Испытания на малоцикловую усталость (при долговечности до 5104 циклов)

Кроме отмеченных особенностей деформирования материала в условиях ОНС в области малоцикловой усталости встает вопрос о влиянии средних или максимальных напряжений на долговечность. Поясним, почему в подавляющем большинстве экспериментальных исследований этому вопросу не было уделено должного внимания. Дело в том, что при одно- и двухосных испытаниях в области малоцикловой усталости наибольшее различие максимальных в цикле напряжений Ощах реализуется при [c.132]

Вторая группа включает параметры, оценивающие сопротивление материалов переменным и длительным статическим нагрузкам. При повторном нагружении в области многоцикловой усталости определяется предел выносливости на базе 10 -н2-10 циклов. Малоцикловая усталость отделяется от многоцикловой условно выбранной базой испытания (Л >5-10 циклов) и отличается пониженной частотой нагружения ( = 0,1-н5 Гц). Сопротивление малоцикловой усталости оценивается по долговечности при заданном уровне повторных напряжений или пределом малоцикловой усталости на выбранной базе испытаний. Сопротивление длительным статическим нагрузкам определяют, как правило, при температуре выше 20°С. Критериями сопротивления материалов длительному действию постоянных напряжений и температуры являются пределы ползучести (То,2/-с и длительной прочности Сх. Предел длительной прочности определяют при заданной базе испытаний, обычно 100 и 1000 ч, предел ползучести — по заданному допуску на остаточную (обычно 0,2%) или общую деформацию при установленной базе испытаний. [c.46]

В условиях эксплуатации уровень напряжения в зоне наносимых повреждений не превышает 500 МПа согласно расчетам МКЭ [2]. Вместе с тем предварительные испытания образцов показали, что в области малоцикловой усталости для исследуемого никелевого сплава при треугольной форме пульсирующего цикла нагружения при напряжении 700 МПа долговечность гладкого образца [c.553]

Выше было отмечено характерное для малоцикловых испытаний отклонение экспериментальных данных до одного порядка по числу циклов в малоцикловой области долговечностей при жестком нагружении от расчетной кривой усталости типа уравнения (1.2.1). Указанное возможное несоответствие расчета является как следствием непостоянства показателя степени т, так и отражает уровень корреляции характеристик сопротивления малоцикловому разрушению со статическими свойствами (прочность и пластичность) материала, используемыми при вычислении констант правой части уравнения. [c.34]

В сборнике рассматриваются основы методов расчетного и экспериментального определения прочности и долговечности циклически нагруженных элементов конструкций в широком диапазоне температур, времен и чисел циклов. Приводятся критерии и основные уравнения статических и циклических предельных состояний в температурно-временной постановке рассмотрены закономерности деформирования и разрушения в зонах концентрации и в связи с неоднородностью напряженных состояний. Рассмотрены методы испытаний на циклическое нагружение, описан ряд опытных результатов. Систематизированы данные по характеристикам малоцикловой усталости, по концентрации напряжений и деформаций, необходимые для расчета прочности. Излагаемый материал в значительной степени основывается на результатах работ сотрудников Института машиноведения, доложенных на Всесоюзном симпозиуме по малоцикловой усталости при повышенных температурах в Челябинске в 1974 г. [c.2]

Хотя противофазный и термоусталостный режимы упругопластического деформирования принципиально одинаковы (сжатие при высокой температуре цикла), отсутствие контролируемых ограничений деформаций при испытаниях на термоусталость предопределяет возможность одностороннего накопления деформаций, а следовательно, развитие значительных квазистатических повреждений. В результате смещение кривых термической усталости (сплошные линии) относительно базовой кривой малоцикловой усталости (штрихпунктирная линия), полученной при жестком противофазном нагружении, определяется прежде всего долей квазистатического повреждения. Выдержка при максимальной температуре цикла существенно снижает малоцикловую долговечность. Так, при размахе упругопластической деформации 0,3 — 1,0 % и Гд = 60 мин долговечность уменьшается в 3 — 10 раз по сравнению с базовой. [c.41]

С использованием необходимых характеристик материала (a j и С), а также кривой ф (т) при 600 °С (рис. 3.26) были построены кривые малоцикловой усталости 3-10 (рис. 3.27) при продолжительности испытаний 1 - 100 ч и различном времени выдержки в цикле. Долговечность при увеличении периода цикла может уменьшиться на порядок и более, но при этом не превышает расчетного минимального значения, определяемого наименьшим относительным сужением = 25 %. На основании результатов расчетно-экспериментального анализа НДС сильфона и кривых малоцикловой усталости конструкционного материала можно определить малоцикловую долговечность сильфонных компенсаторов и металлорукавов. [c.165]

Расчет на усталость по строительным нормам и правилам [1] ограничен снизу базовой долговечностью Л а = 5 х 10 циклов. Для проведения поверочного расчета при меньшем числе циклов нагружения, необходимость которого вытекает из рассмотрения условий эксплуатации конструкций ( 1), можно воспользоваться закономерностями разрушения сварных соединений в области малоцикловой усталости (см. 4). Кривая циклической прочности сварного соединения в диапазоне от однократного нагружения до числа циклов Л а может быть схематически представлена в двойных логарифмических координатах в соответствии со схемой, приведенной на рис. 9.20. Ограниченный предел выносливости Ств при Уб выбран правой точкой для построения кривой малоцикловой усталости в связи с тем, что основные данные, полученные при усталостных испытаниях, относятся к долговечностям 5-10 — [c.187]

Была исследована долговечность применяемой для изготовления роторов паровых турбин высокого давления теплоустойчивая перлитная сталь 1Сг—1Мо—0,25V. Испытания проводили в условиях малоцикловой усталости с варьируемой выдержкой до 10 ч при максимальных температурах цикла 500 и 566 Сив режимах более сложного (двухчастотного по напряжениям) малоциклового нагружения при 500° С. При оценке долговечности по принципу суммирования повреждений с использованием различных методов обработки кривых малоцикловой усталости было получено устойчивое снижение параметра суммирования относительных долговечностей с минимумом в наиболее важном для теплоэнергетики диапазоне по циклам до разрушения 10 — [c.175]

Инженер-конструктор создает продукцию двух видов проект деталей и узлов, представленный чертежами и описательными ведомостями, и прогнозную оценку (расчет) их надежности и работоспособности. Именно второй вид продукции требует самых больших усилий и наиболее активного сотрудничества с разработчиками материалов. Предметом рассмотрения в данном случае является такой аспект работоспособности деталей, как рабочая долговечность. Чтобы предсказать ее, инженер должен определить напряжения, температуру, химический состав рабочей среды и характеристики поведения материала. Для этого он может воспользоваться собственными расчетами, проведением испытаний или консультацией специалистов. Чтобы описать поведение, можно использовать характеристики как связанные, так и не связанные с разрушением. К последней группе характеристик относятся такие свойства, как модули нормальной упругости и сдвига, коэффициент Пуассона, коэффициент линейного расширения, теплопроводность, излучательная способность, плотность. Они нужны для расчета напряжений, деформаций и температур. В числе связанных с разрушением рассматривают коррозионные свойства, характеристики ползучести и длительной прочности, диаграммы много- и малоцикловой усталости, характеристики вязкости разрушения, текучести и предела прочности. Совместное рассмотрение всех этих характеристик приводит к выводу, что механизмы разрушения (в их зависимости от температуры и числа циклов нагружения) представляют наибольший интерес для конструкторов камеры сгорания, а также рабочих и направляющих лопаток. [c.63]

Отмечается значительное влияние типа цикла нагружения и нагрева на сопротивление малоцикловой усталости. В условиях жесткого нагружения и режима испытания, когда максимальная деформация растяжения достигается в момент разогрева до максимальной температуры цикла, существенно увеличиваются повреждения материала. Долговечность вследствие большого повреждающего эффекта снижается в 10 раз по сравнению с режимом испытания, Когда максимальная деформация сжатия соответствует максимальной температуре цикла (рис. 2.5, кривые 2 и 4). Кривая малоцикловой усталости (5) при постоянной температуре, соответствующей максимальной температуре цикла 860° С, располагается значительно правее кривой 4. Это, так же как и при неизотермических испытаниях, можно объяснить эффектом залечивания повреждений в высокотемпературной части цикла на этапе сжатия. [c.50]

Подчеркнем ряд методических особенностей проведения экспериментов и обработки результатов. Выше было отмечено характерное для малоцикловых испытаний отклонение на порядок экспериментальных данных по числу циклов в малоцикловой области долговечностей при жестком режиме нагружения от расчетной кривой усталости по уравнению (2.14) или (2.16). Несоответствие расчета является следствием непостоянства показателя степени т, а также отражает корреляцию характеристик сопротивления малоцикловому разрушению материала со статическими свойствами. Расчетная долговечность, как правило, больше фактической, что приводит при оценке повреждений к занижению значений df. Так, при различии расчетной и фактической долговечности материала в 10 раз оцени- [c.101]

Испытания на малоцикловую усталость (при долговечности до 5 10 циклов) [c.68]

Здесь N — циклическая долговечность Авр — размах пластической деформации цикла [,i и С —эмпирические постоянные (для углеродистых сталей 1.1 1/2). Постоянную С обычно выражают через истинную предельную деформацию при стандартных испытаниях на растяжение. Полагая, что уравнение (3.82) справедливо при монотонном нагружении и разрушение происходит в конце первой четверти цикла, при [,i =- 1/2 получаем С = eJ2. Истинная предельная деформация связана с относительным поперечным сужением в шейке разорванного образца соотношением = 1п (1 —v ) Формула (3.82) принимает вид, аналогичный (3.75), если переписать ее следующим образом N = (е /Аер)". Здесь = V4, показатель кривой усталости т = 1/j.i. Пренебрегая остаточными напряжениями в окрестности пластической зоны, налеганием берегов трещины и другими факторами, считаем пластическую деформацию ер аддитивной функцией процесса нагружения. Примем за меру повреждения отношение i = Вр/е . Правило суммирования применительно к малоцикловой усталости принимает вид [c.100]

Малоцикловая усталость имеет место при сравнительно низких частотах нагружения (до 50 цикл/мин), высоких уровнях напряжений (равные пределу текучести и выше) и долговечностях до 2 10 циклов. Такие условия испытаний получили в литературе название малоцикловое нагружение [64, 99, 164]. [c.15]

Выделим ряд методических особенностей проведения экспериментов и обработки результатов малоцикловых испытаний. Выше было отмечено характерное отклонение на порядок в малоцикловой области долговечностей экспериментальных данных по числу циклов при жестком режиме нагружения от расчетной кривой усталости по уравнению [c.104]

Известно [91 ], что после финишного шлифования титановых сплавов существенно снижается их сопротивление повторным нагрузкам как в малоцикловой области, так и при испытании на усталость с большим числом циклов. Различные технологические условия шлифования приводят к изменению долговечности до двух порядков и в несколько раз изменяют предел выносливости. Для выявления причин изменения эксплуатационных характеристик исследованы структурные изменения образцов наиболее типичной для титановых сплавов марки ВТ9, обработанных при различных условиях плоского врезного шлифования. Варьировали характеристики абразивного инструмента скорость резания Vp, глубину шлифования h, скорость продольного перемещения изделия. [c.147]

Мп, 0,14% Si, 0,18% S, 0,024% Р), испытанных на усталость в условиях кручения при общей постоянной деформации за цикл (кривая 7, рис. 1.9) и постоянной амплитуде пластической деформации за цикл (кривая 2, рис. 1.9). Видно, что во втором случае при всех амплитудах деформирования в области малоцикловой и многоцикловой стали наблюдается меньшая долговечность [9]. [c.13]

Выше было показано, что при малоцикловой усталости основной характеристикой является долговечность до разрушения в зависимости от амплитуды циклической деформации (общей или пластической) на базе испытания до 5 10 циклов, а для многоцикловой усталости - предел выносливости и долговечность при напряжениях более высоких, чем О/у. [c.28]

Повышение частоты циклов при прочих равных условиях обычно вызывает некоторое увеличение характеристик выносливости, особенно при повышенных температурах. Наибольший предел выносливости получается при испытаниях по схеме изгиба, наименьший — при кручении. В области малоцикловой усталости, где металл подвергается заметной пластической деформации, ее амплитуда Деп становится важнейшей характеристикой цикла. Увеличение долговечности материалов с уменьшением Абп описывается уравнением [c.297]

В условиях малоцикловой усталости механизм разрушения несколько отличается от усталостного разрушения для больших долговечностей разрушения при малых циклах нагрузки сходны с разрушениями статического разрушения и отличаются от типичных усталостных разрушений. Было найдено, что для долговечностей менее 5000 циклов сопротивление переменной деформации хорошо соответствует пластичности металла, характеризуемой удлинением при испытаниях на статическое растяжение. Эта закономерность применима для меди и других пластичных металлов. У меди в области малоцикловой усталости трещины зарождаются по границам зерен наличие включений усиливает тенденцию к межзеренному зарождению трещин. [c.15]

Однако в мировой практике прогноза малоцикловой долговечности конкретных изделий считают изложенный здесь метод несколько устаревшим. Более современным признается способ оценки долговечности по другой кривой усталости, а именно по зависимости разрушающего числа циклов от размаха пластических деформаций Аер. Для этого в ходе малоцикловых усталостных испытаний записывают реальную петлю гистерезиса от цикла к циклу. Рассмотрим часто встречающийся в практике случай, когда форма и размеры этих петель довольно быстро [c.375]

В настоящее время различают мпогоцикловую и малоцикловую усталость. Согласно ГОСТ 23207 - 78 (Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения) многоцикловая усталость - это усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение проштходит в основном при упругом деформировании, а малоцикловая усталость - усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит при упруго-пластическом деформировании (по ГОС Т 25.502 - 79 "Методы испытаний па усталость" при малоцикловой усталости максимальная долговечность до разрушения составляет условное число 5Т0 циклов). [c.7]

Исследования литейного алюминиевого сплава Al-Mg-Si (6082) со средним размером зерна 155 мкм путем изгиба образцов 7x12x60 мм были проведены для сопоставления влияния состояния поверхности образцов на длительность периода роста усталостных трещин [101]. Были испытаны образцы с поверхностью непосредственно после литья (S ) и с полированной поверхностью (SP). Полировку осуществляли в две стадии шлифовкой пастой с размером абразива 3 мкм и затем электрополировкой. Изучение зоны зарождения усталостной трещины при последовательной наработке в испытаниях образцов показало, что период роста трещины до достижения длины на поверхности около 100 мкм составил 35-65 % для полированных и 2-10 % для неполированных образцов. Поэтому были проведены расчеты периода роста трещин по формуле механики разрушения от их начальных размеров 6 и 45 мкм до критической длины а . = 3 мм. Оказалось, что для долговечности образцов (2-3)-10 циклов имеет место почти совпадение расчета периода роста трещины с полной долговечностью (рис. 1.19). Далее наблюдается все большее расхождение расчетного периода роста трещины и долговечности образцов. Фактически для гладкой поверхности образца независимо от степени ее поврежденности (полированная и неполированная поверхность) имеет место резкая смена в условиях зарождения и роста трещины в районе длительности нагружения 10 циклов. Меньшие долговечности отвечают области малоцикловой усталости, и для нее весь период циклического нагружения связан с развитием усталостной трещины. Большие долговечности связаны с постепенным возрастанием периода зарождения усталостной трещины. [c.58]

Применительно к рассматриваемой задаче оценки прочности в условиях сочетания малоциклового и многоцикловОго, в том числе и случайного по характеру нагружения с наложенными кратковременными перегрузками, справедливость деформационнокинетического критерия разрушения не очевидна. С целью обоснования справедливости критерия (1.1.12) для указанных случаев проводились испытания при мягком и жестком типах нагружения, а также программном нагружении как с регулярным, так и нерегулярным изменением напряжений или деформаций в процессе испытания. Во всех случаях форма цикла регулярного нагружения была симметричной синусоидальной, и общая долговечность всех испытанных образцов не превосходила 5 10 циклов. Частота испытаний выбиралась из условий соблюдения требований ГОСТ 2860—65 Металлы. Методы испытаний на усталость об исключении саморазогрева образца до температуры более 50° С в процессе повторных нагружений при нормальной температуре. В зависимости от уровня напряжений (деформаций) частота составляла 0,5—50 Гц. [c.58]

При расчете доли усталостных повреждений используют результаты испытаний в жестком режиме нагружения, в частноаи кривые малоцикловой усталости при расчетных параметрах (температуре, частоте и скорости изменения в цикле параметров нагружения), причем в широком интервале изменения коэффициента асимметрии цикла деформаций долговечность материалов определяется единой кривой малоцикловой усталости (рис. 1.2). [c.6]

В тех случаях, когда процесс изменения температуры может быть представлен конечным числом упорядоченных циклов, необходимо определить максимальное изменение напряжений в цикле. Если амплитуда не превышает предела текучести материала, а число циклов в течение срока службы соизмеримо с базой испытания на усталость, то оценка долговечности выполняется с помощью обычных методов оценки устал9стной прочности [36]. В случае, если амплитуда напряжений превышает предел текучести, для оценки можно использовать методы оценки прочности при малоцикловой усталости или термоусталости. [c.48]

Испытания надрезанных призматических образцов из сталей 22К и 16ГНМ на малоцикловую усталость в режиме мягкого нагружения при пульсирующем изгибе показали, что в области относительно малых чисел циклов до 10 при сопоставлении по абсолютным значениям номинальных напряжений, несмотря на значительное различие пределов текучести (до 65%), оба материала располагаются в узкой полосе разброса опытных данных (сталь 16ГНМ имеет преимущество на 10—15%), мало отличаясь по величине предела выносливости. При сопоставлении относительных (к пределу текучести) характеристик видно, что заметным преимуществом обладает сталь 22К с меньшим значением предела текучести. При одной и той же величине разрушающей пластической деформации долговечность стали 22К больше, чем стали 16ГНМ, т. е. сталь 22К имеет большую деформационную способность, в условиях малоцикловых нагрузок. [c.14]

После построения по данным испытаний на малоцикловую усталость теплоустойчивой хромомолибденовой стали в интервале температур 250—550° С и аустенитных сталей типа 18Сг— 8Ni и 16Сг—8Ni в интервале 400—750° С обобщенных кривых в координатах log е — Р было получено среднее значение постоянной С = —2. Следовательно, долговечность при малоцикловой усталости, определяемая по числу циклов до разрушения, менее чувствительна к изменениям температуры, чем долговечность при ползучести (С = 20), определяемая по времени до разрушения. [c.47]

Испытанию при жестком нагружении подвергались трубчатые образцы с повышенным внутренним давлением 3.9 МПа на трех уровнях деформации с частотой 2 цикла в минуту. За критерием разрушения принимали появление сквозной трещины длиной 1-2 мм, приводящей к падению давления внутри образца. Зависимости деформации - число циклов до разрушения подчиняется уравнению Коффина-Менсона 8 N = С, хотя показатель степени а различен для каждого конкретного случая. Показано, что концентрированные растворы щелочи (15 30 % NaOH) и хлоридов ( 3-30 % Na l и 42 % Mg I2) при повышенной (до 230 С) температурах значительно (в 3-17 раз) снижает долговечность сталей в упругопластической области. Установлена взаимосвязь процессов коррозионного растрескивания и малоцикловой усталости стали 1Х18П10Т в горячем 42 % растворе Mg I2. [c.98]

Малоциклоеая усталость. Чтобы рассчитать долговечность материала в условиях малоцикловой усталости конструктору деталей турбины нужна модель поведения материала, связывающая какие-то легко наблюдаемые условия с количеством рабочих циклов, не приводящих к отказу детали. Результаты расчетов по первой из таких моделей, разработанной с позиций физики твердого тела, при сопоставлении с результатами испытаний оказались чрезвычайно обнадеживающими. Чтобы улучшить согласие, ввели представление об изначально присутствующих микротрещинах, а свойства материала выразили через энергию единицы поверхности трещины. Эта концепция была распространена Гриффитсом [Ю] на разрушение вообще, хотя родилась она при экспериментировании на хрупких материалах. Этот фундамент механики разрушения был заложен в 1920 г., однако вплоть до недавнего времени большинство оценок усталостной долговечности для каждого конкретного материала основывали на эмпирической зависимости между величиной циклической нагрузки и числом циклов до разрушения. [c.68]

Суш ественным моментом при оценке циклической долговечности является учет неодноосности напряженно-деформированного состояния. Наибольшее количество экспериментальных данных усталости при малом числе циклов получено при повторном нагружении растягиваюш,ими силами по пульсирующему циклу. Результаты представляк тся в виде зависимостей амплитуды напряжений = Аа/2 от числа циклов до разрушения. Такое представление характеристик малоцикловой усталости связано с традиционным распространением методик усталостных испытаний при большом числе циклов, когда пластическая составляющая деформаций отсутствует. [c.136]

Если надрезанные образцы подвергнуть растяжению с небольшой пластической деформацией, а затем после старения испытать их на растяжение, то обнаруживается увеличение чувствительности к перекосу. Установлено, что в результате деформационного старения число циклов до разрушения при испытании на малоцикловую выносливость резко увеличивается (примерно в 3 раза), если направления предварительной деформации и усилия при испытании совпадают. Долговечность столь же резко уменьшается, если предварительная деформация создавалась сжатием, а испытание проводили растяжением. Такое изменение малоцикловой усталости объяс- [c.23]

Важно также подчеркнуть, что, как и при расчете цилиндрического корпуса, кинетика изменения параметров процесса циклического упругопластического деформирования в опасной зоне сферического корпуса исключает возможность достоверной оценки малоцикловой долговечности без поциклового суммирования долей усталостных и квазистатических повреждений. Например, при определении малоцикловой долговечности по базовой кривой усталости при = 800 °С и деформациях 0,66 и 0,72 %, найденных в результате упругого расчета (для первого цикла нагружения) по теории оболочек и с помощью МКЭ, получены значения долговечностей (Л Р = 684 и Л Р = 533 соответственно), в 3 - 4 раза превышающие аналогичные результаты (Л = = 180 190 240) стендовых термоциклических испытаний. [c.256]

Для сокращения стоимости и времени испытаний на длительную статическую прочность, малоцикловую и многоцикловую усталость испытания образцов можно прекращать при достижении ими базового значения долговечности ( 6 в часах, N5 в циклах). В этих условиях образуется так называемая цензурированная справа выборка, содержащая и элементов, т из которых разрушились до базовой долговечности, ап — т сняты с испытания, так как имеют долговечность больше базовой. Вариационный ряд в этом случае имеет вид [c.24]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...