Расчет на прочность при циклическом изменении напряжений

Расчет на прочность при циклическом изменении напряжений [c.38]

Расчет на прочность при циклическом изменении напряжений ведется в два приема. На первом этапе расчет ведется по допускаемым напряжениям, определяются безопасные размеры опасного сечения детали. Затем находится коэффициент запаса усталостной прочности. При одноосном напряженном состоянии и регулярном режиме нагружения по симметричному циклу [c.46]

Степень влияния местных напряжений на прочность детали существенно зависит от характера нагружения и материала. При расчете конструкции из пластичных материалов, работающей в условиях статического нагружения, местными напряжениями пренебрегают. Это объясняется тем, что при росте нагрузки напряжения в зоне концентрации, достигнув предела текучести, не возрастают до тех пор, пока во всех соседних точках они не достигнут того же значения, т. е. пока распределение напряжений в рассматриваемом сечении не станет равномерным. Иначе обстоит дело при циклически изменяющихся напряжениях. Многократное изменение напряжений в зоне концентратора напряжений приводит к образованию и дальнейшему развитию трещины с последующим усталостным разрушением детали. Для оценки снижения прочности вводят эффективный коэффициент концентрации, равный отношению предела выносливости о 1 гладкого полированного образца к пределу выносливости образца с концентратором напряжений, абсолютные размеры которого такие же, как и у гладкого образца [c.248]

Расчет допускаемых напряжений связан с учетом ряда факторов, влияющих на прочность деталей, которыми являются форма детали (фактор или PJ, качество обработки и состояние поверхности k . Состояние поверхности при статическом нагружении не оказывает существенного влияния на изменение прочности. Любое повреждение поверхности вызывает появление концентрации напряжений и при циклически изменяющемся напряжении существенно снижает предел выносливости. Повышение коэффициента k (kn 5> 1) достигается применением различного вида упрочнений. [c.250]

Одним из основных этапов расчета элементов конструкций на прочность при малоцикловом нагружении является анализ полей циклических упругопластических деформаций в зонах концентрации напряжений. Существенные изменения циклических упругопластических деформаций, а также коэффициентов концентрации напряжений и деформаций, обусловленные перераспределением полей напряжений и деформаций в этих зонах происходят при работе конструкционного мате- [c.87]

Изучение циклической прочности при нестационарных режимах имеет большое принципиальное и прикладное значение, так как позволяет глубже узнать природу усталости, рациональнее использовать материал и точнее определять долговечность конструкций в эксплуатационных условиях. Однако расчет усложняется. Необходим огромный экспериментальный материал для того, чтобы выяснить закономерности изменения пределов выносливости при различных спектрах нагружения. Должны быть учтены факторы концентрации напряжений, состояния поверхности и т. д., влияние которых на вид кривых усталости при нестационарных режимах может быть иным, чем при стационарном нагружении, и очень значительным (см. рис. 187). ,. - [c.309]

Расчет на циклическую прочность при этом выполняется аналогично расчету на статическую прочность. Переменность действия нагрузки учитывают понижением допускаемых напряжений [о] при статическом нагружении путем умножения их на коэффициент у < 1. При пульсирующем и близком к нему характере изменения напряжений значения этого коэффициента для углеродистых и легированных сталей могут быть приняты 0,44—0,48, для стального литья 0,50—0,58 при симметричном или близком к нему цикле изменения напряжений для углеродистых и легированных сталей у = 0 26 -ь 0,28, для стального литья у = 0,30 ч- 0,33. [c.431]

Температурные напряжения, вызванные градиентом температуры по толщине стенки трубы из пластичной стали, не приводят к разрушению. Только при явно циклическом характере изменения температурных напряжений с числом циклов, намного превышающим обычное число пусков и остановов котла за весь срок службы, может происходить разрушение труб котла от усталости. Поэтому температурные напряжения не учитываются при расчете труб котла на прочность. Там, где по условиям работы неизбежны циклические изменения температурных напряжений (в частности, в трубах НРЧ), ограничивают толщину стенки труб и тем самым ограничивают тепловые напряжения. [c.380]

Как отмечалось в 1 и 2, условие нагружения конструкций натриевых реакторов на быстрых нейтронах характеризуется температурами до 550—610° С для хромоникелевых аустенитных сталей типа 18-8 и 500° для хромо молибденовых. Корпус реактора и внутриреакторные конструкции подвергаются охрупчиванию при облучении нейтронами (удлинение стали типа 18-8 становится меньше 10%). Эксплуатация связана с чередованием стационарных и нестационарных режимов (пуск, останов, аварийное расхолаживание, изменение мощности и др.), и по предельным оценкам число переходных режимов с изменением температур до 400—500° С не превышает 1500. Суммарное время переменных тепловых режимов составляет не более 10% от общего временного ресурса (2- --4-3)-10 ч., т. е. основное время эксплуатации относится к стационарному режиму. Накопление циклических и длительных статических повреждений сопровождается при эксплуатации изменением состояния металла по химсоставу и механическим свойствам. Получение экспериментальных кривых усталости при реальных деформациях (размах до 0,5%) и длительности нагружения представляет невыполнимую задачу, поэтому в любом варианте расчета прочности неизбежна необходимость обоснования экстраполяции данных на большие сроки службы. Существующие предложения по расчету длительной циклической прочности отличаются как по определению напряжений и деформаций, так и по расчету предельных повреждений. [c.37]

Из схемы рис. 1.1 следует, что надлежащая оценка прочности и долговечности при малоцикловом и длительном циклическом нагружении может быть реализована при соответствующем сочетании расчетов и экспериментов. Решение краевых задач (для зон действия краевых сил, концентрации напряжений механического и температурного происхождения) при малоцикловом нагружении осуществляется с использованием основных положений деформационной теории и теории течения (изотермического и неизотермического). Наибольшее развитие и применение в силу простоты получаемых решений получили различные виды модифицированных деформационных теорий, позволяющих связать напряжения Оц, деформации ви и проанализировать монотонный рост неупругих деформаций при постоянном характере изменения нагрузок в процессе нагружения. При этом смена направления нагружения (при циклических режимах знакопостоянного или знакопеременного нагружения) предполагает использование деформационной теории для соответствующего к полуцикла нагружения при смещении начала отсчета в точку изменения направления нагружения. Сложные режимы термомеханического нагружения с частичными и несинхронными изменениями во времени т нагрузок и температур I анализируются на основе различных модификаций теорий течения, устанавливающих связь между приращениями [c.9]

В этих условиях деформационные и прочностные свойства материала покрытия малоизвестны, что практически исключает возможность расчета прочности покрытия на основе метода, который предполагает знание деформационных и прочностных свойств металла во всех точках системы покрытие - основной металл. Для решения этой задачи в методике [293] используется аппарат, требующий задания по возможности минимального количества параметров. В качестве такого аппарата принята структурная модель циклически стабильного материала [31]. Существенным ее преимуществом является наличие всего лишь двух определяющих функций реологической, определяющей физические свойства подэлементов, и функции неоднородности распределения характеристик между подэлементами. Эти функции находят по результатам изотермических испытаний стандартного типа на растяжение при различных значениях температуры. Исходными данными для назначения параметров модели являются изотермические диаграммы деформирования и кривые ползучести материала в стабильных циклах. В методике использована несколько измененная структурная модель материала для исследования кинетики деформирования многослойной системы покрытие - переходная зона - основной металл. В ней приняты следующие предположения признаком разрушения лопатки считается появление трещины в покрытии покрытие в силу своей малой толщины не влияет на поле напряжений и деформаций в лопатке и по всей толщине работает в условиях жесткого нагружения при тех деформациях, которые имеет лопатка в области нанесенного покрытия используется критерий разрушения [294] [c.476]

Аттестационные данные должны обеспечивать возможность расчета конструкций из соответствующего материала на циклическую прочность. Применительно к условиям эксплуатации, исключающим ползучесть, должны быть представлены гарантированные (для регламентированных техническими условиями характеристик прочности и пластичности металла и сварных соединений и ресурса эксплуатации) кривые усталости по образованию макротрещин в диапазоне предельных температур от 20° С до наибольшей рабочей, допускаемой для материала, в интервале от 10 до 10 циклов. Кривые усталости определяют при постоянной температуре через интервалы 50—100° С в зависимости от интенсивности изменения сопротивления усталостному разрушению по мере увеличения температуры испытаний. Кривые для промежуточных температур могут быть получены интерполяцией амплитуд деформаций (напряжений) для заданных чисел циклов по температуре. [c.243]

МИ колебаниями от главных циркуляционных насосов, гидродинамическими усилиями от изменения скоростей и направлений потоков теплоносителя в первом контуре, тепловыми пульсациями от недостаточного перемешивания потоков теплоносителя, вибрациями и колебаниями от сейсмических нагрузок. Сложный спектр высокоскоростных и вибрационных механических и тепловых нагрузок имеет место при различных аварийных режимах, связанных с возможным разрывом главных трубопроводов первого контура и динамическим смещением опор корпуса реактора при мощных землетрясениях и разрывах. Характер и анализ перечисленных выше статических и циклических нагрузок и связанных с ними напряжений приведены в нормах расчета на прочность [1,2]. Перечисленные выше нагрузки создают в корпусах и других злементах первого контура водо-водяных реакторов соответствующие номинальные нагфяжения. Учитывая сложность конструктивных форм этих элементов, неравномерное распределение температур по толщине стенок каждого элемента и между отдельными элементами, а также различие в физико-механических свойствах (коэффициенты линейного расширения, теплопроводность), суммарные местные напряжения могут значительно (в 2—3 раза и более) превосходить номинальные. По данным [1, 2, 6, 23, 29—37], коэффициенты концентрации напряжений а от механических нагрузок (равные отношению местных напряжений в различных зонах корпуса реактора к номинальным напряжениям в гладкой цилиндрической или сферической части) составляют величины порядка 1,5—5. Для некоторых из зон корпуса эти коэффициенты приведены в табл. 1.3. [c.19]

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]

На рис. 4.71 и 4,72 приведены результаты расчета циклических напряжений и деформаций в опасной точке сферического оболочечно-го корпуса при термоциклическом нагружении вшють до предельного (по условию прочности) состояния. Сопоставление расчетных кривых изменения напряжений в зависимости от числа циклов (сплошные пинии) с параметрами изохронных кривых деформирования для соответствующих температур и моментов времени (штриховые линии) показывает, что реологические эффекты проявляются только в режиме Вг при температуре 800° С на внутренней поверхности опасной зоны в полуцикле растяжения и на внешней поверхности в полуцикле сжатия. [c.239]

Другим важным вопросом обеспечения прочности и ресурса атомных реакторов, не получавшим отражения в традиционных расчетах энергетических установок по уравнениям (2.1) —(2.3), являлся анализ сопротивления деформациям и разрушению при циклическом нагружении [2,5-7,16]. Как следует из данных гл. 1, в процессе эксплуатации атомных реакторов число циклов нагружения на основных режимах изменяется в достаточно широких пределах - от (2- 5) 10 при гидроиспытаниях до (1 2) Ю при программных изменениях мощности и до 10 —10 с учетом вибро-нагруженности. Систематические исследования прочности в этом диапазоне числа циклов были начаты применительно к энергетическим установкам в середине 50-х годов, а в середине 60-х годов были сформулированы основные (преимущественно деформационные) критерии разрушения и свойства диаграмм циклического деформирования [17,18 и др.]. По опытным данным, полученным на лабораторных образцах, было показано, что при числе циклов до 10 циклические пластические деформации оказываются сопоставимыми (в диапазоне числа циклов 10 —10 ) или существенно большими (в диапазоне числа циклов 10 -5 10 ), чем циклические упругие деформации. При этом в зависимости от типа металлов и условий нагружения (с заданными амплитудами деформаций или напряжений) пластические деформации по мере увеличения числа циклов могут возрастать (циклически разупрочняющиеся металлы), уменьшаться (циклически упрочняющиеся металлы) или оставаться постоянными (циклически стабильные металлы). Указанные особенности поведения металлов при циклическом упругопластическом деформировании обусловливают нестационар-ность местных напряжений и деформащ1Й в зонах концентрации при стационарных режимах внешних нагрузок. Для малоцикловой области уравнения кривых усталости и сами кривые усталости при числах циклов 10 —Ю представлялись не в амплитудах напряжений (как для обычной многоцикловой усталости при числах циклов 10 —10 ), а в амплитудах упругопластических деформаций. [c.40]

Методика расчета резьбовых соединений на мапоцикловую прочность при долговечностях 10° — 10 регламентируется нормами [11]. В основу принятых в нормах методов расчета положены принципы оценки прочности по предельным состояниям (см. гл. 2) разрушение, пластическая деформация по всему сечению детали, потеря устойчивости, возникновение остаточных изменений формы и размеров, приводящее к невозможности эксплуатации конструкции, появление макротрещин при циклическом нагружении. При выборе основных размеров резьбовых соединений, изготовляемых из материалов с отношением предела текучести (То,2 к пределу прочности щ, не превышающим 0,6, в качестве характеристики предельного напряжения принимается предел текучести. Запас прочности по пределу текучести = 1,5. В случае изготовления соединений из сталей с в [c.199]

Предельное состояние материала при неизотермическом нагружении зависит от многих факторов, особенно от режимов изменения напряжений и температур. Все многообразие сочетаний циклически действующих напряжений и температур практически невозможно реализовать при составлении программ испытания материалов или учесть в расчетах деталей машин на неизотермическую малоцикловую прочность. В связи с этим целесообразно выделить наиболее типичные сочетания режимов изменения циклических напряжений (силовых, термических или суммарных) и температур. Из анализа эксплуатационной нагруженности конструктивных элементов можно выделить следующие основные режимы термомеха-нического циклического нагружения (рис. 1,19). [c.35]

Рассмотрим структуру вероятности безотказной работы элемента первой группы P t). Все факторы, влияющие на этот показатель надежности, могут быть разделены на две категории, К первой категории относятся нормальные эксплуатационные и производственно-технологические факторы (эксплуатационные нагрузки, напряжения, скорости и т. п., возникающие при нормальной работы машины). Несущая способность деталей имеет естественный разброс, соответствующий их качественному изготовлению. В результате взаимодействия этих факторов могут возникнуть отказы из-за разового превыщения нагрузкой несущей способности детали или накопления циклических повреждений, или изнашивания. Между этими видами отказов существует определенная зависимость 1) часто рассматривается один и тот же процесс нагружения, который может вызвать отказы трех типов 2) между характеристиками статической и циклической прочности существует вероятностная связь 3) изменения в детали, вызванные циклическими повреждениями или изнашиванием, могут повлиять на статическую прочность. Попытка учета этих связей приводит к чрезмерному усложнению расчетов, что делает их малоприемлемыми для практических целей [5]. В то же время, как показывает опыт расчетов, возможна оценка надежности деталей в предположении независимости вероятности безотказной работы по этим трем предельным состояниям. [c.132]

Большинство описанных выше стендов для испытаний деталей на усталостную прочность (кроме стендов с гидравлическим возбудителем, управляемым сервоклапаном) позволяют воспроизводить лишь синусоидальное изменение циклической нагрузки. Если стенды не оснащены специальными управляющими устройствами, то испытание на них можно вести только при постоянной амплитуде нагрз зки, неизменной в процессе испытания детали. Такие стенды позволяют получать кривую усталости различных деталей, необходимую для последующего аналитического расчета долговечности, как было показано в гл. П (см. рис. 7). На стендах можно воспроизводить различные уровни амплитуд переменных рабочих напряжений в деталях, а также часто и любую асимметрию цикла изменения этих напряжений. [c.142]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...