Зарождение усталостной трещины

Как уже отмечалось, зарождение усталостной трещины в сварных соединениях без внутренних дефектов происходит, как правило, в зоне перехода шва к основному металлу. Размер этой зоны определяется радиусом перехода, который в среднем составляет 1—2 мм [215]. Поэтому было принято, что начальная длина (глубина) трещины для всех узлов равна 2 мм и она ориентирована нормально к поверхности нагружаемого соединения. [c.318]

Период зарождения усталостных трещин, как и в случае статического деформирования, можно разделить на три основные стадии [c.18]

Период зарождения усталостных трещин [c.21]

Рис. 23. Зарождение усталостных микротрещин у неметаллических включений в образцах из низкоуглеродистой стали Ст.З (а, б) дислокационная структура у неметаллического включения на стадии циклической текучести (в) и схема зарождения усталостной трещины

Основные механизмы зарождения усталостных трещин. Что такое "интрузии" и "экструзии" [c.99]

Рис. 3.4. Схема механизма зарождения усталостных трещин в материале при наличии напыленного покрытия.

Начало распространения трещины является критической ситуацией для материала и тем более для элемента конструкции. Она отвечает точке неустойчивости, после которой снижается рассеивание в оценках усталостной прочности по критерию зарождения усталостной трещины. Они тем более достоверны, чем больший размер трещины использован в оценке долговечности. Однако степень неопределенности в оценках ресурса ВС остается, в том числе и потому, что после достижения критической длины трещины происходит быстрое. [c.47]

Рис. 1.15. Диаграммы (а) циклического разрушения материалов и (б) относительной их живучести но стадиям I — необратимой повреждаемости II — зарождения трещины III — роста трещины IV — полной долговечности, связанной с разрушением материала V — пов-торно-статическим разрушением [27] (в) зависимость относительного периода зарождения усталостной трещины iV, / Nf от размаха напряжений, Аа, в образцах из алюминиевого снлава 2024-ТЗ для длины распространения трещины 0-15 мм при различных радиусах р в вершине концентратора глубиной h [26] (г) рассеяние экспериментальных данных по зависимости длины усталостной трещины от числа циклов нагружения стальных образцов (С — 0,21 r — 0,21 Мп — 0,47 Си — 0,21 Сг — 0,09 %) при двух уровнях напряжения [97]

Систематические исследования длительности зарождения усталостных трещин в сталях с раз- [c.61]

Как показали результаты испытаний панелей с отверстиями из алюминиевого сплава 7075-Т6, упрочняющая обработка отверстий позволяет существенно продлить период зарождения усталостной трещины [108]. Испытанию подвергали панели под действием спектра нагрузок с переменной амплитудой, характерной для условий работы верхних панелей крыла самолета. Было показано, что 70 % долговечности соответствует периоду зарождения трещины. Однако даже в этом случае длительность периода роста трещины была достаточно велика, чтобы часть ее можно было использовать для осуществления безопасной работы конструкции с развивающейся трещиной. [c.65]

Рис. 1.25. Зависимость (а) суммарного сигнала АЭ от числа циклов нагружения любого элемента конструкции с ( ) ее совмещением с изменением уровня напряжения в сосуде под давлением [129,130], а также сопоставление для двух марок стали (в), (г) закономерности изменения сигналов акустической эмиссии со скоростью роста усталостной трещины [131]. Первое изменение угла наклона ai, указанной в (а), (б) зависимости отвечает моменту зарождения усталостной трещины

Существование зависимости процесса роста трещины одновременно от двух параметров цикла нагружения в виде размаха и максимальной величины КИН подтверждается анализом условий зарождения усталостной трещины с точки зрения анализа комбинации пороговых величин (Ki)th и (AKi)tfi [26, 27, 28]. В зависимости от асимметрии цикла нагружения у всех материалов имеет место гиперболическая зависимость между пороговыми КИН в связи с изменением асимметрии цикла нагружения (рис. 6.9). Существует пять классов материалов по чувствительности размаха КИН к положительной асимметрии цикла. Первый класс характеризуют материалы, у которых пороговый размах КИН не зависит от асимметрии цикла в интервале О < i < 1. Материалы со второго по четвертый класс имеют снижение размаха КИН до достижения некоторой пороговой величины асимметрии цикла. Далее достигнутая пороговая величина КИН (ДК ) остается неизменной. К пятому классу относятся материалы, у которых пороговый КИН возрастает при увеличении асимметрии цикла нагружения. [c.296]

Итак, выполненные испытания диска № 1 показали, что характер разрушения в процессе роста трепщны не отражает характера разрушения диска в эксплуатации. Вместе с тем данные по регистрации момента зарождения усталостной трещины показали высокую эффективность метода АЭ. [c.493]

Опыт эксплуатации показывает, что фактически безопасный ресурс дисков составляет около 1000 циклов до момента зарождения усталостной трещины. Поэтому все находящиеся в эксплуатации диски с передними шлицами (без доработки) с наработкой более 1000 циклов являются потенциально опасными с точки зрения их возможного разрушения. [c.518]

Зарождение усталостной трещины произошло от отверстия под штифт крепления лопатки. Начальная зона излома, прилегавшая к отверстию под штифт, глубиной около 5 мм имела фиолетовый цвет, а далее излом имел золотистый цвет окисления. Граница зон с разным окислением излома в виде уступа указывала на смену режима нагружения диска или на изменение условий напряженного состояния диска в зоне развития трещины. И в том, и в другом случае трещина на указанной границе должна была остановиться на некоторое время, что и обусловило формирование уступа в изломе. [c.526]

Исследованиями изломов разрушенных образцов показано, что зарождение усталостных трещин происходит от вершин хрупких трещин, которые были первоначально сформированы в материале при нанесении повреждения при электроискровом разряде (рис. 10.15). На этапе роста трещины в изломе были сформированы преимущественно усталостные бороздки. В результате измерений шага усталостных бороздок по длине установлено, что период роста усталостной трещины зависит от геометрии образца. В образцах сечением 14 X 8 мм и 20 X 14 мм период роста трещины составил 10000 и 30000 циклов соответственно (рис. 10.16). Геометрия диска в большей мере соответствует большему сечению образцов. Поэтому есть основания считать, что при существенно меньшем уровне эксплуатационного напряжения в диске период роста усталостной трещины по числу циклов нагружения будет более чем в (700/500) = 2 раза превышать период роста трещины в образцах с максимальной площадью сечения. Использована вторая степень зависимости числа циклов нагружения от уровня напряжения для кривой Веллера. [c.559]

В испытаниях период зарождения усталостной трещины от дефектов составил не менее 250000 циклов. [c.559]

В низкоуглеродистых сталях и других деформационно стареющих материалах наблюдается четкий предел выносливости, т. е. ниже некоторого значения приложенного напряжения усталостная долговечность образцов неограниченно велика. Важность деформационного старения подтверждается так называемым эффектом тренировки образец в течение длительного времени подвергают циклическому нагружению при напряжениях ниже предела выносливости, после чего его усталостная долговечность существенно повышается благодаря увеличению напряжения течения в результате деформационного старения. Ранее считалось, что предел выносливости является характери-ристикой, отражающей сопротивление материала зарождению разрушения (т. е. зарождению усталостной трещины). В настоящее время взгляд на предел выносливости несколько трансформировался. Показано, что усталостная трещина может зарождаться и прорастать через поверхностные слои образца при напряжениях меньше предела выносливости, но не развивается в глубь образца и не приводит к разрушению [263, 423]. Таким образом, наличие предела выносливости не является следствием невозможности зарождения трещины, а скорее неспособности ее распространения в материале при данном уровне напряжений [152]. Данная закономерность позволяет связать предел выносливости с пороговым значением коэффициента интенсивности напряжений AKth, характеризующим отсутствие развития трещины при АК < А/Сгл- Указанный подход был нами использован при прогнозировании влияния асимметрии нагружения на предел выносливости. Подробное изложение полученных по данному вопросу результатов будет приведено в подразделе 4.1.4. [c.128]

Влияние концентрации напряжений. Наиболее важным фактором, снижающим предел выносливости, является концентрация напряжений, вызванная резким изменением сечения детали. Ко1щентра-торами напряжений на практике являются шпоночные канавки, отверстия в детали, нарезки на поверхности, малые радиусы закруглений в местах резкого изменения размеров сечения и т. п. Концентрация напряжений, как правило, содействует зарождению усталостной трещины, которая, развиваясь, приводит в конце концов к разрушению детали. [c.601]

Учебное пособие написано в рамках чтения лекций в МГТУ им. Н.Э. Баумана по курсу Конструкционная прочность машиностроительных материалов на факультете Машиностроительные технологии (кафедра Материаловедение ) и предназначено для студентов, обучающихся на материаловедов и машиностроителей. Среди механических свойств конструкционных металлических материалов усталостные характеристики занимают очень важное место. Известно, что долговечность и надежность машин во многом определяется их сопротивлением усталости, так как в подавляющем большинстве случаев для деталей машин основным видом нагружения являются динамические, повторные и знакопеременные на1 рузки, а основной вид разрушения - усталостный. В последние годы на стыке материаловедения, физики и механики разрушения сделаны большие успехи в области изучения физической природы и микромеханизмов зарождения усталостных трещин, а также закономерностей их распространения. Сложность оценки циклической прочности конструкционных материалов связана с тем, что на усталостное разрушение оказывают влияние различные факторы (структура, состояние поверхностного слоя, температура и среда испытания, частота нагружения, концентрация напряжений, асимметрия цикла, масштабный фактор и ряд других). Все это сильно затрудняет создание общей теории усталостного разрушения металлических материалов. Однако в общем случае процесс устаттости связан с постепенным накоплением и взаимодействием дефектов кри-сталтгической решетки (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций и дискли-наций, двойников, 1 раниц блоков и зерен и т.п.) и, как следствие этого, с развитием усталостных повреждений в виде образования и распространения микро - и макроскопических трещин. Поэтому явлению усталостного разрушения присуща периодичность и стадийность процесса, характеризующаяся вполне определенными структурными и фазовыми изменениями. Такой анализ накопления струк-туршз1х повреждений позволяет отвлечься от перечисленных выше факторов. В учебном пособии кратко на современном уровне рассмотрены основные аспекты и характеристики усталостного разрушения металлических материалов. [c.4]

Эти стадии хорошо выявляются в условиях нагружения с постоянной общей (упругой и пластической) амплитудой деформации за цикл. В случае испытаггий только с постоянной амплитудой пластической деформации за цикл металлических материалов, не имеющих физического предела текучести, период зарождения усталостных трещин может сразу начинаться со стадии деформационного упрочнения или разупрочнения. Кроме того, для выяв- [c.19]

Рис. 26. Схема роста усталостной трещины в образцах железа в первом периоде усталости (а) и фрактографическая картина зарождения усталостных трещин в малоперлитной стали Мп - N6 - V (б), в техническом железе (в) и молибденовом сплаве ЦМ - 10 (г)

В последние годы появилось достаточно много исследований и данных о том, что в реальных условиях эксплуатации усталостное рафушение наблюдается при базах испытания больших 10 - Ю циклов, даже несмотря на натгичие горизонтального участка на кривых усталости в интервале долговечностей от 10 - 10 циклов. Это явление называют гигаусталостью. На рис. 46 представлены кривые усталости высокопрочных легированных сталей, построенные на базе испытания Ю циклов. Видно, что испытания после базы 10 приводят к появлению второй ветви ограниченной долговечности и что в этом случае зарождение усталостных трещин всегда происходит под поверх- [c.74]

СгЫ1Мо 6. Видно, что с увеличением теоретического коэффициента концентраций предел выносливости резко снижается. Однако в области малых долговечностей при высоких амплитудах напряжения наблюдается обратная закономерность чем больше концентрация напряжения, тем больше долговечность. Этот эффект объясняется тем, что при высоких амплитудах напряжения в вершине концентратора напряжений с первых циклов нагружения возникает область локальной пластической деформации, которая упрочняет металл, и это приводит к более позднему зарождению усталостной трещины. [c.88]

Какие стадии свойечвенны периоду зарождения усталостных трещин [c.99]

Какие процессы изменения структуры протекают в мечалличееких материалах в периоде зарождения усталостных трещин [c.99]

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]

Наличие концентратора напряжения, который способствует более быстрому зарождению усталостных трещин, смещает указанную вьше границу перехода в область долговечности более 10 циклов. Неоднородности материала в виде пор явля- [c.59]

Многочисленные исследования дислокационной структуры материала при циклическом нагружении [103-105] свидетельствуют об упорядоченности и самоорганизованности накопления повреждений в процессе действия циклической нагрузки. Разные способы и условия циклического нагружения могут быть охарактеризованы одинаковым уровнем или плотностью дефектов материала в момент достижения критической ситуации, связанной с зарождением усталостной трещины. Все это позволяет рассматривать поведение материала на всех стадиях накопления повреждений при циклическом нагружении с единых позиций на основе синергетики [26, 43-45]. [c.119]

Зарождение усталостной трещины в материале с различной кристаллической решеткой происходит в результате последовательного накопления дислокаций в ограниченном объеме, где окончательно оформляется устойчивая полосовая дислокационная структура [104, 106]. Указанный вид дислокационной структуры распространяется вглубь от поверхности, образуя слой наиболее поврежденного материала. Вместе с тем формирова- [c.120]

Рис. 6.9. Схема (а) различий границы перехода к стадии зарождения усталостных трещин при разном соотношении между и AKfi, в случае трех типов материалов (I, II, III) применительно к сплавам на основе Fe, А1, Ti, а также (б) зависимость (Jfrt)max и th от асимметрии цикла нагружения применительно к материалу типа III [27, 28]

Диски компрессоров из двухфазовых (а + 3 ) Ti-сплавов обьгано имеют пластинчатую структуру, но встречается также смешанная пластинчато-глобулярная (равноосная) структура с доминированием пластин и фрагментами глобулей. Наличие развитых межфазных границ играет решающую роль в зарождении усталостных трещин в таких сплавах, и соотношение размеров элементов двухфазовой структуры может сзтцественно повлиять на длительность периода зарождения трещины и ее кинетику. [c.360]

В области МНЦУ при регулярном синусоидальном нагружении период зарождения усталостных трещин составляет около 90 % от общей долговечности [84] и может несколько меняться в зависимости от параметров структуры материала. Когда чувствительность к межфазовым границам не проявляется, трещины в Ti-сплавах с пластинчатой структурой зарождаются вдоль а -пластин в базисной плоскости, наиболее благоприятно ориентированной к направлению действия максимальных касательных напряжений или под небольшим углом (около 14°) к ним [85]. Очаг раз- [c.362]

Выявленные расхождения в долговечности эксплуатационных дисков и дисков на стенде, испытанных в составе двигателя, явились результатом того, что долговечность дисков нри формировании программ испытания определялась по циклу "О-тах-0 нри оборотах взлетного режима (10910 об/мин) без учета повреждения диска при работе двигателя на других режимах, используемых в полете. Из расчетов следовало, что зона зарождения усталостных трещин в эксплуатации является наиболее напряженной и при требуемом нормами прочности пятикратном запасе составляет для дисков с неудаленными и удаленными передними шлицами 2860 и 8043 цикла соответственно. [c.518]

Зарождение усталостных трещин в дефлекторах происходило от углов выступов в зоне их крепления к диску и далее происходило распространение трещины преимущественно вдоль поверхности, обращенной к диску, с медленным прораста- [c.538]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...