Модель усталостного разрушения поверхностей

Ниже мы используем макроскопический подход к построению модели усталостного разрушения поверхности, который, как известно (см. [70, 83]), состоит в построении положительной неубывающей во времени функции Q M, t), характеризующей меру повреждения материала в точке М и зависящей от амплитудных значений напряжений в данной точке. Разрушение наступает в момент времени t, когда эта функция достигнет заданного порогового значения. Такой подход применим к исследованию как поверхностного разрушения, так и разрушения внутри тела. Кроме того, в [91] показано, что параметры объёмного и поверхностного усталостного разрушения для ряда материалов (например, для некоторых видов резин) совпадают. [c.323]

К первым из них относятся задачи механики дискретного контакта (глава 1) и моделирования взаимодействия поверхностей с учётом адгезии (глава 2) задачи о скольжении единичного (глава 3) и периодического (глава 5) инденторов по границе упругого или вязкоупругого основания, а также упругого основания с покрытием модели усталостного разрушения поверхностей, имеющего вид отслаивания или отделения частиц износа (глава 6) модель изнашивания дискретного контакта (глава 8). [c.450]

МОДЕЛЬ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ [c.145]

Подход, принятый в этом обзоре, состоит в том, чтобы обсудить механизмы разрушения с точки зрения классической последовательности усталостных явлений упрочнения — разупрочнения, зарождения трещин и роста трещин. Преимущество данного подхода в том, что при его помощи внимание сосредоточивается на полезном сопоставлении поведения композитов с металлической матрицей и металлов при разрушении. Несмотря на то что неизбежны некоторые повторения, вопрос о поверхностях раздела и их роли в сопротивлении композитов усталостному разрушению вследствие своего уникального значения для композитов анализируется отдельно. В общих чертах изложены некоторые результаты воздействия окружающей среды, дана модель усталостного разрушения, сделан обзор критериев проектирования композитов для работы в условиях усталости и поставлены задачи для дальнейших исследований. [c.395]

Работы [1], [3] показывают возможность построения такого рода моделей (эти модели описаны также в [4]). В обеих моделях описывается усталостное разрушение поверхностей. Первая работа посвяш ена анализу одномерной задачи в случае, когда осредненное поле напряжений в упругом полупространстве при контактировании с движущимся по его поверхности индентором зависит только от глубины. Этим же свойством обладает и поврежденность, накопление которой до некоторого критического значения вызывает разрушение. В силу специфики геометрии рассматриваемой задачи, если критическое значение достигается на некоторой глубине, разрушение имеет характер отслаивания. После отслаивания материал с накопленной ранее поврежденностью вновь вступает в контакт. Достижение критического значения поврежденности на нулевой глубине приводит к непрерывному отделению материала с поверхности. [c.651]

Усталость — это полная потеря свойств (или разрушение) элемента конструкции, наступившая после действия на него переменной нагрузки, максимальная амплитуда которой по величине меньше статической, монотонно прикладываемой нагрузки, вызывающей разрушение этого элемента. Процесс разрушения и усталости металлов зависит от состава, особенностей металлургического процесса, геометрии образца (элемента конструкции), вида нагрузки, времени и условий внешней среды. Для композитов число влияющих параметров необходимо увеличить по крайней мере вдвое из-за наличия в материале двух фаз. Более того, необходимо также учесть и влияние поверхности раздела, что приведет к еще большему усложнению задачи. Конечно, ни одна приемлемая модель для предсказания процесса разрушения не мол<ет одновременно включить все вышеупомянутые параметры. Действительно, невозможно себе представить систему черного ящика , у которого на входе — весь комплекс переменных параметров, а на выходе — только скорость роста разрушения и время достижения предельного состояния. Поэтому не существует единого подхода для определения усталостного разрушения для металлов (которые по крайней мере при макроскопическом подходе рассматриваются как однородные). Для композитов проблема тем более усложняется вследствие присущей им неоднородности. Усталости композитов посвящены многочисленные работы. Достижения и современные тенденции в этой области обобщены в работах [49, 50]. [c.84]

Показано влияние цикличности нагружения на образование и накопление усталостного повреждения, а также на микрорельеф поверхности разрушения. Исследуются закономерности усталостных разрушений и развития усталостных трещин в связи с условиями нагружения, конструктивными, технологическими и эксплуатационными факторами. Предложены математические модели развития и прогнозирования усталостных трещин. [c.2]

При разработке силовых схем, изображенных на рис. 68, учитывалась возможность использования их для испытания образцов в различных средах и при различных температурах, а также для исследования кинетики усталостного разрушения с наблюдением под микроскопом за поверхностью образца. Свободный доступ к образцу и наличие места для крепления соответствующих приспособлений создают для таких исследований благоприятные условия. Зажимные патроны во всех наладках выполнены съемными, поэтому они всегда могут быть заменены специальными приспособлениями для крепления натурных деталей, элементов конструкций или их моделей. [c.116]

Ниже мы рассмотрим систему сферических инденторов, скользящих без трения по поверхности упругого полупространства. Предполагая, что плотность пятен контакта невелика, пренебрежём их взаимным влиянием. Рассматриваемая модель может быть применена к анализу усталостного разрушения упругого полупространства штампом с шероховатой поверхностью, [c.329]

Есть, однако, задачи, где модель сплошной среды может быть принята лишь г определенными оговорками, а то и вовсе должна быть отвергнута. То, что в одних случаях считается второстепенным, в других — приобретает самостоятельное значение. Так, например, в вопросах прочности обстоит дело с усталостным разрушением. Развитие микро- и макротрещин связано со структурой поликристаллического вещества, и поэтому расчеты на усталостную прочность, построенные на понятии сплошной среды, требуют введения многих рецептурных поправок. Так обстоит дело и с поведением газа вблизи обтекаемой поверхности, где размеры затормаживаемого слоя газа соизмеримы с геометрическими параметрами, характеризующими турбулентность. По той же причине и изучение условий теплопередачи через стенку нуждается в учете особенностей турбулентного и [c.158]

Формирование систем скольжения с высокой плотностью дислокаций, сопровождающих формирование усталостных бороздок, было продемонстрировано методами просвечивающей электронной микроскопии [70, 82, 135]. Системы скольжения располагаются под углом 45° к поверхности излома. Профиль и ширина блоков полос скольжения, которые наблюдали на поверхности образца, подобны профилю и шагу усталостных бороздок [82]. Этот факт был положен в основу многих разработанных моделей формирования усталостных бороздок [70, 82, 133, 134, 136-142]. Рассмотрены были оба полуцикла нагружения материала, в которых реализуются два разных процесса (1) пластическое затупление вершины трещины, и (2) разрушение материала. Оба процесса соответствуют восходящей ветви нагрузки и приводят к формированию каждой усталостной бороздки в каждом цикле приложения нагрузки. В полуцикле разгрузки происходит подготовка материала перед вершиной трещины к последующей реализации указанных выше двух процессов деформации и разрушения. [c.164]

Упоминавшаяся выше (п. 2.1) гипотеза отслаивания в трактовке, предложенной ее авторами, была комплексной. Посколь ку она предусматривала постепенное накопление повреждений в подповерхностном слое в процессе трения, это сближало ее с усталостной теорией в отношении механизма разрушения. Поскольку же причиной отделения частицы изнашивания считалось адгезионное сцепление с контртелом на поверхности, данная модель являлась адгезионной. Гипотеза отслаивания позволила качественно описать некоторые экспериментально наблюдаемые явления при изнашивании, но поставила ряд новых вопросов, ответы на которые в ее рамках дать оказалось практически невозможно. [c.37]

Большой интерес представляет построение моделей усталостного разрушения поверхностей произвольной геометрии, в которых не закладывается изначально предположение о форме отделяюш ихся фрагментов. Одна из таких моделей [142], поз-воляюш ая исследовать эволюцию микрогеометрии поверхности при изнашивании и размеров отделяюш ихся частиц, описана ниже. [c.342]

Рассмотрим некоторые лeд tвия разработанной модели и их физическую интерпретацию применительно к распространению усталостных трещин в сталях средней и высокой прочности. Для этого кратко остановимся на результатах структурного изучения процесса разрушения при росте усталостных трещин. Фрактографические исследования показывают, что поверхность разрушения при развитии усталостных трещин в указанных сталях представлена в основном следующими фрактурами чисто усталостной, для которой характерно наличие вторичных микротрещин [146] (в данной работе эта фрактура названа чешуйчатой), а также фрактурами хрупкого типа (микро- и квазискол) [57, 113, 283]. Бороздчатый рельеф, свойственный усталостным изломам большинства металлов с ГЦК решеткой, как правило, отсутствует либо наблюдается в ограниченном диапазоне условий нагружения, как и участки с меж-зеренным и чашечным строением [57, 113, 372, 389]. Доля различных фрактур в изломе существенно зависит от условий испытания. Для сталей средней и высокой прочности можно отметить следующие общие закономерности изменения усталостного рельефа с ростом размаха коэффициента интенсивности напряжений доля микроскола с увеличением АЯ уменьшается при переходе от первого ко второму участку кинетической диаграммы усталостного разрушения иногда появляются области межзеренного разрушения на втором участке доминирует усталостная фрактура с микротрещинами на третьем участке кинетической диаграммы усталостного разрушения в ряде случаев наблюдаются бороздчатый рельеф и области с ямочным строением. [c.221]

Поскольку размеры очага формоизменения определяются отношением пределов жесткости и текучести материала на сдвиг, величина x jk может использоваться при прогнозировании износостойкости материалов, работающих в условиях усталостного изнашивания. Размеры очага деформации определяют объем материала, в котором происходит накопление дефектов строения и разрушение поверхности. В результате, зная параметры шероховатости, не трудно получить соотношение между относительной жесткостью материала x jk и средним размером образующихся частиц изнашивания. Предложенная авторами данной монографии [96] модель образования частиц изнашивания при срезе жесткопластичного контакта приводит к следующему соотношению между средним объемом V частицы изнашивания и параметрами контактного взаимодействия [c.24]

В последние годы для анализа структурного состояния и сложной поверхности статического и усталостного разрушения все шире используются методы фрактальной и мультифракталь-ной параметризации [41, 78-85]. Дело в том, что большинство сложных объектов и структур в природе обладают фундаментальным свойством геометрической регулярности, известной как инвариантность по отношению к масштабу, как самоподобие. Если рассматривать эти объекты в различном масштабе, то постоянно обнаруживаются одни и те же фундаментальные элементы. Эти повторяющиеся закономерности определяют дробную, или фрактальную размерность структуры. Фрактальная геометрия описывает природные формы изящнее и точнее, чем евклидова геометрия. По определению Б. Мандельброта фракталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобны целому и друг другу [86]. Это простое определение фрактала не является строгим и полным. Регулярные фракталы - это прежде всего язык геометрических образов (моделей). Они принципиально отличаются от привычных объектов евклидовой геометрии, таких как прямая линия или окружность. Фракталы выражаются не в первичных геометрических формах, а в алгоритмах, наборах математических процедур. Эти алгоритмы трансформируются в геометрические формы с помощью компьютера. Независимо от природы и мето- [c.140]

В моделях толщиной 4,9 мм развитие сквозных трещин, как указано выше, происходит без изменения ориентации трещины при возрастании соотношения главных напряжений, но скорость роста трещины последовательно убывает. Аналогичным образом ведет себя и шаг усталостных бороздок. Одновременным изменением асимметрии цикла нагружения и соотношения главных напряжений можно добиться эквивалентности в закономерности роста усталостных трещин (рис. 6.23). Важно отметить, что развитие трещин в широком диапазоне изменения параметров цикла нагружения характеризуется макро- и мезотуннелировани-ем трещины, но при этом шаг усталостных бороздок соответствует СРТ. Мезотуннели почти параллельны поверхности крестообразной модели и вытянуты в направлении роста трещины. Разрушение перемычек между мезотуннелями происходит путем сдвига без признаков ротационных процессов в виде формирования сферических или иных частиц (см. главу 3). [c.321]

Автор [53] полагает, что имеющиеся количественные интерпретации усталостного износа [6], в которых усталостная долговечность неровностей связана с числом циклов до разрушения, следует расширить дальше, так как в процессе скольн ения накопление повреждений происходит не только в поверхностном слое, но и в лежащих ниже объемах материала. В связи с этим рассматривается вероятностная связь между повреждениями в поверхностном слое и обусловленными ими повреждениями в нижележащих слоях. Для этого предлагается идеализированная модель истираемой поверхности в виде столбика, состоящего из отдельных блоков [53]. Затем полагается, что количество повреждений, возникающих на [c.97]

На рис. 2.16, а показана картина полос интерференции для плоской модели меридионального сечения массивной шины при осадке на 8%. Напряжения по сечению шины распределены неравномерно. На нижнем крае по концам поверхности скрепления шины со ступицей возникает концентрация напряжений (/Нтах>4,0). Несколько меньшая концентрация напряжений возникает по концам поверхности контакта шины с опорой (верхний край). Высокие наибольшие касательные напряжения Ттах возникают в середине массива шины, где т 1ах=4,5. При качении шины эти напряжения изменяются циклически, что приводит к периодическому деформированию шины и выделению теплоты. В этом одна из основны.х причин усталостного и теплового разрушения массивных шин. Зона разрушения, наблюдаемая в натурных шинах (зона А на рис 2.16, б), со1Впадает с зоной действия наибольших касательных напряжений. [c.41]

Малоциклоеая усталость. Чтобы рассчитать долговечность материала в условиях малоцикловой усталости конструктору деталей турбины нужна модель поведения материала, связывающая какие-то легко наблюдаемые условия с количеством рабочих циклов, не приводящих к отказу детали. Результаты расчетов по первой из таких моделей, разработанной с позиций физики твердого тела, при сопоставлении с результатами испытаний оказались чрезвычайно обнадеживающими. Чтобы улучшить согласие, ввели представление об изначально присутствующих микротрещинах, а свойства материала выразили через энергию единицы поверхности трещины. Эта концепция была распространена Гриффитсом [Ю] на разрушение вообще, хотя родилась она при экспериментировании на хрупких материалах. Этот фундамент механики разрушения был заложен в 1920 г., однако вплоть до недавнего времени большинство оценок усталостной долговечности для каждого конкретного материала основывали на эмпирической зависимости между величиной циклической нагрузки и числом циклов до разрушения. [c.68]

Аналогичные особенности контактного взаимодействия усталостной трещины в припороговой области были отмечены при усталостных испытаниях никелевого сплава типа нимоник API при комнатной температуре и в вакууме [205]. Степень разрежения составила 2631—5353 Па, частота нагружения — 40 и 25 Гц при асимметрии цикла 0,1 и 0,5. Продукты фреттинга были выявлены в припороговой области в виде сферических и цилиндрических частиц (названных сосисками ) только при испытаниях в вакууме. Размер частиц не превышал 10 мкм в диаметре. Самым важным результатом исследования является тот факт, что указанные частицы наблюдали даже при асимметрии цикла 6,5, когда, согласно данным Элбера, трещина должна быть полностью раскрыта в полуцикле разгрузки образца. Опираясь на представления и модель Сьюреша [198], а также на результаты экспериментов Смита [206], предприняли попытку объяснить механизм формирования частиц при фреттинге в процессе роста трещины комкованием материала. Необходимо отметить, что оси цилиндрических частиц на представленных в статье фрактограммах ориентированы в направлении магистрального направления разрушения, тогда как Канг [205] утверждает, что в основном оси цилиндрических частиц ориентированы перпендикулярно магистральному направлению макроразрушения образца. Ориентировка осей цилиндрических частиц в направлении магистрального разрушения соответствовала частицам, которые были выявлены в изломе вблизи наружной поверхности образца, где напряженное состояние близко к плоско-напряженному. Это согласуется с результатами непосредственного наблюдения процесса роста трещины по боковой поверхности образца в растровом электронном микроскопе [200] наблюдали выход из устья трещины на боковую поверхность образца мелкодисперсного порошка, трактуемого как продукты фреттинга. Аналогичные продукты фреттинга в виде сферических частиц были выявлены Смитом [207] при циклическом сжатии образцов из алюминиевого сплава и стали. [c.175]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...