, 129, 144, 405, 457, 557—560]. Химическое воздействие, приводящее к необратимому изменению свойств, как уже иллюстрировалось в разделе 3.2.2, определяется длительностью воздействия. Ниже будет показано, что в хорошем приближении для заданных температурных условий и вида нагружения усталостная выносливость N обусловлена амплитудой деформации или напряжения. Чем больше или е , тем меньше N, а следовательно, и продолжительность разрушения т, или циклическая долговечность, [c.229]

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]

Исследование закономерностей усталостного разрушения металлов показало, что длительность периода развития усталостных трещин может составлять основную часть общей долговечности образца. Известно, что отношение числа циклов, необходимых для зарождения трещины, к числу циклов распространения трещины до разрушения образца зависит от механических свойств материала и уровня амплитуды напряжения. С повышением амплитуды напряжения это соотношение понижается и в малоцикловой области числом циклов, необходимым для зарождения трещины, можно пренебречь, Прямые наблюдения развития микротрещииы при циклическом нагружении металлов позволяют высказать гипотезу о возникновении трещин критической длины в конце стадии зарождения, которой соответствует число циклов на экспериментально определенной линии повреждаемости (линия Френча). Трещины критической длины возникают также при нагружении исследуемых металлов с амплитудой напряжения, равной пределу усталости. При определенных условиях они являются нераспространяющимися трещинами и определяют предел усталости металлов с точки зрения механики разрушения. [c.14]

Повышающиеся требования к материалам машиностроения вызвали необходимость систематического изучения механических свойств чугуна различных марок в зависимости от вида нагружения п сечения отливки. В связи с этим в ЦНИИТМАШе были изучены структура и механические свойства шести марок модифицированного чугуна с пределом прочности при растяжении от 22 до 40 кПмм [260]. Для каждой из этих шести марок были исследованы зависимости между пределами прочности при растяжении, с одной стороны, и при изгибе, сжатии и кручении, с другой были также определены значения ударной вязкости, предела усталости (на гладких и надрезанных образцах) и циклической вязкости. Каждое из перечисленных испытаний проводилось на образцах, вырезанных из заготовок длиной 30, 50, 100 и 200 мм. Полученные данные впоследствии вошли в ГОСТ и используются в различных справочниках 1234] до настояш,его времени. [c.207]

Для новых материалов определяются следующие характеристики механических свойств в пределах температур, для которых рекомендуется этот материал временное сопротивление разрыву (предел прочности), предел текучести, относительное удлинение, относительное сужение, относительное равномерное сужение, ползучесть, длительная прочность, циклическая прочность (для циклически нагруженных элементов), критическая температура хрупкости (по данным испытаний образцов типа IV по ГОСТ 6996—66 и ГОСТ 9454—60), сдвиг критической температуры хрупкости в результате старения и циклической усталости, длительная пластичность. Номенклатура и объемы определения указанных характеристик устанавливаются для каждого материала в зависимости от рекомендуемых температур и условий его эксплуатации. Механические свойства, определяемые первыми четырьмя из иеречясленных характеристик (ов, рабочую температуру. Ударная вязкость должна быть исследована в интервале от критической температуры хрупкости материала до температуры, указанной выше. [c.24]

Для указанных условий деформирования и разрушения долговечность определяют на основании деформационно-кинетических критериев прочности. При расчете учитьшают кинетику циклических и односторонне накопленных деформаций в различных зонах конструктивных элементов, а также изменение механических свойств материала при высокотемпературном малоцикловом нагружении. Определим долговечность элементов конструкций с зонами концентрации напряжений и мембранными зонами при различных режимах длительного малоциклового нагружения, приводящих к усталостным и квазиста-тическим повреждениям. В качестве модельного элемента выберем оболочечную конструкцию с фланцами, работающую при повторном нагружении внутренним давлением при высоких температурах. Предположим, что конструктивный элемент изготовлен из аустенитной стали ее характеристики при статическом и длительном нагружении [c.122]

Вместе с тем обоснование прочности и надежности деталей машин и элементов конструкций при кратковременном, длительном и циклическом эксплуатационном нагружении остается трудно решаемой в теоретическом и экспериментальном плане задачей. Это в значительной степени связано со сложностью детерминированного и стохастического анализа напряженного состояния в элементах конструкций при возникновении упругих и упругопластических деформаций и ограниченностью критериев разрушения в указанных условиях при использовании конструкционных материалов с различными механическими свойствами. Трудности, возникающие при исследовании напряжений и деформаций в наиболее нагруженных зонах в упругой и неупругой области объясняются отсутствием аналитического решения соответствующих задач в теориях упругости, пластичности, ползучести и, тем более, в теории длительной циютической пластичности. К числу решенных таким способо.м задач мог т бьггь отнесены те, в которых определяются номинальные напряжения и деформации при растяжении-сжатии, изгибе и кручении стержней симметричного профиля, нагружении осевыми уси- [c.68]

Одной из наиболее информативных характеристик трещино-стойкости нелинейной механики разрушения является коэффициент интенсивности деформаций в упругопластической области К1е [1, 65-67], применимый в условиях статического и циклического нагружения. Его использование в инженерных расчетах [1, 68-71] позволяет определять запасы прочности и долговечности по предельным нагрузкам, локальным упругоплаетическим деформациям, размерам трещин и числам циклов нагружения. При этом основа расчетов — традиционные характеристики механических свойств (пределы текучести и прочности, относительные удлинение и поперечное сужение, показатель деформационного упрочнения и др.). Учитывается также влияние уровня номинальных напряжений, изменение параметров деформационного упрочнения, степени объемности напряженного состояния и предельной пластичности материала. [c.53]

Таким образом, сопротивление циклическому упругопластическому деформированию аустенитной нержавеющей стали Х18Н10Т при температуре Т = 650° С, соответствующей интенсивному протеканию в ней процессов деформационного старения и других температурно-временных эффектов, существенным образом зависит от условий испытаний, к которым в первую очередь относятся уровень циклических деформаций и форма цикла (частота) нагружения. Эти характеристики в значительной мер определяют интенсивность деформационного старения материала, а тем самым и характер изменения деформационных характеристик, на основе которых описываются процессы накопления повреждений. Учет изменения механических свойств материала вследствие его структурных изменений, а также особенностей развития деформаций в зависимости от формы цикла нагружения позволяет, как показано в разд. 4.3, достаточно правильно описывать накопление повреждений и определять в соответствии е этим расчетное число циклов до разрушения. [c.191]

Предложенная модель разрушения конструкционных сплавов с трещиной при циклическом нагружении учитывает влияние на вязкость разрушения изменения характеристик механических свойств материалов в пластически деформируемой зоне у вершины трещины при циклическом нагружении и класса материала (циклически разу-прочняющийся, упрочняющийся, стабильный). Для количественной оценки вязкости разрушзния необходимо знать закономерности изменения параметров диаграмм циклического деформирования (ширины петли пластического гистерезиса), циклического предела пропорциональности, циклического предела текучести, показателя деформационного упрочнения (в зависимости от режимов нагружения, класса материала и условий испытаний, например температуры), которые определяются при циклическом нагружении гладких образцов. [c.221]

Трикритическая точка помимо автомодельности обладает свойством масштабной инвариантности и универсальности, т. е. в этой точке механические свойства сплавов на одной и той же основе связаны универсальной зависимостью сопротивления разрушению, определяемого параметром Р =a G/W , от коэффициента масштаба. Параметр Р объединяет фундаментальные свойства кристаллической фазы (aj, квазикристаллической (W ) и деструктивной (Gt )-Это показывает, что оценка сопротивления разрушению с помощью только одного параметра К с или Ою недостаточна. Как было по1сазано в гл. II, введение коэффициента масштаба позволяет учитывать влияние условий нагружения на пороговые значения энергии на единицу длины трещины. Целесообразно поэтому оценивать динамическую трещиностойкость параметром / jo, циклическую — параметром К"IS, а статическую — параметром /(i - Их взаимосвязь определяется коэффициентом масштаба ir [c.130]

Таким образом, требования, предъявляемые к матрицам, можно разделить на эксплуатационные и технологические. К первым относятся требования, связанные с механическими и физико-химическими свойствами материала матрицы, обеспечивающими работоспособность композиции при действии различных эксплуатационных факторов. Механические свойства матрищл должны обеспечить совместную работу армирующих волокон при различных видах нагрузок. Прочностные характеристики материала матрицы являются определяющими при сдвиговых нагрузках, нагружении композита в направлениях, отличных от ориентации волокон, а также при циклическом нагружении. Природа матрицы определяет уровень рабочих температур композита, характер изменения свойств при воздействии атмосферных и других факторов. С повышением температуры прочностные и упругие характеристики матричных материалов, так же как и прочность их соединений со многими типами волокон, снижается, материал матрицы также характеризует устойчивость композита к воздействию внешней среды, химическую стойкость, частично теплофизические, электрические и другие свойства. [c.11]

Особенности жесткого термоциклического нагружения таковы, что и без дополнительной механической нагрузки растягивающие и сжимающие напряжения в цикле неодинаковы. Это объясняется различием диаграмм деформирования при температурах, относящихся к верхнему и нижнему полуциклам деформирования в нижней части цикла температура близка к 1тах и соответствующее напряжение сжатия определяется диаграммой деформирования при тах, 3 В верхней части напряжение растяжения определяется диаграммой деформирования при 1 т1п. Эта асимметрия цикла по напряжениям может из.меняться с увеличением числа циклов в зависимости от циклических свойств материала—склонности его к упрочнению или разупрочнению при различных температурах в диапазоне температур [c.82]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...