Накопление повреждений при малоцикловом нагружении

Методически важным в рассматриваемых работах является использование при оценке накопленных повреждений действительных (экспериментально полученных) кривых малоцикловой усталости, а не расчетных с привлечением корреляции со статическими свойствами. Последнее позволяет исключить ошибки, вызванные неточностью расчетных уравнений, и более корректно оценить особенности накопления повреждений при нестационарном нагружении. [c.19]

Анализ этой задачи показывает, что она достаточно сложна, даже с учетом того, что нагружение одноосно, и даже в том случае, если мы не будем учитывать концентрацию напряжений или деформаций. При ее решении надо исследовать спектр нагружения, подсчитать число циклов, учесть отличную от нуля среднюю деформацию цикла и оценить накопление повреждений при малоцикловой усталости. Для получения оценки подходящего размера тяги при анализе типового 5-секундного блока нагружения можно применить метод стока. Напряжение и деформация связаны с нагрузкой через площадь сечения, величина которой пока неизвестна. Поэтому при максимальной и минимальной нагрузках в 5-секундном блоке максимальное и минимальное напряжения могут быть определены лишь при задании некоторого значения площади. По этим пикам напряжений с помощью кривой зависимости напряжений от деформаций при циклическом деформировании стали SAE 4340, приведенной на рис. 8.17, могут быть определены максимумы и минимумы деформаций. Для определения теоретического значения долговечности при каждом значении амплитуды в 5-секундном блоке нагружения может быть использовано соотношение (11.5). [c.393]

В данной главе рассматриваются хрупкое, вязкое и усталостное разрушения поликристаллического материала при кратковременном статическом и малоцикловом нагружениях. Разрушение поликристаллического металла при кратковременном статическом нагружении (т. е. при скорости деформирования I с ) является в большинстве случаев внутризеренным и в зависимости от температуры и характера НДС хрупким или вязким. Феноменологически первый тип разрушения сопровождается низкими затратами энергии в отличие от второго, для которого характерны значительные пластические деформации и, как следствие, высокая энергоемкость. Разрушение конструкционных материалов при малоцикловом нагружении также в основном связано с накоплением внутризеренных повреждений и развитием разрушения по телу зерна. Общим для рассматриваемых типов разрушений является также слабая чувствительность параметров, контролирующих предельное состояние материала, к скорости деформирования и температуре. Указанные общие особенности хрупкого, вязкого и усталостного разрушений послужили основанием для их анализа в одной главе. [c.50]

В настоящем разделе предпринята попытка сформулировать деформационно-силовой критерий зарождения усталостного разрушения применительно к ОЦК металлам, в частности к сталям перлитного класса, основываясь на некоторых физико-меха-нических представлениях о накоплении повреждений при усталости [74, 79, 85, 126]. Разрабатываемый подход позволит ответить на некоторые открытые вопросы в проблеме малоцикловой усталости материалов, в частности, касающиеся влияния на долговечность максимальных напряжений и нестационарности нагружения. [c.136]

Вопросы усталости, и в первую очередь малоцикловой усталости, совершенствование методов испытания на усталость, обоснование деформационных критериев малоцикловой усталости, установление физической модели накопления повреждений при повторно-переменных нагрузках, кинетики развития усталостных трещин в тех или иных условиях нагружения, статистический аспект усталости, а также разработка инженерных методов расчета элементов конструкций на прочность при повторно-переменных напряжениях с учетом различных факторов (вида напряженного состояния, конструктивно-технологических особенностей, температуры, начальной напряженности и т. п.). [c.664]

НАКОПЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ в СПЛАВАХ ПРИ МАЛОЦИКЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ [c.186]

Таким образом, в случае измерения циклических деформаций в зоне выраженной концентрации нагружений при стационарном нагружении, когда характер нагружения оказывается близким к жесткому, расчет по величинам деформаций в цикле с учетом изменения с числом циклов нагружения исходного сопротивления тензорезистора по уравнениям (3.2.1) позволяет внести поправку в данные тензометрирования с целью определения действительной истории нагружения элемента конструкции. Одновременно свойство тензорезисторов увеличивать исходное сопротивление при малоцикловом нагружении используется для оценки накопления усталостных повреждений. Величиной прироста исходного сопротивления тензорезисторов, устанавливаемых в зонах концентрации, определяется степень исчерпания ресурса изделий. Вместе с тем интегральная оценка прироста сопротивления тензорезистора не позволяет выполнять покомпонентную оценку накопления усталостных и квазистатических малоцикловых повреждений, что существенно для расчета прочности, и требуется разработка и экспериментальное обоснование указанной процедуры. [c.268]

Усовершенствование методов и автоматизация средств измерения сопротивления деформации и разрушению при малоцикловом нагружении в сочетании с нагревом позволяют расширить экспериментальные данные для обоснования уравнений состояния и определения их параметров, а также параметров закономерностей накопления повреждения и прорастания треш ин. [c.36]

Предельное по прочности состояние материала оценивают по накоплению повреждений при разных режимах нагружения, а при нестационарном малоцикловом нагружении - по правилу линейного суммирования повреждений [c.25]

Нис. 2.15. Разброс суммарных накопленных повреждений при изотермическом и неизотермическом режимах малоциклового нагружения [c.36]

Накопление повреждений и развитие разрушений в рассмотренных в 2 зонах концентрации напряжений строительных конструкций при малоцикловом нагружении определяются характеристиками статических и циклических свойств используемых материалов. [c.175]

Оценка уровня накопленного повреждения при двухчастотном высокотемпературном малоцикловом нагружении основана на использовании закономерностей развития деформаций и суммирования компонентов повреждений от низко- и высокочастотной составляющей деформаций (напряжений). Для случаев регулярного двухчастотного нагружения на основе гипотезы линейного суммирования повреждений с привлечением характеристик статических и циклических (для одночастотного режима нагружения) свойств материала разработаны алгоритм и программа расчета повреждений в каждом цикле нагружения с их последовательным суммированием до достижения суммарным накопленным повреждением критического уровня [11]. [c.261]

Анализ взаимодействия процессов накопления циклических и статических повреждений, проведенный для жаропрочного алюминиевого сплава АК4-1-Т1 в условиях мягкого и жесткого циклических нагружений с различной асимметрией и формой цикла, позволил также перейти к построению подобных схем, характеризующих предельные состояния сплава по условию малоциклового нагружения в связи с кинетикой накопления повреждений при различных уровнях температур, нагрузок и частот деформирования. [c.18]

Малоцикловые испытания с синфазным и противофазным нагревом-охлаждением образца в условиях жесткого режима нагружения проведены на стендах [15], обладающих достаточно широкими возможностями воспроизведения различных независимых друг от друга программ нагружения и нагрева с регистрацией диаграммы неизотермического упругопластического деформирования материала. Экспериментальные зависимости служат основой для оценки накопления повреждений при различных, в общем случае произвольных, сочетаниях режимов нагрева и нагружения. [c.48]

Как показывают наблюдения, при малоцикловом нагружении даже в жестком режиме (с постоянным размахом упругопластической деформации) предельное накопление повреждений к моменту образования микротрещин может происходить как за счет усталостного, так и квазистатического повреждений. Относительные доли того и другого определяются свойствами материала [43, 441 и условиями нагружения в отдельных микрообластях, определяющими степень жесткости нагружения (мягкое, жесткое), и в различных участках микротрещины могут быть результатом либо усталостного повреждения, определяемого как К < 10 ) [c.146]

Долговечность элементов конструкций при малоцикловом нагружении существенно зависит от свойств материала и условий нагружения, определяющих амплитуды упругопластических деформаций и величины односторонне накапливаемых пластических деформаций. Эти деформации, в свою очередь, определяют интенсивность накопления усталостных и квазистатических повреждений и переход к предельному состоянию. [c.253]

Большой интерес представляет обоснование критериев предельного состояния материалов при малоцикловом нагружении, связывающих число циклов до разрушения и основные параметры, характеризующие интенсивность накопления повреждения при реализованном режиме нагружения. [c.39]

При выборе материала конструкции, работающей при малоцикловом нагружении, необходимо прежде всего знать, к какому типу он относится (упрочняющийся, разупрочняющийся или циклически стабильный), поскольку кинетика деформаций (при нагружении с заданной амплитудой нагрузки) и напряжений (с заданным размахом упруго-пластической деформации) зависит от типа материала. Зная только тип материала, на основе анализа кинетики накопления повреждений с учетом кинетики петли гистерезиса можно оценить возможность его применения для данных условий эксплуатации [36, 37 и др.]. [c.16]

В работе [1] для оценки величины накопленного повреждения при длительном малоцикловом нагружении предлагается кинетический критерий в деформационных терминах для жесткого нагружения iVp [c.104]

Механические процессы, по-видимому, играют главную роль в механизме зарождения разрушения при малоцикловом нагружении. Они способствуют накоплению повреждений, активируют электрохимические и адсорбционные процессы, разрушают окисную пленку, локализуют коррозионное воздействие среды на сварное соединение. [c.474]

В соотношении (1.6) обычно при оценке усталостной долговечности в качестве характеристики повреждаемости Df рассматривают число циклов нагружения. В реальной эксплуатации при взаимодействии нагрузок, особенно в случае малоцикловой усталости, линейное суммирование накопленных повреждений не отражает реального, нелинейного процесса накопления повреждений в различных зонах центроплана и крыла ВС [29, 38]. Это же относится и к стойкам шасси пассажирского самолета [39]. Интервал разброса в оценках накопленных повреждений может составлять 0,5-4,0 [40, 41], а при учете последовательности циклов нагружения разброс данных может быть еще выше [19, 24, 30]. Поэтому для более точной оценки усталостной долговечности введен метод спектрального суммирования, позволяющий установить связь между характеристиками долговечности и характеристиками случайного процесса нагружения на основе использования спектральной плотности мощности [30]. При нерегулярном нагружении, характеризуемом непрерывной спектральной плотностью, энергия процесса с частотой со/,- может быть заменена эквивалентной (по средней использованной долговечности) энергией, характеризующей процесс нагружения на другой частоте. В частности, на некоторой характеристической частоте [c.37]

При требуемых величинах ресурса в десятки тысяч полетов условия работы дисков ГТД отвечают области малоциклового нагружения и характеризуются, в основном, регулярно повторяющимся от полета к полету воздействием на диски нагрузок в виде полетного цикла нагружения (ПЦН). Каждый ПЦН представляет собой сложный блок сочетающихся, накладывающихся друг на друга и изменяющихся во время полета силовых, температурных и вибрационных нагрузок. Диски современных ГТД проектируются с запасами прочности, при которых в процессе эксплуатации в их наиболее напряженных местах может происходить повторное упругопластическое деформирование их материала, а в зонах максимальных напряжений материал дисков может работать за пределами упругости. В этих местах с ростом наработки идет накопление повреждений материала, отвечающих области малоцикловой усталости (МЦУ). [c.38]

Точно так же, как и в случае многоцикловой усталости, для оценки степени малоцикловой усталостной поврежденности в условиях действия спектра различных по величине амплитуды циклических деформаций требуется использовать какую-либо теорию накопления повреждений. Накопление повреждений при малоцикловой усталости изучалось многими исследователями. В результате установлено, что если по заданным нагрузкам можно достаточно точно определить локальное напряженно-деформированное состояние и если правильно подсчитывается число циклов, то правило Пальм-грена дает вполне удовлетворительные результаты. Если, например, для определения локальных напряжений и деформаций используется модифицированное применительно к усталости правило Нёйбе-ра, описанное в разд. 8.5, и если для анализа процесса локального деформирования используется метод стока, также описанный в разд. 8.5, то, как установлено, линейное правило суммирования повреждений Пальмгрена (8.4) дает возможность получать удовлетворительные оценки долговечности. Для различных материалов значения величины 2 пШ), соответствующие разрушениям в различных условиях нагружения, находятся в пределах от 0,6 до [c.388]

Критериальное уравнение (1.1.12) экспериментально обосновано для случаев регулярного малоциклового нагруягения. Вместе с тем проверка деформационно-кинетического критерия в условиях нестационарного малоциклового нагружения, характерного для эксплуатационных условий нагружения элементов конструкций, представляет существенный интерес. В работе [202] и других работах Каунасского политехнического института выполнена широкая программа исследований закономерностей накопления повреждений при нестационарном малоцикловом нагружении. [c.17]

Как показывают экспериментальные данные (см. рис. 1.2.4), при наличии в цикле выдержек наблюдается весьма существенное изменение напряжений и деформаций, причем накопленная деформация может превышать заданный размах в 2—3 раза и более. Расчет длительной малоцикловой прочности в соответствии с кинетическими деформационными критериями в форме уравнений (1.2.8), (1.2.9) дает для рассматриваемого случая нагружения хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных (таблица 1.2.1). На рис. 1.2.2, б показаны величины накопленного повреждения для режимов нагружения с выдержками при растяжении и сжатии, а также только при сжатии (точки 4). Характерно, что новые данные укладываются в поле рассеяния точек, соответствующих испытаниям, проведенным в условиях мягкого и жесткого нагружений без выдержек и с выдержками при постоянном напряжении (точки 2). Для расчета величины повреждения использована зависимость распо.пагаемой пластичности от времени, где ( ) — пластическая деформация при статическом разры- [c.27]

Другим существенным вопросом, который необходимо учитывать в процессе оценки повреждений при длительном малоцикловом нагружении, оказывается наблюдаемый в ряде случаев эффект большего повреждающего действия выдержек при растяжении, чем при растяжении — сжатии или только сжатии, проявляющийся в испытаниях как в режиме мягкого (ползучесть), жесткого (релаксация), так и промежуточного между мягким и жестким нагружением. В работах [80, 203, 216] на аустенитной нержавеющей стали типа 18Сг—8Ni (600—650° С) отмечается при наличии выдержек в цикле растяжения двукратное снижение числа циклов до появления макротрещины. На рис. 1.2.2, б в качестве примера приведены данные для стали Х18Н9 (650° С) по накоплению повреждений при длительном малоцикловом нагружении с выдержками при растяжении. Отмечается понижение для указанного режима величины В до 0,5 [80]. [c.36]

Система экспериментов на лабораторных образцах в середине 60-х годов была дополнена важными опытами при малоцикловом нагружении на моделях сосудов давления (с толщинами стенок до 70—120 мм), трубопроводах (с толщинами стенок до 20 -ь 30 мм), сварных пластинах с отверстиями и патрубками, болтах и шпильках (диаметром до 75-150 мм). Анализ полученных данных (в том числе с учетом рассеяния результатов испытаний) позволил обосновать запасы по местным упругопластическим деформациям и долговечности. Нормированные расчеты прочности атомных ВВЭР с учетом их циклического нагружения в эксплуатации осуществляются [5, 6] с введением запасов по местным условным упругим напряжениям и n v - по числу циклов до образования трещин (по долговечности). В зависимости от рассчитьтаемого элемента, объема исходной информации эти запасы находятся в пределах 1,25 -г 2 и 3 20 соответственно. В дальнейшем по мере накопления данных о прочности при изотермическом и неизотермическом нагружении с программируемыми циклами нагрузок, деформаций и температур для расчетов было предложено использовать условия линейного суммирования циклических повреждений (для различных режимов эксплуатационного повреждения). [c.41]

Гаденин М. М. Особенности развития деформаций и накопления повреждений при двухчастотном малоцикловом нагружении и цовышенных температурах.— Машиноведение, 1976, № 1. [c.270]

Повреждаемость материала при малоцикловом нагружении. При длительном пребывании элементов конструкций в условиях высоких температур и циклических силовых воздействий, вызывающих пластические дефо шации, изменяются механические характеристики и структура конструкционного материала. Процесс сопровождается накоплением необратимых изменений (повреждений) в материале, критическое значение которых определяет достижение предельного состояния конструктивного элемента по условиям прочности. [c.41]

Анализ кривых малоцикловой неизотермической усталости (рис. 2.5) для сплава ХН73МБТЮВД показывает, что сопротивление разрушению существенно зависит от температуры. При увеличении температуры испытания заметно снижается сопротивление малоциклов ому разрушению. Например, при деформации е=1% с повышением температуры от 200 до 860° С (кривые 1, 3) происходит снижение долговечности на порядок. Это означает, что в условиях неизотермического малоциклового нагружения скорость накопления повреждений при минимальных температурах цикла оказывается существенно ниже, чем при максимальных температурах цик- [c.49]

Результаты исследований закономерностей накопления повреждений при блочном малоцикловом нагружении приведены в работе [49]. Принятые в испытаниях типы режимов нагружения охватывают контрастные случаи сочетания процессов накопления квазиста-тических и усталостных повреждений. Воспроизводились условия накопления повреждений и режимы озволяющие дозировать долю компонент накопленных повреждений. Это обеспечивало либо сильное перемешивание блоков нагружения, либо весьма слабое, например однократный переход с режима на режим, т. е. в жестких условиях резкой смены процессов. [c.100]

Рис. 2.57. Значения накопленных предельных повреждений в зонах концентрации напряжений при малоцикловом нагружении для алюминиевого сплава 1—5) при 7 = onst и стали 12Х18Н9 (6, 7) при различных значениях

Отклонение от линейной зависимости повреждаемости при малоцикловом нестационарном нагружении в условиях циклических высоких температур может быть связано с изменением располагаемой пластичности (деформационной способности) материала. На это обращалось внимание при исследовании термической усталости материалов, применг. емых в тепловой энергетике [109]. На рис. 4.17 показана зависимость предельно накопленных повреждений при двухступенчатом режиме нагружения по параметру относительно пластичности характеризующей эффект изменения располагаемой пластичности для максималь ных температур режимов ступеней блочного нагружения [109]. [c.196]

Даунис М. Д., Стасюнас Р. А. Исследование накопления повреждений при нестационарном малоцикловом жестком нагружении. — Проблемы прочности, 1975, № V2, с. SOi—56. [c.233]

Наличие деформационной неоднородности при малоцикловом нагружении приводит к неравномерному накоплению повреждений в отдельных участках рабочей базы образца. В результате в местах максимальных деформаций наблюдается более раннее возникновение предельных состояний с образованием микротрёщин. [c.146]

Изменение температур испытания, приводящее к изменению статических свойств, сказывается на особенностях поведения материалов при малоцикловом нагружении. Для ряда материалов, склонных с повышением температур к деформационному старению, имеется интервал температур, где наблюдается существенное снижение пластичности и повышение сопротивления пластическим дефор1 1ациям. Причем интервал температур интенсивного деформационного старения находится внутри эксплуатационных температур, и при соответствующих переходных режимах в этом интервале температур может происходить основное накопление малоцикловых повреждений. В связи с этим выбор материала по характеристикам статических и циклических свойств для [c.253]

Как уже отмечалось, при малоцикловом нагружении могут иметь место квазистатическое разрушение, обусловленное накоплением пластической деформации до уровня деформации, соответ-ствуюш ей разрушению при однократном статическом нагружении, и усталостное, вследствие накопления усталостных повреждений, лриводяш их к возникновению усталостной треш ины. Характер разрушена (квазистатический, усталостный) зависит от таких факторов, как свойства материала, режим нагружения, уровень исходных напряжений и деформаций и т. п. [c.18]

Результаты иссследований закономерностей накопления повреждений при блочном малоцикловом мягком и жестком нагружениях приведены в работе [5]. Воспроизведены условия, обеспечивающие либо сильное перемешивание блоков нагружения, либо очень слабое перемешивание , например однократный переход с режи.ма на режим, т. е. в условиях резкой смены [c.103]

Расчет долговечности при циклическом упругопластическом деформировании основан на использовании циклических деформационных характеристик материалов,, изменяющихся с числом циклов нагружения, и величины предельной пластичности при однократном статическом разрыве. Вследствие структурной неоднородности поликристаллических материалов, к которым относятся конструх ционные стали и сплавы, при циклическом упругопластическом деформировании наблюдается неоднородность развития пластической деформации в отдельных зернах (или участках) рабочей базы образца, нагружаемого в условиях однородного напряженного состояния. В результате в участках с повышенными значениями пластической деформации (по сравнению со сред ней) возникают предельные по накопленному повреждению состояния с образованием микротрещин. На основе эксперименталЬ ного измбрения локальных деформаций на поверхности образцэ1 показана возможность описания рассредоточенного трещинообразования при малоцикловом нагружении (статья С. В. Серен-сена, А. Н. Романова и М. М. Гаденина). При этом показано так--же, что степень структурной неоднородности может быть описана через параметры нормального закона распределения микротвердости. [c.3]

Сопротивление деформированию и разрушению при малом числе циклов нагружения определяется структурным состоянием материала и условиями нагружения. По циклическим свойствам принято различать циклически упрочняющиеся материалы, у которых ширина петли пластического гистерезиса с ростом числа циклов нагружения уменьшается разупрочняющиеся, деформирование которых сопровождается прогрессирующим увеличением ширины петли гистерезиса вплоть до разрушения, а также циклически стабилизирующиеся, для которых характерна неизменность ширины петли гистерезиса за исключением начального и конечного участков нагружения [1]. Один и тот же материал в зависимости от исходного структурного состояния может быть либо упрочняющимся, либо разупрочняющимся, либо циклически стабилизирующимся. О характере поведения материала при малоцикловом нагружении можно судить по его статическим свойствам материалы, у которых отношение величины равномерной деформации и общей при статическом разрушении больше 0,5, являются упрочняющимися, при 8в/8< 0,5 они разупрочняются, апри8в/е = 0,5 — стабилизируются [2]. Сопротивление конструкционных материалов малоцикловому разрушению определяется их исходной пластичностью и темпом ее исчерпания [3, 4]. Для упрочняющихся материалов характерен затухаюший темп накопления повреждений (рис. 1, кривая 1, алюминиевый сплав АД-33), для разупрочняющихся — прогрессирующий (кривая 3, сталь ТС) и для циклически стабилизирую щихся материалов — равномерный (кривая -2, сталь 22К) темп накопления повреждений. В последнем случае это накопление сравнительно равномерно в связи с тем, что петля гистерезиса не изменяется с ростом числа циклов нагружения, и неравномерность наблюдается лишь при квази-статическом разрушении, когда интенсивно накапливается односторонняя деформация, определяющая уровень квазистатического повреждения. [c.51]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...