Влияние частоты нагружения и температуры

Применительно к титановым сплавам, для которых весьма актуально рассмотрение влияния частоты нагружения и температуры на скорость роста трещины, необходимо иметь в виду две ситуации. Первая ситуация связана с отсутствием чувствительности материала к условиям его нагружения при снижении частоты нагружения и введении выдержки под нагрузкой вторая — с существованием такого влияния, что наиболее важно для оценки поведения титановых сплавов в условиях эксплуатации. Эта вторая ситуация неотделима от формы цикла и состояния материала, поэтому этот вид разрушения титановых сплавов целиком рассмотрен в следующем параграфе. В этом параграфе представлены результаты исследований поведения сплавов при разных частотах нагружения и температуре испытания. [c.342]

Взаимное влияние частоты нагружения и температуры на скорость роста усталостных трещин нагляднее представлять в виде трехмерных номограмм. Однако при этом необходимо иметь допол- [c.351]

ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ НАГРУЖЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ [c.164]

Выбор состава окружающей среды для анализа роли частоты нагружения в кинетике усталостных трещин даже при комнатной температуре должен сопровождаться оценкой давления паров жидкости или иных веществ, которые могут играть роль в ускорении процесса роста трещин. С учетом данных, представленных на рис. 7.2 и 7.3., следует рассматривать синергетическую проблему одновременного взаимного влияния частоты нагружения и давления паров жидкости в окружающей среде [20] [c.347]

В условиях опыта изменение размера зоны пластической деформации перед вершиной трещины находилось в прямой и однозначной зависимости от частоты нагружения и температуры. Рассматриваемые результаты эксперимента свидетельствуют о возможности использования известных для многих материалов физических характеристик их поведения в условиях монотонного растяжения для описания распространений усталостных трещин. Существенным моментом введения указанных поправок на предел тек ести материала являлось то, что они использовались в виде сомножителей. Можно считать, что для материалов имеется диапазон совместного изменения частотно-темпе-ратурных условий нагружения, в котором (при прочих равных условиях) в результате взаимного влияния этих факторов не происходит усиления или замедления процесса роста трещины. [c.353]

Одновременное возрастание частоты нагружения и температуры вызывает смещение границы перехода от внутри- к межзеренному разрушению материалов, что необходимо учитывать при определении диапазона частот нафужения, в котором ее влияние на скорость роста трещины пренебрежимо мало. [c.353]

В настоящей главе рассмотрена возможность учета влияния условий нагружения (напряженного состояния, частоты нагружения и температуры) на скорость роста трещины путем введения поправочной функции в соотнощение, связывающее 1) размер зоны пластической, деформации с коэффициентом интенсивности напряжения 2 скорость роста трещины с размахом коэффициента интенсивности напряжений при сохранении постоянным параметра п — показателя степени при АК- [c.144]

Обобщая результаты этих и других экспериментальных исследований, например [56-59], влияния формы цикла нагружения и температуры на скорость роста усталостных трещин в никелевых и нержавеющих сплавах, следует рассматривать две различные ситуации, которые могут быть реализованы на практике. Ниже критической частоты и температуры нагружения происходит смена механизма разрушения, и трещина начинает все [c.358]

Степень влияния частоты нагрУ кения на характеристики усталостной прочности зависит от материала, характера нагружения, уровня напряжений (отношение максимального напряжения цикла к пределу упругости), наличия концентрации напряжения, среды и температуры. Это связано с влиянием скорости нагружения и длительности действия максимальных напряжений, а также с влиянием температуры образца, повышающейся при увеличении частоты. [c.112]

Выносливость деталей в отличие от образцов в значительной мере зависит от одновременного действия следующих факторов 1) напряженного состояния, вызванного условиями нагружения 2) неравномерности распределения и концентрации напряжений 3) влияния абсолютных размеров, масштабного фактора 4) состояния поверхностного слоя и действия остаточных напряжений 5) влияния эксплуатационных условий (коррозии, температуры, частоты нагружения и т.д.). [c.211]

Паяные алюминиевые теплообменники нашли широкое применение в производстве криогенных хладагентов. Их используют как в благоприятных условиях (например, в среде инертных газов и при постоянном давлении), так и во влажной атмосфере, а также в условиях колебаний температуры в интервале от 297 до 172 К в сочетании с циклическими изменениями давления. Алюминиевые паяные теплообменники имеют высокие эксплуатационные характеристики в указанных условиях. Случаи разрушения обычно связаны с усталостью, коррозией, эрозией или с избыточным статическим давлением, при этом усталость и коррозия являются наиболее неблагоприятными факторами, поданным опыта эксплуатации [1]. В настоящее время нет достаточного количества данных, чтобы оценить влияние окружающей среды, температуры, частоты нагружений или других условий на усталостную прочность сплава 3003-0 и выделить из этих факторов те, которые являются решающими для паяных алюминиевых теплообменников. Задачей настоящей работы была оценка влияния температуры испытания, частоты нагружения и окружающей среды на скорость роста трещины усталости в алюминиевом сплаве 3003-0 с целью обеспечения более рационального конструирования теплообменников и более эффективного использования сплава в этих узлах. Остальные условия не принимали во внимание. [c.137]

Следовательно, влияние частоты нагружения на усталость можно рассматривать как влияние на сопротивление усталости (пластическому деформированию) скорости деформирования, продолжительности действия напряжений и повышения температуры за каждый цикл нагружения. [c.242]

Влияние частоты нагружения на усталость металлов в условиях комнатных температур в основном состоит в следующем. С увеличением частоты нагружения (скорости деформирования) увеличивается число искажений в кристаллической решетке и усиливается дробление зерен на фрагменты и блоки, упрочняя этим металл. Степень упрочнения с повышением частоты нагружения увеличивается, достигает некоторого максимума, после чего или сохраняет свое значение, или начинает уменьшаться. [c.243]

При изучении масштабного фактора, как правило, используют геометрически подобные образцы и пытаются сохранить идентичность условий нагружения, т.е. постоянство окружающей среды, температур, частоту нагружения и др. Вместе с тем, упускают из виду такой важный фактор, как линейную скорость перемещения поверхностных слоев образцов относительно коррозионной среды при их циклическом изгибе с вращением, пропорционально зависящем отсечения образца. Большинство приведенных выше и других опубликованных в литературе данных о влиянии диаметра образцов в диапазоне 5—50 мм выполнены при одинаковой частоте циклического изгиба вращающегося образца. При частоте нагружения 50 Гц линейная скорость перемещения поверхностных слоев образца при изменении их диаметра от 5 до 50 мм возрастает соответственно с 47 до 470 м/мин. Можно предположить, что такое изменение линейной скорости перемещения поверхностных слоев образца относительно коррозионной среды должно сказаться на интенсивности их взаимодействия. [c.142]

Рис. 6.25. Влияние частоты нагружения на скорость распространения усталостной трещины на воздухе в нержавеющей стали 304 (R <, 0,05) при температуре 538 °С и частоте нагружения, Ги,

На рис. 6.25 эти результаты представлены [27 ] в равномерно пропорциональном масштабе. Обнаруживается близкое совпадение экспериментальных данных с рассчитанными на основании уравнения (6.3) для частот нагружения 67 и 6,7 Гц. Однако при понижении частоты нагружения наблюдается зависимость скорости распространения трещины от времени нагружения, не обнаруживаемая при усталости при комнатной температуре. Эта зависимость от времени является довольно слабой, характеризуемой тем, что скорость распространения трещины увеличивается приблизительно в 10 раз при уменьшении частоты в 4000 раза. Укажем, что влияние частоты нагружения на зависимость этой скорости от времени довольно незначительно по сравнению с зависимостью от времени, обусловленной ползучестью. Кроме того, при 538 °С ползучесть практически не возникает. Поэтому можно считать, что зависимость скорости распространения трещины от частоты нагружения помимо ползучести обусловлена такими факторами, как деформационное старение и окружающая среда. [c.212]

Протекание усталостных процессов в области пластических деформаций при повышенных температурах определяется не только цикличностью изменения напряжений или деформаций, но также и временем нагружения, к формой цикла, т, е. эффектом частоты нагружения и его пауз. При малоцикловой усталости сниже-ийе частоты приводит к уменьшению сопротивления усталости Вследствие более интенсивного влияния пластических деформаций в этих условиях [26]. [c.14]

С увеличением частоты нагружения у бериллия при 600" С [387] число циклов и время до разрушения увеличиваются. Влияние частоты зависит от температуры, обычно частотная зависимость продолжительности до разрушения при высоких температурах выражена сильнее, чем при низких. Диаграммы усталости, полученные при испытаниях на изгиб с вращением химически чистых образцов лантана и кадмия при комнатной температуре (рис. 127), относящиеся к разным частотам, в логарифмических координатах в области высоких напряжений пересекаются, а показатель Пу уменьшается с увеличением частоты испытания. [c.161]

В табл. 2.37 [205] приведены результаты исследования выносливости ряда сталей и сплавов при низких температурах при симметричном растя-> ении — сжатии с учетом влияния частоты нагружения. Из таблицы вид-110, что с увеличением частоты нагружения от 16 Гц до 3 кГц при одной и - ой же базе испытания повышение пределов выносливости при понижении температуры становится менее существенным. [c.208]

Влияние частоты. При повышенных температурах увеличение частоты в большинстве случаев приводит к увеличению долговечности (рис. 2.70). Степень влияния частоты нагружения на характеристики выносливости зависит от материала, характера нагружения, уровня напряжений (отношения максимального напряжения цикла к пределу упругости) и температуры. [c.185]

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]

Условия нагружения элемента конструкции, как правило, могут быть реализованы в широком диапазоне варьирования температуры, частоты нагружения, асимметрии цикла путем силового воздействия на элемент конструкции по нескольким осям при разном соотношении между величинами компонент нагружения и т. д. Реальные условия многопараметрического эксплуатационного нагружения материала, воплощенного в том или ином элементе конструкции, ставят вопрос об использовании интегральной оценки роли условий нагружения в развитии процесса разрушения. В связи с этим необходимо введение представления об эквивалентном уровне напряжения для проведения расчетов с использованием новой характеристики напряженного состояния материала в виде эквивалентного КИН. Использование эквивалентной величины в свою очередь требует получения сведений о закономерностях процесса разрушения в некоторых тестовых или стандартных условиях циклического нагружения материала, в которых осуществлено построение базовой или единой кинетической кривой. Параметры кинетической кривой в стандартных условиях опыта становятся характеристиками только свойств материала. Разнообразие реальных условий нагружения материала, в том числе и влияние геометрии элемента конструкции, рассматривается в условиях подобия путем сведения всех получаемых кинетических кривых к базовой или единой кинетической кривой. Поэтому влияние того или иного параметра воздействия на кинетику усталостной трещины в измененных условиях опыта по отношению к тестовым условиям испытаний может быть учтено через некоторые константы подобия. Они выступают в качестве безразмерного множителя. [c.190]

Во всех случаях логика учета того или иного фактора состоит в получении некоторой безразмерной поправки по отношению к принятым базовым условиям эксперимента. Для лабораторного опыта целесообразно использовать наиболее удобные условия нагружения, по отношению к которым и проводить оценку влияния того или иного фактора воздействия на кинетический процесс роста усталостных трещин. Под тестовыми условиями опыта предложено [129] понимать пульсирующий цикл одноосного растяжения при уровне напряжения 0,3 < [Оо/(сто,2)]о - 0,4, частоте нагружения 10-20 Гц, температуре 293-298 К, влажности воздуха от 70 до 75 % и давлении 760 мм рт. ст. Именно к этим условиям и могут быть сведены все вариации условий внешнего воздействия на элемент конструкции и проведена количественная оценка их роли в кинетическом процессе по величине безразмерной поправки. При этом условием эквивалентности получаемых кинетических кривых является эквидистантный характер их смещения относительно друг друга при изменении величины изучаемого параметра воздействия на кинетику усталостных трещин. Если же это не происходит, то либо экспериментально не удается сохранить условия подобия при изучении параметра воздействия, либо его влияние на кинетический процесс изменяется в направлении роста трещины, что должно быть рассмотрено путем введения дополнительной поправки как функции, например, которая учитывает изменение КИН в зависимости от длины усталостной трещины. [c.254]

Одновременно с процессом охрупчивания материала при возрастании частоты нагружения происходит изменение влияния окислительных процессов у кончика трещины на развитие разрушения при неизменном состоянии окружающей среды с точки зрения ее влажности и температуры. Проявляется это изменение через уменьшение доступа окружающей среды к вершине трещины. Возрастание частоты происходит в условиях снижения раскрытия трещины OD, что отражает возрастание циклического предела текучести материала в соответствии с условием [c.343]

Аналогичные результаты получили и при экспериментах на других сплавах. На рис. 6.27 приведено влияние частоты нагружения и температуры на скорость распространения трещины в кобальтовом сплаве HS188 (22 % Сг, 22 % Ni, 14 % W, 1,4 % Fe, 0,05 % La) при высокотемпературной усталости. Эксперименты проводили на воздухе. В области высоких частот нагружения распространение трещины характеризуется зависимостью от числа циклов нагружения и приводит к транскристаллитному разрушению, а в области низких частот — зависимостью от времени и приводит к интеркристаллитному разрушению. При повышении тем- [c.213]

Влияние частоты нагружения и некоторых инактнвных. внешних сред. В последние годы многие авторы (Уэй Че Ю-ли, Талда, Уэй Хартман и Шийве Дальберг [ ] н др.) провели обширные экспериментальные исследования по изучению влияния частоты нагружения, внешней среды, температуры и других факторов на рост усталостных трещин. Статья Уэя содержит обзор около 50 работ, посвященных этим вопросам. [c.340]

Закономерности роста усталостных трещин также целесообразно описывать в терминах механики хрупкого разрушения [83]. Пусть процесс нагружения s (t) — циклический, т. е. состоит из последовательности реализаций, многократно пересекающих некоторый средний (вообще, переменный) уровень напряжений. Для упрощения примем, что каждый цикл —отрезок реализации между двумя соседними положительными пересечениями среднего уровня — содержит по одному максимуму Smax И одному минимуму Smin- Такис циклы называют простыми (в отличие от сложных циклов, содержащих внутренние экстремумы). Если пренебречь влиянием частоты нагружения и считать температуру и другие условия окружающей среды постоянными, то приращение, размера трещины А/ за один цикл должно зависеть только от /, s ,ax и Smin- в рамках механики хрупкого разрушения число определяющих параметров сокращается до двух ими служат максимальное и минимальное за цикл значения коэффициента интенсивности напряжений. Считая приращение А/ малым, общее число циклов весьма большим, размер трещины / — непрерывно дифференцируемой функцией непрерывного аргумента — числа циклов п, получим уравнение относительного скорости роста усталостной трещины [c.108]

Рассматривается проблема оптимизации с помощью ЭВМ технологии из-готовлешш деталей ГТД по критериям прочности с учетом действия высоких звуковых частот нагружения и эксплуатационных температур. Дается методика учета охлаждения заделки (для иодавления ползучести) ири расчете цаиряжений в образцах, моделирующих перо лопаток при испытаниях по схеме поиеречны.х колебаний на высоких звуковых и ультразвуковых частотах. Предложена математическая модель и дан пример ее практического использования для оптимизации режимов и законов программного или адаптивного управления операциями. На основе аналитического исследования деформаций в характерных концентраторах напряжений найдены обобщенные параметры для контроля состояния поверхностного слоя, отражающие влияние технологии на сопротивление усталости детали. [c.438]

В процессе испытаний исследуют сочетания режимов нагружения и нагрева, имитирующие эксплуатационные, в том числе приводящие к наибольшим повреждениям при малоцикловом неизотермическом нагружении, а также определяют влияние знака напряжений при высокотемпературной выдержке и роль фазности циклов нагружения и нагрева. Испытания проводят при номинальных температурах эксгшу-атационного режима либо изменяя максимальную и минимальную температуры цикла, частоты нагружения и длительности вьщержки с учетом обеспечения эквивалентности повреждающего эффекта. [c.14]

Рис. 6.29. Влияние частоты нагружения на скорость распространения усталостной трещины в алюминиевом сплаве 2024-T35I при знаколоСРоянном цикле напряжений и температуре 80 °С [38]

Распространение трещины при многоцикловой усталости, удовлетворяющее условиям микротечения даже при высоких температурах, описывается законом, в соответствии с которым скорость трещины зависит от числа циклов нагружения при определенном А/С, практически одинаковом при комнатной и- низкой температурах. Зависимость от частоты нагружения (и связанная с ней зависимость от температуры) вызвана не влиянием ползучести, а во многих случаях связана со структурой металлов или хрупкостью, [c.214]

При повышенных температурах наблюдается рост скоростей развития усталостных трещин, связанный с уменьшением предела текучести и активизацией окислительных процессов, При этом начинает оказывать влияние частота нагружения при снижении частоты увеличивается скорость V. Типичными являются результаты, приведенные в работе Омура и др. [26]. Испытывались компактные образцы из сплава HS-188, имеющего химсостав, % Сг 21,82 W 13,83 Fe 1,4 С 0,10 Si 0,44 Со 39,84 Ni 21,87 Мп 0,66 Л1 0,19 и другие элементы в малых количествах. Зависимость механических свойств при статическом растяжении от температуры представлена в табл. 3. [c.205]

Коэффициент к (о ), характёризуюш ий влияние частоты нагружения, может изменяться в зависимости от температуры в пределах от 1 — для нормальных температур, когда сопротивление разрушению определяется только числом циклов, до О — для весьма высоких температур, при которых сопротивление разрушению целиком определяется временем. Коэффициент А (сг) для степенного уравнения кривой усталости а Л — С выражается, как А (а) = = С сГтп [c.14]

Влияние частоты нагружения на характеристики сопротивления усталостному разрушению при изгибе на базах до 10 циклов теплоустойчи-пых сталей и сплавов при высоких температурах было исследовано в работе У35]. Результаты этого исследования приведены в табл. 2,32, На рис. 2.43 [c.199]

Скорость развития усталостных трещин зависит от частоты нагружения она, как правило, увеличивается с понижением частоты нагружения. Особенно существенно это влияние при наличии коррозионных сред и при высоких температурах. На рис. 5,21 [866] приведены данные, характеризую-щие влияние частоты нагружения на скорость развития трещин в различных конструкционных сталях при цикле нагр5жения, близком к отнулевому. [c.339]

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]

Влияние электронно-лучевого покрытия Со—Сг—А1— на усталостную прочность сплава ЭИ893ВД исследовали прп температурах 750 и 20 °С с частотой нагружения 220 Гц на базе 10 циклов. Прп высокой температуре предел выносливости образцов с покрытием после восстановительной термообработки (применяемой после нанесения покрытий на лопатки) равен 270 МПа, что всего на 5 % ниже предела выносливости образцов без покрытия (рис. 3), а при комнатной температуре — ниже на —15 %, что допустимо ввиду отсутствия в лопатках циклических нагрузок при 20 "С. [c.181]

Приближение к указанной критической частоте со нагружения по мере ее возрастания сопровождается противоположными процессами по своему влиянию на рост трещин. С возрастанием частоты материал не успевает в полной мере релакси-ровать поступающую энергию к кончику трещины за счет процессов пластической деформации в связи с приближением к скорости движения дислокаций и избыток поступающей энергии будет релак-сирован за счет создания свободной поверхности квазихрупко. Движение трещины в момент ее скачкообразного подрастания в цикле нагружения не будет заторможено за счет пластической релаксации, и поэтому ее скорость будет близка к скорости распространения статической, хрупкой трещины при монотонном растяжении материала. Следует ожидать влияние на скорость роста трещины охрупчивания материала из-за резкого снижения возможности пластической релаксации поступающей энергии по мере нарастания частоты нафуже-ния в две стадии. Первоначально возрастание частоты нагружения приводит к снижению размера зоны пластической деформации при прочих равных условиях, что и объясняет основной эффект ее влияния на снижение скорости роста трещины [1]. Результаты выполненных испытаний жаропрочного сплава In 718 на образцах толщиной И мм при нафе-ве до температуры 923 К и асимметрии цикла 0,1 приведены на рис. 7.1. Чередование частот приложения нафузки приводит к тому, что взаимное влияние условий роста трещины при плоской деформации и плосконапряженном состоянии снижает скорость роста трещины при низкой частоте нафуже-ния по сравнению с монотонным процессом неизменно низкочастотного нафужения. [c.341]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...