Рост трещин при случайном нагружении

Скорости роста трещины, определенные при циклических испытаниях с постоянной амплитудой напряжения, примерно таковы, как и в испытаниях на случайные нагружения, при которых максимальное напряжение постоянно, а среднее значение и размах меняются случайным образом. Однако при случайных нагружениях, в процессе которых максимальное напряжение тоже меняется, последовательность циклов может заметно влиять на скорость роста трещины, причем.в целом рост трещин при случайном нагружении происходит значительно быстрее [69]. [c.291]

РОСТ ТРЕЩИН ПРИ СЛУЧАЙНОМ НАГРУЖЕНИИ [c.199]

Далее, при детальном рассмотрении вида распространения трещины мы отметили, что направление, в котором совпадает направление вектора напряжения с направлением вектора прочности, определяет случайное или ориентированное направление скачкообразного распространения трещины при симметричном и антисимметричном нагружениях соответственно. Неоднородность в кончике трещины, т. е. наличие оставшихся целыми волокон, образующуюся при этих видах распространения трещины, можно проанализировать при помощи математической модели, в которой эффект неоднородности учтен в эквивалентных граничных условиях. Таким образом, исследование при помощи математической модели сводится к решению задачи для однородного анизотропного материала. Заметим, что данная идеализация по существу аналогична гипотезе самосогласованного поля в физике. Показано также, что эта модель пригодна для предсказания роста трещины при повторных нагружениях. [c.262]

Явление роста трещин в твердых телах при циклических и случайных нагрузках объясняется монотонным подрастанием трещины в течение каждого цикла нагружения и необратимостью роста трещин. На основе обЩ Й зависимости (6.35) найдем скорость роста трещин при нестационарном нагружении, когда нагрузки представляют собой периодические или случайные фз нкции времени. [c.322]

Приведем основные результаты решения задачи о безопасных размерах трещин при случайном нагружении [10]. Поскольку неустойчивый рост трещин для напряженных и ответственных объектов, как правило, означает возникновение аварийного состояния, то вероятность этого явления в условиях эксплуатации должна быть весьма мала. Используем термины и обозначения гл. 6. В частности, введем функцию безопасности (6.1) по отношению к появлению неустойчивых трещин. Пусть / — предельные размеры трещин по критерию устойчивости. Тогда для апостериорной функции безопасности S имеем общее выражение [c.293]

Часто при случайном нагружении, характерном для элементов конструкции самолета, встречаются сжимающие или растягивающие нагрузки, величины которых меньше, чем большинство основных нагрузок. Установлено, что нагрузки, величина которых составляет менее 15 % от растягивающей нагрузки, значительно уменьшают замедление роста трещин. Исключение этих малых сжимающих нагрузок может привести к 50 %-ному увеличению длительности роста трещин. [c.434]

Из приведенных данных следует, что имеется возможность оценивать надежность элементов конструкций с трещинами при случайных процессах нагружения. Возможность учета роста трещин при расчетах надежности значительно повышает их достоверность. [c.210]

Наиболее простые ситуации моделирования роста трещины без учета эффекта взаимодействия нагрузок, рассмотренные выше, являются частными случаями эксплуатационного нагружения некоторых элементов конструкции, для которых переходы от одних уровней нагружения к другим определяются, как правило, условиями функционирования. В то же время конструктивные элементы планера ВС подвергаются случайному эксплуатационному нагружению, сопровождающемуся резким изменением нагрузок, например, на посадке и при воздействии атмосферной турбулентности (известно, что в полете возможно появление порывов воздуха, способных создавать перегрузки в 2 раза и более). [c.425]

Далее, в этом разделе мы проверили гипотезу о том, что распространение трещины в композитах происходит путем активации дефектов внутри критического объема в окрестности кончика трещины. Эта гипотеза была подтверждена при экспериментальном исследовании детального и общего видов распространения трещины. При растяжении наблюдались случайные скачки трещины поперек волокон, а при сдвиговом нагружении скачки поперек волокон имели определенную ориентацию. После скачка трещины на пути ее остаются стрингеры неразрушенных волокон. Влияние локальной неоднородности, вызванной наличием волокон стрингера, можно оценить при помощи введения эквивалентных условий на границе, вне которой композит считается однородным и анизотропным. Наша модель не только позволила обнаружить, что технологические дефекты способны улучшить сопротивление росту трещины в статически испытываемых композитах, но также позволила описать основной характер роста трещины под действием повторных нагружений и, таким образом, объяснить причину более высокого сопротивления усталости композитов. [c.255]

Выполненные в последнее время работы [9, 10, 11] свидетельствуют о существовании (взаимодействия между напряжениями различной величины (при случайном их чередовании), а также о существовании нижней границы повреждающих напряжений спектра, распространяющихся ниже исходного предела усталости. Авторы указанных выше работ экспериментально подтвердили справедливость предположения о том, что недогруз ки.в период развития трещины становятся активными и участвуют в накоплении повреждения. Следует ожидать, что дальнейшие исследования в этом направлении внесут коррективы в методику расчетов на усталость при нестационарных режимах нагружения в зависимости от способа ведения расчета (по критерию трещинообразования или по критерию разрушения). Вместе с тем работ, посвященных изучению кинетики усталостного разрушения, сравнительно немного, что, по-видимому, объясняется отсутствием надежной и доступной аппаратуры для наблюдения за ростом трещин усталости. [c.183]

Расчеты на сопротивление усталости при дискретных потоках случайных нагрузок (рис. 13.1, а) основаны на результатах математического описания и анализа таких воздействий (см. 9) и на информации о прочностных свойствах материалов (см. 1). Разрушение конструкции при случайных нагрузках может произойти либо в момент достижения процессом нагружения = О (t — 1, 2, 3,. ..) опасного уровня напряжений (т , либо при накопленном усталостном повреждении, достигающем опасного значения = 1 (рис. 13.1, б). Под разрушением в этом случае понимается либо появление в конструкции недопустимой по величине пластической деформации (тогда где — предел текучести), либо появление магистральной усталостной трещины. Методы расчета элементов конструкций с учетом роста усталостных трещин рассматриваются в гл. 5. [c.132]

Какой из признаков считать основным Это зависит от назначения данного элемента конструкции и, следовательно, от характера нагрузок, которые должен выдерживать клей. В случае, изображенном на рис. 20, б, основным признаком, очевидно, будет сопротивление развитию трещины. Этот случай часто встречается на практике в изгибаемых многослойных пластинах, балках и оболочках. Если металлический слой 1 подвергается нестационарному (циклическому, случайному и т. п.) нагружению, то с поверхности в глубь слоя 1 обычно развивается усталостная трещина. Скорость ее роста зависит от коэффициента интенсивности напряжений. При выходе трещины на границу слоев даль- [c.79]

При расчетной оценке роста усталостной трещины амплитуду нагрузки нередко принимают постоянной. Однако эксплуатационные воздействия на элементы конструкций имеют, как правило, случайный характер. Поэтому при расчетах на вьшосливость процесс нагружения обычно схематизируют и заменяют блочным. [c.375]

В некоторых случаях сумма не равна единице. По-видимому, в условиях квази-линейно-унругого роста трещины подобные законы не выполняются, хотя обычно основные данные получают в условиях скорее медленно изменяющихся, чем постоянных напряжений. Вначале приложение импульса перегрузки к циклу напряжений постоянной амплитуды снижает установившуюся скорость роста трещины при последующем нагружении. Вклад в этот эффект могут давать такие факторы, как затупление вершины трещины в процессе перегрузки, создание высоких остаточных сжимающих напряжений при снятии перегрузки, разрушение дислокационной субструктуры, характерной для установившейся стадии , или действие механизма закрытия трещины [27 ] (закрытие трещины во время цикла растяжения остаточными напряжениями, созданных пластически деформированными областями позади вершины трещины). Однако следует отметить, что в настоящее время предсказанное (на основе данных о скорости роста трещины при постоянной амплитуде) квази-линейно-упругое поведение материалов в условиях усталостного нагружения с изменяющейся или случайной амплитудой существенно отличается от реального поведения образцов, подвергнутых общей пластической деформации. [c.244]

Наиболее простой способ оценки живучести при программно-блочном и случайном нагружении, предложенный Барсомом [28], заключается в оценке средней скорости роста трещины при таких нагружениях по формуле [c.205]

Рассмотрим определение скорости роста трещин при быстрых изменениях К- Такие условия могут появиться при испытании с постоянной амплитудой приложенных напряжений, когда трещины распространяются очень быстро или напряжения быстро меняются от цикла к циклу, но чаще всего встречаются при эксплуатации изделий, когда усталостные нагрузки случайны. Хотя нагрузки можно записать на магнитную пленку или перфоленту (используя тензодатчики или акселерометры, подсоединенные к изучаемой детали) и воспроизвести их на установках с сервоприводом в лабораторных услоьчшх, традиционные испытания на менее сложных машинах требуют детального изучения разницы между условиями, возникающими при переменных и постоянных амплитудах нагрузок. Цель исследования заключается в том, чтобы иметь возможность предсказывать на основе простых данных общее поведение материала при известной сложной схеме нагружения. Попытки такого рода были до некоторой [c.243]

Пример 7.7. Приведем результаты числеииого моделирования роста усталостной трещины при случайном циклическом нагружении в виде стационарного узкополосного нормального процесса с равным нулю математическим ожиданием [10]. Развитие трещины описано с помощью уравнения Пэриса—Эрдогана (3.100), а условие устойчивости взято в форме (7.91). На рис. 7.13 показаны некоторые реализации процесса I t Т ) при Ih = 0,5 мм. Обращает на себя внимание не только большой разброс размеров трещин в каждый фиксированный момент времени, но и существенный разброс размеров, отвечающих моменту потери устойчивости. Некоторые критические размеры трещин указаны у кривых. Из-за разброса нагрузочных реализаций в одном случае разрушение произошло после 470 циклов при критическом размере 1 = 86,2 мм, а в другом — после 1030 циклов при критическом размере = = 19,2 мм. [c.294]

В настоящее время для анализа устойчивости квазистати-ческого подрастания трещины обычно используют концепцию Уд-кривых и модуля разрыва [33, 219, 339, 426]. Суть /д-подхода заключается в допущении, что процесс разрушения, происходящий у вершины субкритически развивающейся трещины, контролируется двумя параметрами приращением длины трещины AL и /-интегралом Черепанова—Райса, введенным для нелинейно-упругого тела. Иными словами, предполагается, что зависимость J (AL) однозначно определяет сопротивление субкри-тическому росту трещины независимо от вида приложенной нагрузки (при условии монотонного характера нагружения) и геометрии образца. В то же время во многих работах указывается на уязвимость этого подхода, в частности на неинвариант-ность /н-кривых к типу нагружения и геометрии образцов. Поэтому не случайно появление в последние годы большого количества работ, посвященных модификации /д-подхода путем введения различного вида энергетических интегралов [33, 276, 287, 288]. Наиболее значительные результаты получены при использовании интеграла Т [33, 287, 288]. В то же время методичес- [c.253]

Фирма MTS (США) выпускает универсальные гидравлические и гидрорезонансные испытательные машины различной мощности — от 0,1 до 5 Мн (от 10 до 500 тс), предназначенные для проведения испытаний на статическое растяжение, сжатие и изгиб, на малоцикловую усталость, кратковременные или длительные испытания на ползучесть, усталостные испытания при постоянной амплитуде с различной формой цикла (синусоидальная, треугольная, трапецевидная и др.), усталостные испытания с программным изменением ам плиту-ды, среднего уровня напряжений и частоты, а также с изменением указанных параметров по случайному закону. Кроме того, машины оборудованы системой обратной связи и могут воспроизводить эксплуатационный цикл нагружения, записанный на магнитофонную ленту или перфоленту. При усталостных испытаниях всех видов осуществляют регистрацию скорости роста трещин, накопления усталостных повреждений и пластических деформаций и оценивают чувствительность металла к концентрации напряжений по динамической петле гистерезиса. Частота циклов может изменяться от 0,0000 1 до 990 Гц. Особенность компоновки машин этой фирмы — разделение на отдельные независимые блоки исполнительного, силозадающего и програм-мно-регистрирующего агрегатов. [c.206]

Вместе с тем существование в циклически деформируемой детали усталостной трещины (даже остановившейся в своем развитии) может быть опасным, так как практически не бывает режимов нагружения, в которых не могут возникнуть случайные или закономерные отклонения от стабильного цикла (перегрузки, аварийные ситуации, удары и т. д.). При этом ранее остановившаяся усталостная трещина может вновь начать расти вплоть до полного разрушения детали В этих условиях наиболее важными характеристиками, определяющими возможность безопасной эксплуатации деталей, являются критические параметры нераспространяющихся трещин, такие, как предельное (максимальное) напряжение существования нера-спространяющейся трещины (или, что практически то же самое, напряжение, необходимое для роста трещины) и предельный размер трещины. [c.110]

Криогенное растрескивание многолетнемерзлых грунтов приводит к тому, что участок трубопровода подвергается дополнительному однократному нагружению касательной распределенной силой по поверхности конструкции. Раскрытие криогенной трещины является случайной величиной, характеризуемой ее средним значением и среднеквадратическим отклонением. Длина трубопровода, на которой происходит подвижка грунта, также представляется случайной величиной. Касательная сила, приложенная к поверхности газопровода, рассматривается как сила трения, пропорциональная поровому давлению мерзлого грунта. В зоне криогенной трещины возникает максимальное растягивающее осевое напряжение, опасность которого для основного металла и поперечных сварных стыковых соединений оценивается по соотношениям, приведенным выше. Таким образом, при оценке прогнозируемого срока службы участка газопровода в промерзающих пучини-стых грунтах следует учитывать дополнительно значения осевых напряжений изгиба, вызванных особыми природными явлениями -ростом бугров морозного пучения, криогенным выпучиванием газопровода и криогенным растрескиванием грунтового массива. [c.545]

Исследования показали, что при некоторых обстоятельствах после кратковременных воздействий высоких напряжений распространение трещины может значительно замедляться, т. е. повреж-денность при усталости и рост трещины зависят от предыстории циклического нагружения, а зависимость роста трещины от предыстории, а значит, и влияние предыстории на последующие приращения поврежденности являются примером проявления так называемых эффектов взаимодействия. Большинство исследований эффектов взаимодействия, выполненных к настоящему времени, относилось к исследованию задержки роста трещины в результате воздействия случайных повышенных растягивающих нагрузок на отдельных циклах. Задержку можно определить как период распространения трещины с меньшей скоростью после воздействия пикового напряжения, превышающего по величине амплитуду последующего циклического напряжения и совпадающего с ним по направлению. [c.291]

Какой из выбранных двух признаков считать основным Это зависит от назначения склеиваемого элемента конструкции. В изгибаемых многослойных пластинах, балках и оболочках основным признаком будет сопротивление переходу трещин из одного слоя в другой. Действительно, если металлический слой подвергается переменному (циклическому, случайному и т.п.) нагружению, то с его поверхности вглубь обычно развивается усталостная трещина. Скорость ее роста зависит от коэффшщен-та интенсивности напряжений у края трещины. При выходе трещины на границу слоев дальнейшее ее развитие может происходить двояко в зависимости от свойств клея и тормозящего материала. Если клей недостаточно прочен, то трещина пойдет по границе слоев и раздвоится при этом коэффициент интенсивности напряжений в конце трещины уменьшается в несколько раз, что существенно задержит время перехода трещины из одного слоя в другой. Если клей весьма прочен, то трещина сразу перейдет из одного слоя в другой, не раздваиваясь. Очевидно, клеи, вызывающие раздваивание трещины, лучше поэтому клеи, не обладающие этим свойством, следует исключить из рассмотрения. Оставшиеся клеи наиболее целесообразно сравнивать по сопротивлению сдвигу (наиболее опасным при раздвоении трещин 5голяется расслаивание клееной конструкции от сдвиговой нагрузки). Клеи, для которых сопротивление сдвигу достаточно высоко, следует сравнивать по стоимости и выбрать наиболее дешевый. [c.231]

Величина Ар не зависит от t. Кроме того, для простоты будем считать, что уровень нагрузок p t) не слишком высок, чтобы можно было воспользоваться приближенной формулой (6.54) вместо точного выражения (6.37). Это условие обычно выполняется в условиях длительного нагружения. Тогда можно применить общую фбрмулу (6.61) для скорости роста усталостных трещин при квазистационарном случайном нагружении. Подставляя в нее выражения (6.100), нетрудно получить [c.360]

Прдграммные испытания при пульсирующем цикле нагружения [166] показали, что с ростом шага усталостных бороздок увеличивается U. Величина скачка трещины в цикле нагружения в большей степени определяется величиной Къ а не величиной U. Адамс [167] на сплаве алюминия 2024-ТЗ подтвердил эффект Элбера, хотя испытания проводили при значительно более низких напряжениях. При этом он указал на значительно меньший эффект закрытия трещины. Этот результат свидетельствует о влиянии уровня напряжений на величину U. Существенно, что данные Элбе-ра о закрытии трещины были подтверждены при случайном спектре нагружения алюминиевого сплава 2024 [168]. Ис следования алюминиевых сплавов в припороговой области скоростей роста трещины показали [169], что при скоростях около 10 м/цикл пластическая деформация в вершине трещины не влияет на ее раскрытие. Шмидт и Парис предположили, что при малых значениях R в спектре случайных нагрузок для роста усталостной трещины необходимо, чтобы имелся участок диапазона интенсивности напряжений А/Со, превышающих Л/С,. Они предложили учитывать влияние асимметрии цикла на Kth с помощью следующего соотношения [c.160]

Общие вопросы усталостного разрушения. Стали и сплавы представляют собой конгломерат кристаллов, кристаллических зерен, имеющих, как правило, случайную ориентацию кристаллографических осей. В зернах, неблагоприятно ориентированных относительно статически приложенной силы, уже при очень малой ее величине происходит пластическое деформирование, структурно обнаруживаемое в виде полос скольжения, и возникают остаточные напряжения 3-го рода. Дальнейшее нагружение и развитие пластического деформирования, сводящегося к сдвиговым процессам (скольжение и двой-никование), дроблению зерен, относительному их перемещению и изменению дислокационной структуры, сопровождается возникновением остаточных напряжений 2-го, а в зависимости от напряженного состояния — и 1-го рода, иногда выпадением карбидов, упрочнением материала, переходящим на некотором уровне деформации в разупрочнение, Плоскости, по которым происходит скольжение, упрочняются, сопротивление деформированию возрастает, и с ростом нагрузки скольжение протекает по новым кристаллографическим направлениям. Разупрочнение начинается с появлением широких полос скольжения, и возникающие при этом субмикроскопические трещины развиваются на стадии, близкой к разрушению, в микро-, а затем в макротрещины. [c.244]

При помощи щаграммы dljdT — Г можно вычислить приращение длины (радиуса и т. п.) трещины для любого циклического, случайного или программированного пути нагружения. Таким образом, эта диаграмма лежит в основе теории роста усталостных трещин, если в этом процессе влияние частоты нагружения пренебрежимо мало. [c.15]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...