Влияние толщины образца на рост усталостной трещины

До сих пор нет окончательной ясности в вопросе о влиянии толщины образца на рост усталостной трещины. [c.241]

ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ОБРАЗЦА НА РОСТ УСТАЛОСТНОЙ ТРЕЩИНЫ [c.241]

Рост трещины в атмосфере влажного воздуха. Изучение скорости роста трещины в листах толщиной 3,18 мм проводили при комнатной температуре в атмосфере влажного воздуха при частотах нагружения 20, 10 и 1 Гц и коэффициенте асимметрии цикла R = 0,l. Несколько испытаний были проведены также при R — 0,3 и частоте, равной 10 Гц, с целью оценки влияния коэффициента асимметрии цикла. Испытания образцов толщиной 5,59 м, вырезанных из теплообменника, также проводили при / = 0,1 и частоте 10 Гц для того, чтобы оценить влияние как процесса пайки, так и толщины образца на характер развития трещины в процессе усталостных испытаний. [c.139]

Зависимость (4.6) в принципе дает возможность описать влияние средних напряжений (или асимметрии нагружения), а также нестационарности нагружения на скорость роста усталостной трещины, так как эти факторы изменяют параметр и [289, 346, 354]. Но, к сожалению, следует отметить нарастание разногласий в отношении достоверности результатов измерений закрытия трещины разными методами [300, 324, 385, 418]. Одной из возможных причин большого разброса измерений закрытия трещины может быть различная протяженность фронта трещины (толщина образца) в разных экспериментальных исследованиях. Так, в работах [369, 408, 409] экспериментально показано, что доминирующее влияние на стор оказывает деформирование материала у вершины трещины в районе свободных боковых поверхностей образца. С увеличением толщины образца и соответственно протяженности фронта трещины влияние боковых поверхностей снижается и эффект закрытия трещины уменьшается, вплоть до его практически полного отсутствия в растягивающей части цикла. Для трещин с протяженным фронтом только при R — О (а не при / > 0) трещина перестает быть концентратором напряжений и в этом случае 1. [c.191]

Систематические исследования в области усталостного разрушения образцов позволили разработать стандарты на проведение испытаний материалов. Цель этих стандартов очевидна — унифицировать получаемые результаты оценки свойства материала сопротивляться росту усталостных трещин. Но в условиях эксплуатации эти свойства не могут быть реализованы. Этот тезис может показаться спорным и звучит несколько парадоксально, если иметь в виду огромное количество воздушных судов, обеспечивающих безопасные перевозки пассажиров. Однако возникающие усталостные трещины в условиях эксплуатации распространяются при одновременном отличии от тестовых условий, оговоренных стандартом, по геометрии элемента конструкции (толщина и ширина), состоянию (состав) окружающей среды, частоте нагружения, температуре, направлению и количеству действующих сил, наконец, не известны эффекты взаимного влияния на рост трещин одновременно изменяющихся нескольких параметров воздействия на материал. [c.19]

Применительно к сталям 9 %Ni и А-21226 в описании распространения усталостной трещины при разной асимметрии цикла использованы размеры зон пластической деформации, ранее выявленные Ханом [30, 50]. Им были получены следующие коэффициенты пропорциональности k = 0,25 z = 0,023, которые различаются почти на порядок. В работе исследованы компактные образцы толщиной от 25,4 до 1,52 мм из стали С %0,026 Si %3,36 N %0,002. Следует подчеркнуть, что циклическая зона была оценена через величину Определение циклической зоны в соответствии с уравнением (3.2) для описания роста усталостных трещин в случае их развитой зигзагообразной траектории применительно к широкому классу материалов было осуществлено с введением величины z =1/12л [51]. Это наиболее сильное влияние траектории трещины, которое оценивается минимальным размером циклической зоны при прочих равных условиях. [c.140]

Влияние среднего напряжения цикла на развитие усталостных трещин исследовали также на плоских образцах из низкоуглеродистой стали (0,098 % С 0,01 % Si 0,44% Мп 0,13 /оР 0,27% S 0,04% Си 0,02 %Сг 0 = 309 МПа ах = 231 МПа t = = 69,5%). Испытывали на усталость при осевом растяжении-сжатии с частотой циклов 1000 1/мин образцы различной (от 10 до 20 мм) ширины, толщиной 4 мм с резкими концентраторами напряжений в виде двусторонних боковых надрезов. Теоретический коэффициент концентрации напряжений составлял ас = = 5. .. 7. Испытания проводили при варьировании в широких пределах среднего напряжения цикла и амплитуды напряжений. В результате исследования было установлено, что на скорость роста трещины среднее напряжение цикла оказывает значительно меньшее влияние, чем амплитуда напряжений. Вместе с тем увеличение среднего напряжения цикла в области [c.90]

Режимы циклического нагружения оказывают существенное влияние на закономерности нестабильного роста усталостных трещин. На рис. 117 представлены зависимости размеров скачков трещин от Kf при различных значениях R, полученные при испытаниях образцов толщиной 25 и 150 мм. Эти зависимости показывают, что размеры скачков трещин увеличиваются с ростом значений Kf , но не зависят от значения коэффициента асимметрии цикла R в диапазоне его изменения от О до 0,85 и толщины образцов, если соблюдаются условия плоской деформации при разрушении образцов. Меньшим значениям [c.196]

Толщина образца, как уже отмечалось, определяет степень трех-осности напряженного состояния и, соответственно, стеснение пластической деформации в вершине трещины. Поэтому влияние толщины образца проявляется на участке, где значения коэффициента интенсивности напряжений близки к критическим. Экспериментально установлено, что это влияние на скорость роста усталостной трещины гораздо менее существенно, чем на Кс, хотя качественно имеет тот же. характер. Естественно предположить, что если эксперимент удовлетворяет требованиям, предъявленным к испытаниям по определению вязкости разрушения при плоской деформации, то его результаты не будут зависеть ни от толщины, ни от других размеров образца. [c.31]

В исследованиях закономерностей распространения усталостных трещин также наблюдаются сложные зависимости между структурным состоянием и сопротивлением росту трещин. Влияние размера зерна (в диапазоне от 15,5 до 36,7 мкм) на сопротивление росту усталостной трещины в алюминиевом сплаве системы Al-Zn-Mg u в листовых образцах (толщина 1,6 мм) с центральной трещиной рассматривалось в работе [9]. Из анализа кинетических диаграмм усталостного разрушения следует (рис, 6.11), что наилучшее сопротивление распространению усталостной трещины наблюдается у крупнозернистого материала, а наихудшее - у образцов с размером зерна 24,1 мкм. Такая закономерность связана с особенностями механизма усталостного разрушения. Именно у материала с размером зерна 24Д мкм наблюдается на поверхно- [c.217]

Показатель степени при КИН указывает на развитие трещины с таким высоким ускорением, что различия в частоте нагружения не оказывают заметного влияния на процесс разрущения. Из этого факта можно заключить, что имеет место некоторое пороговое ускорение роста трещины, при достижении которого частота нагружения перестает влиять на процесс разрушения материала у кончика трещины. В припороговой области нагружения имеет место такое ускорение в развитии усталостных трещин. Исследования стали 1Сг-1Мо-0,25V и нержавеющей стали с содержанием Сг — 12 % были выполнены при температуре окружающей среды в припороговой области скоростей на компактных образцах толщиной 10 и шириной 50 мм [29]. [c.351]

Восиковски [186] исследовал влияние частоты нагружения на рост усталостной трещины в низкоуглеродистой марганцовистой стали типа 20Г2 в зависимости от окружающей среды. Образцы с боковым надрезом изготовляли из листа толщиной 12,7 мм. Нагружение осуществляла [c.118]

Во всех случаях при вариациях соотношением главных напряжений в диапазоне -1,0 < 1,0 имело место формирование усталостных бороздок, шаг которых соответствовал измеренной СРТ по поверхности крестообразной модели вдоль ее траектории. При одновременной вариации нескольких параметров цикла нагружения можно подобрать такое сочетание их величин, что процесс распространения усталостной трещины будет эквивалентным для разных ориентировок траектории трещин в пространстве (рис. 6.18). На основании этого были проведены расчеты поправочной функции f(X(5, [Л = 0,5]) и определены эквивалентные характеристики процесса распространения усталостной трещины в поле двухосного напряженного состояния для различного расположения в пространстве плоскости излома в центральной части образца. Независимо от ориентации трещины кинетически процесс распространения трещины является эквивалентным и описывается единой кинетической кривой (5.63) и (5.64) (рис. 6.19). Некоторое смещение представленных кинетических кривых относительно указанной единой кинетической кривой связано с влиянием толщины пластины на закономерности роста усталостных трещин, которые не рассматривались при построении представленных кинетических кривых. Единая кинетическая кривая введена для описания поведения сплавов на основе алюминия при толщине пластины не менее 5 мм. [c.317]

Влияние давления паров воды на скорость роста усталостной трещины было продемонстрировано, например, на алюминиевом сплаве 7075 системы Al- u-Mg [6], Независимость скорости роста усталостной трещины от давления паров жидкости была зафиксирована в области от 10 до 10 торр. Далее происходило резкое возрастание скорости роста трещины от 1,5-10 до 1,5-10 м/цикл в интервале давлений 0,2-0,3 торр, и в последующем возрастание скорости было едва заметным вплоть до давления паров 20 торр. Более сложная зависимость скорости роста трещин от частоты нагружения была получена для алюминиевых сплавов 7050-Т651, 7050-Т7451 и 7075-Т651 с пределом текучести 561, 456 и 469 МПа соответственно [7]. Испытания при асимметрии цикла 0,1 были выполнены с частотой нагружения 5 Гц компактных образцов толщиной 25,4 мм (сплав 7050) и 12,5 мм (сплав 7075). В интервале КИН 11,0-16,5 МПа-м имело место эквидистантное смещение кинетических кривых. Рассматриваемый интервал КИН отвечает области СРТ на первой стадии роста трещин и непосредственно прилегает ко второй стадии разрушения. Оказалось, что при снижении давления паров жидкости имеются переходы в изменении скорости роста трещины (рис. 7.3). Существенно, что в широком диапазоне изменения дав- [c.345]

Брэзвил и др. [146] изучали влияние агрессивных газовых сред на скорость распространения усталостной трещины в хромомолибденовой стали (С 0,14 %, Сг 2,28 %, Мо 1,36 %). Компактные образцы толщиной 25,4 мм с боковым надрезом нагружали с частотой 5 Гц и асимметрией цикла R = 0,1. Было установлено (рис. 51) сильное разупрочняющее действие водорода и сероводорода. Испытание в водороде при комнатной температуре и давлении 133 кПа показало увеличение скорости распространения трещины в 10 раз по сравнению с испытанием в вакууме. При испытании в сероводороде со значительно меньшим давлением (0,65 кПа) скорость роста усталостной трещины в 50 раз выше, чем в вакууме, и в 5 раз выше, чем в водороде. Водяной пар и особенно аргон значительно меньше влияют на сопротивление указанной стали усталост- [c.102]

Рис. 111. Влияние асимметрии нагружения на скорость роста усталостных трещин (толщина образцов 150 мм / = О. (У), R = 0.3 (2) R = 0,75 (3) штриховые линии — сталь 08Х18Н10Т штрихпунктирные линии — сталь 15Х2МФА (I) сплошные линии — сталь 15Х2МФА (II)). [c.189]

На ряс. 23 приведены значения отношений Ввод/%03 скоростей развития усталостных трещин при исишании в воде и на воздухе в зависимости от частлты нагружения f и размаха коэффициента интенсивности .К. Графики построены по экспериментальным данным [31, Пэрис к др., с. 196— 217 ]. Испытывались компактные образцы толщиной 6,35 мм при внецен-тренном раст.чжении из легированной стали (Стп = 1609-Т-1638 МПа о.,. = = 1500 1530 МПа i )= 33% коэффициент асимметрии R = 0,1). Влияние воды на скорость развития трещин резко усиливается при снижении частоты нагружения и размаха коэффициента интенсивности. Так, кли при / = 180 цикл/мин переход от воздуха к воде увеличивает скорости роста трещин в ,2—2,2 раза, то при f — цикл/мин скорости роста трещин увеличатся в 4—6,5 раза. При низких значениях д,К влияние коррозии на рост скоростей v оказывается более сильным. [c.202]

Последовательное снижение минимального напряжения цикла связано с переходом через ноль. Сравнение процесса формирования усталостных бороздок в случае сохранения постоянного максимального напряжения цикла при чередовании пульсирующих циклов и циклов с отрицательной асимметрией позволяет проследить роль сжимающей части цикла нагружения в кинетике трещин [6]. Испытания прямоугольных образцов толщиной 10 мм с центральным отверстием из алюминиевых сплавов Д16Т и В95 путем растяжения с чередованием циклов отрицательной асимметрии и пульсирующих циклов при сохранении неизменным максимального напряжения цикла показали, что шаг усталостных бороздок при переходе к отрицательной асимметрии цикла возрастает и мало отличается для обоих сплавов (рис. 6.5). С увеличением асимметрии цикла наблюдалось возрастание различий соседних шагов усталостных бороздок для пульсирующего и асимметричного цикла независимо от уровня максимального напряжения цикла (табл. 6.1). В направлении распространения трещины происходило снижение расхождений между шагом усталостных бороздок для разной асимметрии цикла при разном уровне минимального напряжения так же, как при возрастании шага бороздок, что нашло свое отражение в полученных поверхностях поправочных функций на отрицательную асимметрию цикла нагружения (рис. 6.6). Наиболее заметным влияние отрицательной асимметрии цикла было получено для сплава В95. При возрастании КИН имеет место снижение влияния отрицательной асимметрии цикла нагружения на скорость роста трещины, характеризуемую шагом усталостных бороздок, в пределах 10 %. Это означает, что в направлении роста трещины при разном уровне асимметрии цикла нагружения необходимо иметь не только поправку на асимметрию цикла, но и на возрастающую величину КИН. [c.291]

Аналогичный результат был получен в исследованиях жаропрочного сплава API, а также сталей 2,25Сг-1Мо (СМ) и 0,5 r-0,5Mo-0,25V ( MV) при нагреве ниже 600 °С [23, 24]. На компактных образцах толщиной 25 и 18 мм и шириной 50 мм показано, что в области частот нагружения более 10 Гц скорость роста трещины практически не зависела от частоты нагружения. Пороговая величина частоты нагружения не зависела от изменения асимметрии цикла в интервале 0,1-0,7. Понижение скорости с возрастанием частоты нагружения при КИН 10 МПа-м / было ограничено снизу пороговой величиной (da/dN) = 10 м/цикл и 7,5-10 м/цикл для сплава API и стали MV соответственно при асимметрии цикла 0,1. Переход в область чисто усталостного разрушения без признаков влияния процессов ползучести при низкой частоте нагружения для сталей СМ и MV при КИН 10 МПа-м / и температуре испытания 538, 565 °С происходил при частотах нагружения 0,2 Гц и 1,0 Гц соответственно. Общий вид зависимости скорости роста трещины от частоты нагружения был представлен соотношением [c.350]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...