Повреждение и разрушение при циклическом нагружении

Повреждение и разрушение при циклическом нагружении [c.224]

В отличие от изложенных выше представлений энергия диссипации, изменение которой по числу циклов п зависит от действующего напряжения Ота асимметрии цикла Н, величины уже поглощенной материалом энергии степени поврежденности материала ф (1 ф 0) и частоты нагружения, принимается за меру упрочнения материала. При этом для описания процесса деформирования и разрушения при циклическом нагружении в [c.21]

Стадии усталости. Процесс усталости обычно разделяют на три периода упрочнение, повреждение и разрушение. При этом признаки, характеризуюш,ие каждый период усталости, различные исследователи устанавливали, основываясь на изменении лишь отдельных механических и физических свойств при циклическом нагружении. Чаще всего для этой цели использовались данные об изменении микротвердости в процессе усталости. [c.36]

Вне зон концентрации напряжений при упругопластическом деформировании под действием знакопостоянных и знакопеременных внешних нагрузок могут возникать односторонне накопленные деформации так называемой циклической ползучести. В результате происходит накопление в основном квазистатических повреждений характер разрушения при повторном нагружении аналогичен характеру разрушения при статическом нагружении. [c.122]

Различие данных эксперимента и модели можно объяснить накоплением повреждений структуры композита при циклическом нагружении, что вызывает снижение сопротивления материала распространению трещины. Это подтверждается тем, что разрушение не всегда происходило от расслоения наименьшей длины имеющего, следовательно, наибольший уровень напряжений в его вершине. Учитывая вероятностный характер прочности борных волокон, их разрушение возможно при напряжениях, много меньших предельных для композита в целом. Как показано в работе [32], наличие поля микродефектов перед фронтом макротрещины трещины влияет на значение коэффициента интенсивности напряжений, что не учитывается в модели. Другим объяснением может служить различие в расчетных и реальных схемах образцов, так как после циклического нагружения размеры трещин расслоения были различными. В расчетных схемах предполагалось, что ответвления расположены симметрично относительно поперечной трещины. [c.253]

Представление о разрушении при циклическом нагружении как о процессе накопления повреждений развивается также и в работах [16, 17], где накопление повреждений при пластическом деформировании материала предлагается описывать с помощью кинематического уравнения (1.36), в котором и — функция, являющаяся мерой накопленного повреждения (О 1) и в начальный [c.13]

Выявленные закономерности деформирования и разрушения материала при циклическом нагружении позволили сформулировать деформационно-силовой критерий, который дает возможность прогнозировать долговечность по условию зарождения макроразрушения при ОНС с учетом максимальных нормальных напряжений в цикле и особенностей суммирования повреждений при нестационарном нагружении. [c.148]

К разрушениям второго типа, которые могут происходить также при различных схемах нагружения, следует отнести разрушения, для которых критические параметры существенно зависят от времени нагружения в том или ином виде. Типичным примером является разрушение, получившее в литературе название разрушение при взаимодействии ползучести и усталости [240, 341] при циклическом нагружении в определенном температурном интервале долговечность при одной и той же амплитуде деформации зависит от скорости деформирования, значительно уменьшаясь при малых эффективных скоростях деформирования, в частности при циклировании с выдержками. На стадии развития усталостного повреждения также известны многочисленные экспериментальные данные о влиянии частоты нагружения в определенных условиях, особенно в коррозионной среде, на скорость роста усталостных трещин [199, 240, 310, [c.150]

При разработке моделей прогнозирования трещиностойкости и развития трещин необходимо было сформулировать условие накопления повреждений в градиентных полях напряжений и деформаций. Было показано, что повреждения накапливаются, если размер необратимой упругопластической зоны (при статическом нагружении) или обратимой упругопластической зоны (при циклическом нагружении) больше структурного элемента, размер которого во многих случаях можно принять равным диаметру зерна. В противном случае, когда размер упругопластической зоны меньше размера структурного элемента, материал практически не повреждается и локальные критерии разрушения, сформулированные в терминах механики сплошной деформируемой среды, не дают адекватных реальным ситуациям прогнозов. [c.264]

За последние годы в СССР и за рубежом опубликован ряд работ по металловедению и технологии титановых сплавов, отражены современные подходы к проблеме их разрушения. Вопросы же циклической прочности и долговечности титановых сплавов с учетом влияния агрессивных сред освещены мало. Авторы попытались на основании собственных исследований и обобщения имеющихся отечественных и зарубежных материалов установить основные закономерности изменения свойств титановых сплавов при циклических нагружениях. Особое внимание при этом обращено на рассмотрение природы процессов накопления циклических повреждений в условиях агрессивных сред и на выявление факторов, отрицательно сказывающихся на надежности и эксплуатации при циклических нагрузках. [c.4]

Соотношение (1.21) указывает на уменьшение доли периода роста трещины в долговечности сварного соединения по мере возрастания числа циклов нагружения до разрушения соединения. Относительная доля периода роста трещины в периоде нагружения элемента конструкции до ра.зру-шения существенно зависит от условий нагружения элемента конструкции, вида материала и состояния поверхности, а также концентрации напряжений. При ВЫСОКО концентрации напряжений доля периода роста трещины в общей долговечности образца или элемента конструкции может оказаться значительной. Возникает естественный вопрос о том, в какой мере соотношение между периодами зарождения и роста трещины может быть использовано для характеристики поведения материала при циклическом нагружении. Указанная информация позволяет установить, насколько эти два разных способа накопления повреждений материала взаимосвязаны или зависимы между собой для разных условий нагружения и их концентрации в районе очага разрушения. [c.61]

При циклическом нагружении металла в его решетке последовательно реализуются те же механизмы формирования диссипативных структур, что и в случае деформирования растяжением или сжатием [36-38]. Причем масштабы протекания процессов накопления повреждений определяют стадийность развития процесса разрушения, в том числе и стадийность процесса развития усталостной трещины. Возникновение усталостной трещины происходит на фоне сформированной полосовой дислокационной структуры (тип 9-10 [c.144]

Наряду с развитием расчетных методов оценки долговечности деталей машин при циклическом нагружении [82—84] проводится широкое исследование структурных изменений металлов и сплавов, цель которого — не только выяснение физической природы усталости, но и поиск структурных критериев, позволяющих определить усталостные повреждения до наступления разрушения. [c.32]

Преимущественное развитие усталостных трещин происходит в поверхностных слоях, что обусловлено более ранним по сравнению с остальным объемом металла повреждением поверхностных слоев из-за более раннего накопления в этих слоях критической плотности дислокаций [83]. Поскольку процесс усталости во всей массе протекает неоднородно, то для изучения изменения свойств в процессе циклического нагружения необходимы характеристики, которые позволяли бы судить о процессах, происходящих в локальных объемах металла. В связи с этим при изучении усталостного разрушения широкое применение нашли методы измерения твердости и микротвердости, рентгеновского анализа, оптической и электронной микроскопии. Результаты этих исследований представляют большой интерес для выявления сходства и различия кинетики накопления структурных повреждений и разрушения в условиях объемного циклического нагружения и при фрик-ционно-контактной усталости, поскольку аналогичные методы исследования широко применяются при трении. Методы интегральной оценки структурных изменений, такие, как измерение электросопротивления (проводимости), внутреннего трения, магнитных свойств, несмотря на то что требуют специальной подготовки образцов и соответственно испытательного оборудования, также могут быть полезны для исследования процессов трения. [c.33]

Основными недостатками полученных результатов являются, во-первых, отсутствие информации о кинетике накопления усталостного повреждения в металлах на стадии зарождения усталостной трещины, что исключает возможность прогнозировать момент возникновения макроскопической усталостной трещины с учетом структурных особенностей сплавов и влияния на процесс накопления повреждения эксплуатационных и других факторов во-вторых, отсутствие четкого разграничения стадий возникновения и развития усталостных трещин, особенно в тех случаях, когда стадия развития усталостных трещин составляет значительную часть общей долговечности в-третьих, недостаточное внимание к исследованию критериев окончательного разрушения образцов и конструктивных элементов с усталостной трещиной при циклическом нагружении. [c.3]

При циклическом изменении внутреннего давления и замедленной скорости накопления деформаций циклической ползучести (при низкой температуре, малых напряжениях, высокой частоте нагружения и т. п.) возможны накопление усталостных повреждений и разрушения не квазистатического характера, а смешанного или усталостного. Указанные условия могут возникать на больших временных базах. [c.123]

Разрушение (по образованию трещины) при циклическом нагружении в температурно-временной постановке описывается на основе нелинейных гипотез суммирования повреждений в относительных временах и циклах [c.26]

Для расчетов текущих величин поврежденности и долговечности при нестационарных режимах циклического нагружения проще всего использовать результаты прямых опытов на длительное разрушение при циклических напряжениях, изменяющихся с определенным коэффициентом асимметрии цикла и определенной частотой. Для R = 0,5 некоторые экспериментальные данные представлены в табл. 4.5. Расчет меры повреждений [c.137]

Знание кинетики деформаций материала с числом нагружений необходимо для определения интенсивности накопления усталостных и квазистатических повреждений и перехода к предельному состоянию и разрушению. При этом циклические свойства материала, а также условия нагру/кения определяют усталостный, квазистатический или переходный характер разрушения. [c.29]

Приведенные данные свидетельствуют о том, что в области напряжений, превышающих предел выносливости, значение неупругой деформации за цикл на стадии стабилизации определяется размерами и числом микротрещин, возникающих при циклическом нагружении. Наилучшая корреляция имеет место между неупругой дес юрмацией за цикл и произведением числа трещин на их средний размер. Вероятностная трактовка этой характеристики была дана в работе [141]. Это позволяет заключить, что циклические неупругие деформации могут быть использованы в качестве меры рассеянного усталостного повреждения на стадии зарождения усталостной трещины. Эта стадия завершается, как уже отмечалось, возникновением магистральной трещины, которая при своем дальнейшем развитии приведет к окончательному разрушению. [c.53]

Из изложенного следует, что если действующее в циклически деформируемой зоне у вершины трещины напряжение достигает циклического предела пропорциональности, происходит накопление повреждения в этой зоне и нарушение ее сплошности (разрушение) после определенного числа циклов нагружения. Известно [142, 1441, что циклический предел пропорциональности численно равен пределу выносливости конструкционных сплавов, а при значениях действующих циклических напряжений ниже предела выносливости накопления повреждения в материалах не происходит. Поэтому логично принять действующее напряжение у вершины трещины при циклическом нагружении, равное циклическому пределу пропорциональности, ответственным за накопление повреждения и разрушение материала в циклически деформируемой области у вершины трещины. [c.212]

Среди факторов, способствующих началу разрушения, в частности при циклическом нагружении (механическом, тепловом), отметим концентрацию напряжений —эффект, довольно характерный для элементов конструкций. Обычно она связана с резким изменением геометрии детали — ее размеров и формы здесь возникает локальная неоднородность поля напряжений и деформаций, характеризуемая их большими градиентами. Данный эффект возможен также в связи с дефектами структуры материала, повреждениями поверхностного слоя, неоднородностью механических свойств (например вследствие сварки). Концентратором становится и трещина, появившаяся в начале разрушения. [c.30]

Рассмотрим основные явления накопления повреждений и разрушения с позиций их соответствия общим полуэмпирическим моделям, которые были исследованы в предыдущих подразделах. Обсудим также некоторые частные модели, предназначенные для решения задач прогнозирования ресурса. Исходным материалом для построения полуэмпирических моделей служат результаты ресурсных испытаний при однородных режимах нагружения, например при постоянной амплитуде циклических напряжений, постоянной температуре и т. п. Эти результаты, как правило, обнаруживают значительный статистический разброс, связанный со случайной природой явлений. Традиционная форма представления результатов в виде кривых, например усталости и длительной прочности, по существу не отражает этого разброса. В сущности, эти кривые представляют собой линии регрессии между величинами, характеризующими уровень нагруженности, и показателем ресурса, например числом циклов (блоков) до разрушения или продолжительностью испытаний в единицах физического времени. Дополнением к кривым регрессии служат эмпирические оценки для законов распределения ресурса [c.93]

Достижение предельного состояния при реализации критического распределения напряжений и деформаций на фронте трещины характеризует переход к глобальному (нестабильному) разрушению. Однако в зависимости от условий нагружения при росте трещины могут реализоваться условия для локальной нестабильности разрушения. Наиболее полно спектр пороговых значений К , отвечающих смене диссипативных структур, реализуется при циклическом нагружении и постоянной нагрузке низкого уровня. Как уже отмечалось в предыдущей главе, микроразрушение отрывом связано с достижением критического соотношения теоретических прочностей на сдвиг и на отрыв, контролируемого постоянной Л= [Lm/H G/E], полученной на основе идеи о независимости удельной энергии разрушения от вида подводимой энергии. Эта идея отражает принцип самоорганизации процессов диссипации энергии в металлах и сплавах при том или ином виде воздействия. Термодинамические аспекты этой идеи развиты В. В. Федоровым [110]. Согласно его концепции, критерием повреждаемости локального объема является критическая плотность внутренней энергии At/ , накопленной при его предельной деформации. Это позволило с единых позиций рассмотреть кинетику повреждений металлов и сплавов при ползучести, усталости, статическом деформировании, трении и т. п. Концепция с позиций термодинамики объясняет постоянство критической плотности энергии деформации и ее независимость от внешних факторов, что согласуется с концепцией [71]. [c.112]

Энергетический подход правомерен и при анализе усталостного разрушения магнитным методом. Запас энергии, затрачиваемой на накопление повреждений и разрушение, примерно одинаков для данных марок сталей как при статическом, так и циклическом нагружениях, т. е. Я . [c.124]

Установлено, что запас энергии, затрачиваемой на накопление повреждений и разрушений, и соответствующая величина коэрцитивной силы Не примерно одинаковы для исследованных марок конструкционных сталей как при статическом, так и при переменном, циклическом (усталостном) нагружении. Этот факт является экспериментальным подтверждением энергетической теории разрушения, позволяющей определить базовые параметры для контроля за состоянием металла магнитным методом по величине коэрцитивной силы. В зависимости от состояния стали различают [c.217]

Основной особенностью малоциклового нагружения как при изотермическом (малоцикловая усталость), так и при неизотермическом (термическая усталость) нагружении являются значительные величины циклических деформаций. Этим обстоятельством определяются основные закономерности накопления повреждений и разрушения. В обоих случаях — при постоянной или циклически меняющейся температуре — нагружение элемента тела может быть произведено двумя способами при постоянной амплитуде напряжений, как при обычных испытаниях на усталость, и при постоянной амплитуде деформаций. [c.65]

Повреждающая энергия. Согласно энергетическим представлениям об усталостном разрушении, последнее происходит в результате накопления металлом повреждающей энергии, связанной с пластическим деформированием при циклическом нагружении. Повреждающая энергия Ed, необратимо поглощенная металло>м и представляющая собой изменение внутренней энергии, может быть выражена как разность двух энергий d= j— , где У зрная рассеянная энергия, т. е. подводимая или затраченная механическая энергия Е, — энергия, не участвующая в накоплении усталостных повреждений и выделяющаяся -при циклическом деформировании в виде тепла. [c.41]

В статье дан краткий анализ результатов исследования зарождения и развития усталостных трещин в металлах при многоцикловом нагружении, полученных в Институте проблем прочности АН УССР. Показано, что об интенсивности накопления усталостного повреждения па стадии зарождения усталостной трещины можно судить по величине неупругой циклической деформации. Приведены деформационные и энергетические критерии зарождения трещин рассмотрены закономерности развития усталостных трещин п обоснована целесообразность использования в расчетах характеристик вязкости разрушения при циклическом нагружении. [c.420]

Рассмотрены процессы повреждения и разрушения материалов и элементов конструкций и формулировки критериев разрушения на основе подхода, включаюшего механику деформируемого твердого тела, механику разрушения и физику прочности и пластичности. Приведены подходы к описанию кинетики трещин при статическом, циклическом и динамическом нагружениях элементов конструкций. Рассмотрены методы и алгоритмы численного решения упруговязкопластических задач при квазистатическом (длительном и циклическом) и динамическом нагружениях. Основу книги составили результаты, полученные авторами. [c.2]

В. С. Калмуцким разработаны методики статистического расчета прочности и надежности деталей с электролитическими покрытиями при циклическом нагружении, установлены статистические закономерности повреждения и разрушения, проведена эксплуатационная проверка выдвинутых положений [53, 54]. [c.31]

Различный характер разрушения при термоциклическом нагружении циклами различной длительности является следствием разных процессов повреждаемости, которые одновременно развиваются при сложном нагружении материала циклическими и статическими нагрузками. В циклах с длительными выдержками основное значение имеют длительные статические свойства при испытаниях по пилообразному циклу прочность материала определяется его сопротивлением малоцикловому разрушению. В промежуточной области нагружения необходимо учитывать ззаи.мное влияние статического и циклического повреждений и определять свойства материала при их различном соотношении. [c.82]

Термоциклическое нагружение происходит при специфических условиях, основными из которых являются неизотермическое деформирование материала, обусловливающее различную интенсивность накопления повреждений в первой и второй частях цикла одновременное накопление статического и циклического повреждений в течение каждого цикла разнородный характер повреждений (принтах материал подвергается более или менее длительному воздействию статической нагрузки с соответствующим повреждением границ зерен, а при тш — кратковременному унругопластическому деформированию, при котором деформации развиваются главным образом за счет сдвигов в теле зерен). Двойственный характер накапливаемого повреждения определяет и особый вид циклического упрочнения при термоусталости, выражающийся в чередовании процессов упрочнения и разупрочнения. Все эти обстоятельства проявляются и в характере разрушения при, термоциклическом нагружении, который, как упоминалось, является более сложным, чем при простых видах нагружения—механической усталости и длительном статическом нагружении. [c.98]

Основными направлениями экспериментальных и теоретических разработок в области прочности материалов и конструкций, выполненных в исследовательских центрах и заводских лабораториях, являются линейная и нелинейная механика разрушения де-формациогн1ые и энергетические критерии разрушения модели деформируемых сред с учетом сосредоточенного и рассредоточенного повреждения процессы длительного циклического деформирования и разрушения сопротивление деформациям и разрушению - при программном изотермическом и неизотермическом нагружениях микромеханика процессов статического и циклического разрушений. [c.18]

Критерии же длительного циклического разрушения в форме (4.52) и (4.53) учитывают кинетику петли с числом циклов нагружения и поэтому более полно и точнее описывают процесс накопления повреждений и условия разрушения при циклическом упру-топластическом нагружении. [c.123]

На основе развиваемых выше представлений о разрушении металлических материалов при циклическом нагружении как о предельно накопленном повреждении в результате работы микронапряжений на пути пластической [11—13] и упругой деформации был получен критерий разрушения типа (4.53) для симметричного цикла нагружения, в котором первый член определяет величину усталостного повреждения второй — величину квазистатиче-ского повреждения обусловленного односторонним накоплением остаточной деформации в процессе нагружения, третий член определяет повреждение т з, обусловленное работой микронапряжений на пути упругой деформации (при разгрузке). [c.162]

Однако, как показал анализ, такая модель не позволяет описывать некоторые закономерности, имеющие принщшиальное значение. В частности, нетрудно подобрать зависимость П от 0 так, чтобы отразить большую опасность циклического нагружения, сопровождающегося знакопеременной ползучестью, чем быстрого циклического нагружения. Но при этом невозможно получить известный из эксперимента факт существенного роста скорости повреждения при циклическом нагружении с выдержками в полуциклах растяжения и, наоборот, уменьшения скорости повреждения при выдержках в полуциклах сжатия. Для отражения этого факта можно предположить, что ползучесть при сжимающем напряжении оказывает не повреждающее, а наоборот, залечивающее влияние. Скорость l B) при отрицательных значениях 0 должна быть отрицательна. Но тогда при определенных сочетаниях параметров циклического нагружения разрушение окажется вообще невозможно. Противоречие устраняется, как будет показано ниже, если ввести два вида повреждения, связанные с двумя механизмами иеупругого деформирования. [c.225]

Зарождение и рост усталостной трещины. Накопление повреждений перед вершиной трегцины (или конструкционного концентратора напряжений) при циклическом нагружении состоит из двух стадий инкубационной стадии накопления повреждений до момента страгивания (зарождения) трегцины усталости и стадии накопления повреждений в процессе роста трегцины. В области пригодности линейной механики разрушения коэффициент интенсивности напряжений полностью контролирует процесс страгивания и распространения усталостной трегцины [142, 284, 355]. В этом случае основным управ-ляюгцим параметром целесообразно считать максимальное значение (или размах) коэффициента i max- Тогда значение переходит в предельный коэффициент интенсивности напряжений, соответст-вуюгций 7V циклам нагружения. Для условий страгивания трегцины под предельным коэффициентом интенсивности напряжений следует понимать коэффициент в момент инициирования трегцины (i ) для условий спонтанного разрушения образца — вязкость разрушения К с. Переходя в соотношении (1.5.10) от времени к числу циклов нагружения 7V, получаем соотношение для оценки долговечности до страгивания трегцины при циклическом нагружении тела с исходной трегциной [c.62]

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]

Имитационное моделирование на ЭВМ применялось в работе [109] при исследовании процессов дробления волокон композиционного материала в области концентрации напряжений, вызванной развитием макротрещины, а также в работах С.Т. Милейко, П.А. Егина и С.Х. Сулейманова при изучении механизмов разрушения и кинетики накопления повреждений при циклическом нагружении слоистых и волокнистых композитов [3, Ш], Подробнее эти подходы рассмотрены ниже (ем, гл. 5) при построении структурных моделей композитов, позво- [c.144]

Рассмотрим теперь следующую модель поведения системы при циклических нагружениях. Пусть последовательные нагружения (в отличие от описанной выше модели) приводят к такому накоплению повреждения, когда для /-го образца в циклах с номерами 1,2,..., вероятность Р1 неразрушения в одном цикле вследствие пписпосабливаемости системы остается постоянной. Факт разрушения или неразрушения системы в каждОхМ цикле случаен и зависит от сочетания внутренних характеристик системы, особенностей реакции системы в данном цикле на нагрузку и т. д. В отличие от предыдущей, эта модель более условна. Вместе с тем она позволяет приближенно, но в явном виде, сформулировать требования к числу п испытываемых образцов и числу N необходимых циклов в них. Кроме того, может быть снято требование об обязательном доведении испытаний до разрушения. Действительно, в этом случае общее число испытаний т где Л —число циклов, минимальное из Ми [c.113]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...