Прочность при повторных напряжениях

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПОВТОРНО-ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ [c.610]

Вопросы усталости, и в первую очередь малоцикловой усталости, совершенствование методов испытания на усталость, обоснование деформационных критериев малоцикловой усталости, установление физической модели накопления повреждений при повторно-переменных нагрузках, кинетики развития усталостных трещин в тех или иных условиях нагружения, статистический аспект усталости, а также разработка инженерных методов расчета элементов конструкций на прочность при повторно-переменных напряжениях с учетом различных факторов (вида напряженного состояния, конструктивно-технологических особенностей, температуры, начальной напряженности и т. п.). [c.664]

Расчет на прочность при повторно-переменных напряжениях [c.674]

Для расчетов на прочность при повторно-переменных напряжениях требуются механические характеристики материала. Они определяются испытанием на выносливость серии стандартных (тщательно отполированных) образцов на специальных машинах. Наиболее простым является испытание на изгиб при симметричном цикле напряжений. [c.12]

Было установлено, что основную роль в образовании трещин усталости и разрущении металла от повторно-переменных нагрузок играют местные напряжения. Поэтому условие прочности при переменных напряжениях придётся составлять так, чтобы именно местные напряжения не превышали предела выносливости с коэффициентом запаса к , т. е. [c.752]

В соответствии с этим в настоящей главе дан метод расчета прочности корпусов сосудов с учетом напряжений в области вырезов, учитывающий статическую прочность в условиях вязкого и хрупкого разрушения и прочность при повторно-статических нагружениях. [c.76]

Как видно, падение жесткости при переходе за предел упругости является временным (если только напряжение при перегрузке не превосходит предела прочности материала). Претерпев остаточную деформацию, система снова приходит в упругое состояние. Поведение ее при повторных нагружениях определяется законами упругой деформации, но только при новых значениях предела упругости и новых начальных координатах. [c.207]

Исследование прочности при высоких температурах жаропрочных и тугоплавких материалов при простом и сложном напряженном состояниях как при статических кратковременных и длительных нагрузках, так и при повторно-переменных нагрузках и теплосменах. Особое внимание при этом должно быть обраш,ено на изучение длительной прочности и выносливости материала при не-установившихся режимах силового и теплового воздействия (раздельно и совместно). [c.663]

Для расчетов на прочность при действии повторно-переменных напряжений необходимо знать механические характеристики материала. Они определяются путем испытания на усталость образцов на специальных машинах. Наиболее простым и распространенным является испытание образцов при симметричном цикле напряжений. Принципиальная схема машины для испытания образцов на изгиб показана на рис. XII.4. [c.310]

Присутствие в стали MnS вместо FeS все-таки нежелательно, так как вытянутые, а иногда и точечные включения ослабляют материал работающей детали и создают условия для концентрации напряжений. Очень часто эти включения при повторно-переменных нагрузках являются очагами разрушения от усталости. Наличие серы в стали, кроме того, понижает динамическую прочность, сопротивление износу и коррозионную стойкость. [c.44]

Вторая группа включает параметры, оценивающие сопротивление материалов переменным и длительным статическим нагрузкам. При повторном нагружении в области многоцикловой усталости определяется предел выносливости на базе 10 -н2-10 циклов. Малоцикловая усталость отделяется от многоцикловой условно выбранной базой испытания (Л >5-10 циклов) и отличается пониженной частотой нагружения ( = 0,1-н5 Гц). Сопротивление малоцикловой усталости оценивается по долговечности при заданном уровне повторных напряжений или пределом малоцикловой усталости на выбранной базе испытаний. Сопротивление длительным статическим нагрузкам определяют, как правило, при температуре выше 20°С. Критериями сопротивления материалов длительному действию постоянных напряжений и температуры являются пределы ползучести (То,2/-с и длительной прочности Сх. Предел длительной прочности определяют при заданной базе испытаний, обычно 100 и 1000 ч, предел ползучести — по заданному допуску на остаточную (обычно 0,2%) или общую деформацию при установленной базе испытаний. [c.46]

Если образец нагрузить до точки М и снять нагрузку, то в нем появится остаточная деформация Л/о. При повторном нагружении этого же образца линия нагружения совпадает с линией разгрузки ММ. Предел пропорциональности повысится и станет приблизительно равным тому напряжению, до которого первоначально был растянут образец. При дальнейшем увеличении растягивающей силы кривая диаграммы совпадает с МЕЕ. Начало координат новой диаграммы переместится в точку N. Предварительная вытяжка за предел текучести изменяет механические свойства материала— повышает предел пропорциональности и уменьшает остаточное удлинение после разрыва, т. е. делает материал более хрупким. Повышение прочности и снижение пластичности материала вследствие предварительной вытяжки за пределом текучести называется наклепом. [c.54]

На прочность пластичных и хрупких материалов концентрация напряжений влияет по-разному. Существенное значение при этом имеет также характер нагрузки. Если материал пластичный (диаграмма напряжений имеет площадку текучести зна чительной протяженности) и нагрузка статическая, то при увеличении последней рост наибольших местных напряжений приостанавливается, как только они достигнут предела текучести. В остальной части поперечного сечения напряжения будут еще возрастать до величины предела текучести Стт, при этом зона пластичности у концентратора будет увеличиваться (рис. 120). Таким образом, пластичность способствует выравниванию напряжений. На этом основании принято считать, что при статической нагрузке пластичные материалы мало чувствительны к концентрации напряжений. Эффективный коэффициент концентрации для таких материалов близок к единице. При ударных и повторно-переменных нагрузках, когда деформации и напряжения быстро изменяются во времени, выравнивание напряжений произойти не успевает и вредное влияние концентрации напряжений сохраняется. Поэтому в расчетах на прочность учитывать концентрацию напряжений необходимо. [c.120]

В качестве предельного напряжения для пластичных материалов обычно принимают предел текучести, для хрупких —предел прочности (временное сопротивление). При повторно-периодических нагрузках роль предельного напряжения играет предел выносливости. [c.20]

Статистическая обработка результатов испытаний. Процессы, протекающие в электроизоляционных материалах, в особенности такие, как механическое разрушение, электрический пробой, подчиняются статистическим закономерностям, и измеряемая величина для одного и того же материала при одинаковых условиях испытаний может претерпевать заметные колебания. Рассмотрим, например, определение электрической прочности. При определении электрической прочности твердых материалов после пробоя образец приходит в негодность, и для повторного определения Е р необходимо брать новый образец. При испытаниях газообразных и жидких веществ можно производить ряд повторных пробоев одного и того же образца (очищая периодически, если необходимо, электроды), так как после пробоя и выключения напряжения электрическая прочность восстанавливается при испытаниях жидких диэлектриков удаляют, кроме того, копоть, образующуюся между электродами. [c.10]

При требуемых величинах ресурса в десятки тысяч полетов условия работы дисков ГТД отвечают области малоциклового нагружения и характеризуются, в основном, регулярно повторяющимся от полета к полету воздействием на диски нагрузок в виде полетного цикла нагружения (ПЦН). Каждый ПЦН представляет собой сложный блок сочетающихся, накладывающихся друг на друга и изменяющихся во время полета силовых, температурных и вибрационных нагрузок. Диски современных ГТД проектируются с запасами прочности, при которых в процессе эксплуатации в их наиболее напряженных местах может происходить повторное упругопластическое деформирование их материала, а в зонах максимальных напряжений материал дисков может работать за пределами упругости. В этих местах с ростом наработки идет накопление повреждений материала, отвечающих области малоцикловой усталости (МЦУ). [c.38]

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]

Заканчивая рассмотрение закономерностей сопротивления материалов циклическому упругопластическому деформированию, отметим, что аналитическое выражение диаграмм в форме обобщенной диаграммы деформирования позволяет отразить все основные особенности поведения материалов при повторном нагружении за пределами упругости. Накопленные данные по параметрам обобщенной диаграммы дают возможность для достаточно широкого круга конструкционных материалов рассчитывать кинетику циклических напряжений и деформаций в связи с разработкой критериев и оценкой прочности при малом числе циклов нагружения конструктивных элементов. [c.77]

Результаты испытаний малоцикловой прочности труб при повторном нагружении их внутренним давлением приведены в табл. 3.3.3. Таблица содержит экспериментальные данные о размерах труб, величинах давления, номинальных (мембранных) тангенциальных напряжений и номинальных размахов деформаций в трубах, а также значения чисел циклов Nf до разрушения труб при повторно-статическом воздействии рабочего давления. [c.162]

Вместе с тем установлено, что в реальных конструкциях в зоне примыкания патрубка пластические деформации возникают при весьма низких номинальных напряжениях, составляющих примерно 0,2от- Поэтому для определения фактических внутренних усилий в этой зоне необходимо проведение испытаний крупномасштабных моделей, выполненных из натурного материала и нагруженных в упругопластической области. Кроме того, как отмечалось выше (см. гл. 1, 2, 3), для уточненных расчетов малоцикловой прочности необходимо учитывать кинетику деформированного состояния расчетных сечений при повторном нагружении. Для неосесимметричных задач теории оболочек перераспределение упругопластических деформаций на каждом цикле нагружения может быть изучено в настоящее время преимущественно экспериментальным путем. Проведение таких экспериментальных исследований сопряжено с измерением полей упругопластических деформаций, характеризующихся значительным градиентом при этом возникает необходимость измерения и регистрации больших пластических деформаций в процессе циклов нагружения и малых упругих деформаций при разгрузке. Из известных методов измерения полей упругопластических деформаций на плоскости обычно используются методы оптически активных покрытий, муаровых полос и малобазные тензорезисторы. [c.139]

Ряд исследований проведен по определению прочности и пластичности элементов при двухосных напряжениях в МВТУ им. Баумана на специальных установках (рис. 16). Установлены важнейшие зависимости конструктивной прочности не только от формы оболочек (цилиндрических, сферических и т. д.) и величин концентраторов, но также от характера кривой диаграммы деформаций на участке предел прочности — сопротивление разрыву. Чем круче поднимается кривая деформаций, тем выше конструктивная прочность элементов при двухосных напряжениях. Напротив, чем ближе отношение От/ов к единице, тем хуже работает элемент в условиях двухосного поля напряжений и тем опаснее для него наличие концентраторов напряжений. В ближайшем будущем будут проведены испытания сварных изделий всевозможных форм, работающих при статических, повторно статических и усталостных нагрузках. Исследование конструктивной прочности под углом зрения хрупких разрушений является одним из важнейших критериев, обеспечивающих надежность работы сварных конструкций в эксплуатации. Чрезвычайно важно при изготовлении сварных конструкций устранить возникновение в них не [c.139]

Полученные нами результаты исследования показали, что ликвация свинца в различных формах не влияет на усталостную прочность. При испытании до появления первых трещин колец, залитых свинцовистыми бронзами, наблюдалось интересное явление, заключающееся в выпотевании свинца (вследствие повторных напряжений растяжения—сжатия) в виде выступов на поверхности, чаще округлой формы. [c.316]

Влияние предела прочности и концентрации напряжений на малоцикловую усталость титановых сплавов ВТ8 и ВТ9 было исследовано [36] при повторно-статическом растяжении на установке с частотой 14 цикл/мин. Определение условного предела долговечности велось на базе 10 циклов на гладких и надрезанных (а = 4-ь6) цилиндрических образцах металл образцов [c.166]

Таким образом, для широкого диапазона условий нагружения [15, 49] суммарное повреждение, определенное в соответствии с уравнением (2.39) или (2.41), укладывается, как правило, в полосе разброса 0,5... 1,5. Это свидетельствует о возможности использования деформационно-кинетического критерия для расчета прочности при малоцикловом и длительном малоцикловом нагружении. Однако необходимо использовать результаты только корректно поставленных экспериментов, обеспечивающих получение полной информации о параметрах процесса деформирования и характере изменения с числом циклов и -во времени нагрузок (напряжений), деформаций и температур в зоне достижения предельного состояния по условиям малоциклового разрушения, а также систему базовых данных и расчетных характеристик, необходимых для правильной оценки повреждений, накопленных в ходе повторных нагружений. [c.101]

Очевидно уменьшение шероховатости и упрочнение поверхности в процессе приработки повышает сопротивление усталости деталей. Если шероховатость поверхности во время приработки ухудшается, поверхностный слой разупрочняется, в нем появляются остаточные растягиваюш,ие напряжения или убывают по абсолютной величине исходные напряжения сжатия, то сопротивление усталости деталей уменьшается. Влияние износа на прочность при повторно-переменных нагрузках может, таким образом, быть как отрицательным, так и положительным. Это подтверждено исследованиями Д. А. Драйгора и В. Т. Шарая на ряде режимов трения скольжения. К сожалению, опытных данных недостаточно, чтобы применительно к конкретным машинам с характерными для их узлов скоростями скольжения и материалами пар трения указать давления, при которых их положительное влияние будет наибольшим, а также давления, начиная с которых пластическая деформация поверхностного слоя на приработке будет сопровождаться разрыхлением структуры. Однако некоторые режимы трения легко оценить по их влиянию на прочность. [c.254]

При повторном нагружении мгиссимально достижимым для материала напряжением, т.е. пределом прочности, становится напряжение, соответствующее началу разгрузки (рис. 9.1г). Естественно, что каждая точка на ниспадающей ветви может стать точкой начала разгрузки и соответствовать в этом случае пределу прочности при повторном нагружении. Следовательно, ниспадающая ветвь диаграммы напряжение-деформация является геометрическим местом пределов прочности материала с различной степенью накопленных повреждений его структуры. Этот фгист был отмечен автором работы [52]. [c.188]

Помимо перечисленных, так называемых внешних факторов, существует большое число факторов, отражающих реакцию материала на возникшие состояния и протекающие процессы, т. е. то, что принято называть свойствами материалов в широком смысле этого понятия. Свойства материалов и элементов конструкции, в которых они физически воплощены, крайне многообразны а) упругость, характеризуемая модулем упругости Е, и пластическая деформируемость, описываемая диаграммой о = / (е) б) прочность, выражаемая при однократном нагружении пределом текучести, временным сопротивлением, истинным разрушающим напряжением в) пластичность в виде относительного удлинения и поперечного сужения г) упрочняемость материала и пластическая неустойчивость при растяжении д) упругая неустойчивость при сжатии е) сопротивляемость накоплению усталостных повреждений, в том числе у острия трещины ж) прочность при повторных пластических нагружениях з) сопротивление ползучести и) длительная прочность и пластичность при высоких температурах к) старение металла под воздействием деформации, температуры, времеии л) сопротивление началу разрушения в присутствии концентраторов — надрезов, трещин м) сопротивление быстрому динамическому распространению трещин н) стойкость против общей межкристаллитной коррозии, а также против коррозионного растрескивания о) сопротивление замедленным разрушениям п) хладостойкость и др. [c.256]

Серенсен Сергей Владимирович (1905—1977). лауреат Государственной премии СССР, академик АН УССР, известный ученый в области механики, ведущий эксперт по вопросам прочности и анализу разрушения конструкций. Разработал критерии усталостной прочности материалов и несущей способности элементов конструкций с учетом характера цикла напряжений, вида напряженного состояния и конструктивно-технологических факторов. Один из основоположников развития в нашей стране науки о сопротивлении материалов при повторно-переменных нагрузках. [c.655]

Предельная прочность при циклических нагрузках достигается значительно раньше, чем при статических. Усталостное разрушение может возникнуть при напряжениях ниже предела текучести. Особенность миагоциклоБОй усталости — макродеформация объема металла, как правило, отсутствует. Деталь в целом деформируется упруго, но происходит местная повторная упруго-пластическая деформация отдельных наиболее неблагоприятно ориентированных по отношению к силовому полю кристаллов, сопровождающаяся циклическим наклепам. После достижения критической степени искажения решетки происходит разрыв межатомных связей. [c.9]

Режимы коагуляционного старения, незначительно уменьшающие прочность алюминиевых сплавов, значительно увеш-чивают способность матрицы к локальной пластической деформации. Так, в плите из сплава ВАД23 при старении на максимальную прочность наблюдался значительный разброс ю долговечности в высотном направлении при повторно-статпче-ском нагружении с максимальным напряжением цикла 0,17 ГН/м2 (образец шириной 18 мм) от 230 до 13810 циклов. Фрактографический анализ показал, что снижение долговечности связано с наличием скопления частиц хрупкой избыточной [c.111]

Для указанных условий деформирования и разрушения долговечность определяют на основании деформационно-кинетических критериев прочности. При расчете учитьшают кинетику циклических и односторонне накопленных деформаций в различных зонах конструктивных элементов, а также изменение механических свойств материала при высокотемпературном малоцикловом нагружении. Определим долговечность элементов конструкций с зонами концентрации напряжений и мембранными зонами при различных режимах длительного малоциклового нагружения, приводящих к усталостным и квазиста-тическим повреждениям. В качестве модельного элемента выберем оболочечную конструкцию с фланцами, работающую при повторном нагружении внутренним давлением при высоких температурах. Предположим, что конструктивный элемент изготовлен из аустенитной стали ее характеристики при статическом и длительном нагружении [c.122]

Старение деталей машин, их несущая способность и прочность при переменной нагруженности зависят от концентрации напряжений, абсолютных размеров, свойств материалов и качества поверхностного слоя деталей, окружающей среды п других факторов. Металлографические, рентгеновские и исследования, выполненные с помощью электронных микроскопов, позволили открыть ряд новых явлений, сопровождающих повторную деформацию и последующее (часто внезонное) разрушение материалов под действием повторных нагрузок. Это явление называется пределом выносливости металлов. Субми-кроскопические трещины усталости образуются на ранней стадии деформирования, после числа циклов, составляющего 10—20% общей долговечности. Видимая трещина образуется незадолго до окончательного разрушения детали. С помощью методов дефектоскопии в ряде случаев можно контролировать величину и скорость распространения трещин в деталях машин и определять пределы безотказной работы при медленно развивающихся трещинах усталости. [c.223]

Таким образом, повторные и переменные напряжения создают большое число кратковременных температурных всплесков со статистически распределенной интенсивностью и локальностью внутри полос. Возникающая температура в локальных нитях будет зависеть от амплитуды напряжения, частоты циклов, теплопроводности и теплоемкости. Аккумуляция тепла внутри полос скольжения при наличии большого числа температурных всплесков постепенно увеличивает температуру, и при благоприятных условиях может иметь место возврат, рекристаллизация и другие процессы, приводящие к разупрочнению металла. Кроме того, температурные всплески приводят к появлению температурных градиентов, а следовательно, и градиентов тепловых напряжений. Величина этих напряжений может достигать значений, равных пределу прочности. Поэтому тепловые напряжения,, в особенности при суммировании их с внешними нашряже ниями, спосо1бны вызывать микротрещины, которые, по мнению Фрейденталя, вероятнее всего, зарождаются вблизи точек встречи полосы скольжения с границей зерна [4]. [c.12]

Возможность образования в наиболее нагруженных зонах (концентрации, термонапряжений, остаточных напряжений) повторных упругопластических деформаций приводит к образованию малоциклового разрушения с базами по числу циклов 10 —10 . Характерной особенностью малоциклового разрушения является относительно слабая зависимость числа циклов до разрушения от номинальных напряжений на уровне предела текучести и выше. Однако при этих напряжениях существенно изменяются местные пластические деформации. В связи с этим расчеты на малоцикловую прочность проводятся не в напряжениях, а в деформациях [2, 8, 9]. Деформационные подходы в расчетах прочности и ресурса машин и конструкций при малоцикловом нагружении подробно рассмотрены в настоящей монографии. [c.12]

В Московском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физическом институте (МИФИ) на установке для испытания на термическую усталость исследовали трубчатые образцы при повторно-переменном кручении в условиях чистого сдвига с синхронизацией механического деформационного и термического циклов по экстремальным значениям температуры и деформации сдвига, а также при растяжении и сжатии с частотой 2 цикла/мин в интервале температур 650—250° С [10]. Было установлено, что для равноопасных напряженных состояний отношение амплитуд касательных и нормальных напряжений Ат/Ао = 0,572- 0,585, что соответствует положению энергетической теории прочности, а степенные зависимости долговечности от интенсивности полной и пластической деформации достаточно удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Кроме того, была показана возможность расчета деталей на термическую усталость при сложнонапряженном состоянии по результатам испытаний на растяжение и сжатие. [c.37]

Конструкции, подверженные повторным статическим нагрузкам, соответствующим эксплртационным (т. е. не вызывающим остаточных деформаций и не превышающим по величине предела выносливости), разрушаются через несколько циклов. Причем число циклов тем меньше, чем больше отношение а/а , где а—напряжение при повторной нагрузке —предел прочности материала. Часто термин выносливость заменяют термином усталость разрушения деталей от многократного повторно-переменного нагружения [c.340]

Приведенные данные о кинетике напряжений и деформаций в зависимости от режима нагружения и характеристик материала обусловливают нестационарность процесса в зонах максимальных напряжений конструктивных элементов. Анализ предельных состояний по условиям длительной малоцикловой прочности должен выполняться применительно к указанным зонам с учетом предыдущих нагружений при неоднородном напряженном состоянии и базироваться на характеристиках сопротивления повторному деформирова- [c.208]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...