Рост трещины при циклических нагрузках

Чтобы спрогнозировать рост усталостных трещин в элементах конструкции, в первую очередь, необходимо располагать информацией о закономерностях роста трещин при циклических нагрузках. Эти закономерности могут быть получены эмпирически, из анализа экспериментальных данных, или теоретически, на основе модельных представлений. Остановимся на рассмотрении некоторых наиболее часто используемых в практических целях эмпирических зависимостях. [c.18]

Исходя из общих прочностных особенностей материала, скорость роста трещины при циклической нагрузке можно записать в виде аналитического выражения [c.19]

В третьей главе получены дифференциальные уравнения, описывающие медленный докритический рост макроскопических трещин нормального разрыва для общего случая. В рамках концепции постоянства концевой зоны найдено замкнутое решение уравнений роста трещины для некоторых типов неустойчивых трещин нормального разрыва, на основе которого исследована кинетика их развития. Изложен приближенный метод исследования уравнений медленного роста трещин в вязко-упругих телах. С помощью этого метода изучены некоторые задачи кинетики роста трещин для внешних нагрузок, изменяющихся во времени. Исследована долговечность изотропных вязко-упругих пластин различной гео-метрии.1 Определена долговечность пластин общего вида с макроскопическими трещинами, когда деформирование материала пластин описывается интегральными операторами с дробно-экспоненциальными ядрами. Приведены расчеты долговечности конкретного вязко-упругого материала (полиуретана) и даны сравнения теоретических расчетов с экспериментальными данными. На кон-кретном примере проведено сравнение значений долговечности, полученных точным и приближенным методами. Исследована кинетика роста трещины при циклических нагрузках, когда наряду с ползучестью материала развивается усталостное разрушение. [c.5]

На основе зависимости (3.1) найдем скорость роста трещин при циклическом нагружении, когда нагрузка представляет собой периодическую функцию времени [c.53]

Для исследования механизма распространения усталостных трещин при циклических нагрузках, определения параметров циклической трещиностойкости бороалюминия использовали трубчатые образцы с поперечными надрезами. Надрезы наносились методом электрического разряда на равном расстоянии от концевой арматуры образцов. Образцы подвергали циклическому растяжению вдоль волокон с частотой 5... 12 Гц при коэффициенте асимметрии цикла = 0,01...0,05. Минимальная нагрузка выбиралась предельно низкой, чтобы ее уровень не влиял на скорость роста трещин. Для визуального наблюдения за ростом трещин поверхности образцов были отполированы абразивной пастой. Положения вершин трещин расслоения относительно предварительно нанесенных на поверхность образцов реперных штрихов регистрировали без остановки испытательной машины при помощи микроскопа МПБ-2 с 24-кратным увеличением. [c.249]

Первый механизм типичен для металлов с высокой пластичностью. В этом случае вершина трещины имеет форму ласточкина хвоста или двузубой вилки, зубцы которой.образованы двумя пластическими зонами, расположенными под углом в 45° к продольной плоскости трещины. При циклических нагрузках сменяются сжимающие и растягивающие нагрузки, что приводит к чередованию процессов затупления (при растяжении) и заострения (при сжатии) вершины трещины. При затуплении пластические зоны исчезают, а при заострении появляются вновь, за счет чего трещина и продвигается в материале (рис. 4.18). Для высокопрочных материалов характерен рост трещины из-за отрыва. В этом случае трещина ветвится и при каждом новом цикле отрыв происходит в той ветви (зубце в вершине трещины), которая ориентирована примерно в плоскости отрыва. [c.90]

На основе деформационного критерия с учетом различия в концентрации деформаций, отвечающих указанным двум состояниям, объясняется возможность устойчивого роста трещины при увеличении нагрузки на тело, а также развитие трещины при циклических нагрузках. [c.7]

Основное уравнение (28.9) может быть использовано также для решения задачи о развитии рассматриваемых трещин вплоть до полного разрушения при любом пути нагружения и, в частности, прп циклической нагрузке, если пренебречь влиянием остаточных напряжений, как это принималось ранее [123, 247]. Рост трещины при этом происходит на каждом этапе нагружения, а при разгрузке длина трещины остается постоянной. На рис. 28.3 приведены результаты численных расчетов для одного случая циклического нагружения. Наличие достаточно густой [c.243]

Эта трудность может быть устранена, если принять гипотезу, что нестабильный рост трещины всегда связан с достижением критической интенсивности напряжений К с, независимо от того, каким путем достигается критическое напряжение либо за счет прироста трещины при постоянной нагрузке на образец (циклическое или длительное статическое нагружение), либо увеличением приложенного напряжения (обычные статические испытания). [c.83]

Весь сложный комплекс явлений, составляющих существо процесса накопления повреждений при циклических нагрузках, объединяют общим термином — механическая усталость или просто усталость материала. В настоящее время принято считать, что усталостные повреждения на начальной стадии их развития связаны с пластическими деформациями в отдельных зернах поликристаллического агрегата, каким является каждый конструкционный металл или сплав. Указанные пластические деформации возникают лишь в отдельных зернах, ориентированных таким образом, что их плоскости наименьшего сопротивления скольжению близки к плоскостям действия максимальных касательных напряжений. Ориентированные таким образом зерна пластически деформируются еще на ранней стадии нагружения, на которой весь массив кристаллитов в целом ведет себя как упругое тело. Полагают, что соответствующий уровень напряжений составляет примерно 0,6... 0,7 от условного предела текучести То,2. Пластическое деформирование сначала в одном, а затем в обратном направлении сопровождается некоторыми разрушениями, происходящими в микроскопических объемах материала. Возникающие при этом микротрещины постепенно растут и частично сливаются от цикла к циклу. Более длинные трещины растут быстрее, а значительная часть наиболее мелких трещин прекращает свой рост вскоре после своего зарождения. В итоге слияния нескольких микротрещин раньше или позже возникает магистральная трещина, которая вначале видна лишь под микроскопом, а затем по мере развития — невооруженным глазом. Иногда образуется сразу несколько магистральных трещин. [c.334]

Это приводит к тому, что имеющиеся в слоистых композитах дефекты (поры, включения, разрывы слоев и др.) приводят к развитию в них трещин в межслойной области, особенно при циклических нагрузках (усталостное расслоение) при этом скорость распространения трещин непрерывно увеличивается по мере роста числа циклов нагружения. [c.87]

Результаты этих исследований свидетельствуют о значительном снижении сопротивления росту трещин при двухчастотном нагружении по сравнению с одночастотным. Так, согласно данным работ [33, 75], наличие при циклическом нагружении небольших высокочастотных вибраций приводит к увеличению скорости роста трещин в алюминиевых сплавах на 2—3 порядка. Однако при малых значениях соотношений частот и амплитуд составляющих нагрузки скорости роста трещин на двухчастотных и одночастотных режимах мало отличаются друг от друга. Аналогичные результаты получены и в работе [67] при исследовании закономерностей роста трещин в нержавеющей стали в условиях высокотемпературного двухчастотного нагружения. [c.160]

Для определения влияния длительности статической выдержки в морской воде на рост трещины при последующем циклическом нагружении образцы с трещинами однократно нагружали статической нагрузкой /< кратковременно и в течение 720 ч. Затем их испытывали при циклическом нагружении нагрузкой /< при соотношениях KJK , равных 2,5 2,0 и 1,5. После статической перегрузки трещина не растет определенное число циклов задержки Nn, а затем развивается со скоростью, соответствующей диаграмме циклического нагружения. Зависимость между числом циклов задержки и эффективным коэффициентом [c.181]

В случае трещины ползучести в элементах объема происходит одностороннее неупругое деформирование с возрастающей скоростью. При циклическом нагружении — знакопеременное течение на фоне некоторого одностороннего накопления деформации, связанного с постепенным раскрытием трещины. При циклическом нагружении с выдержками, как следует из реологических свойств материала, оба процесса — знакопеременное течение и прогрессирующее накопление деформации — могут значительно интенсифицироваться при тех же внешних воздействиях. Об этом свидетельствуют и факты существенного (до двух порядков) изменения скорости роста трещины в зависимости от характера цикла нагружения при данном ее размахе. Таким образом, процесс распространения трещины представляет собой специфическую форму малоцикловой усталости. Добавим, что, пока он устойчив, энергетические соображения могут иметь второстепенное значение (не доставляющее новой информации) почти вся поступающая с приложенными нагрузками энергия рассеивается в связи с неупругим деформированием, и, по-види-мому, лишь существенно меньшая ее часть расходуется на изменение потенциальной энергии упругой деформации в детали. Это процессы обычные для любой неупругой конструкции. [c.251]

Рост усталостных трещин при циклическом нагружении. Допустим, что к упруго-пластическому телу прикладываются нагрузки, являющиеся периодическими функциями времени. Согласно основной концепции механики хрупкого разрушения, трещина нормального разрыва расти не будет, если всюду на ее контуре максимальная величина коэффициента интенсивности напряжений за цикл нагружения меньше вязкости разрушения Ki - Это не соответствует многочисленным опытным данным по усталостному разрушению, причиной которого является часто весьма значительное) докритическое развитие трещин. [c.173]

Явление роста трещин в твердых телах при циклических и случайных нагрузках объясняется монотонным подрастанием трещины в течение каждого цикла нагружения и необратимостью роста трещин. На основе обЩ Й зависимости (6.35) найдем скорость роста трещин при нестационарном нагружении, когда нагрузки представляют собой периодические или случайные фз нкции времени. [c.322]

В последние годы применение критериев механики разрушения к исследованию процесса разрушения при циклических нагрузках образцов с трещинами позволило построить диаграмму усталостного разрушения и определить пороговый коэффициент интенсивности напряжений А/С/,, ниже которого распространение трещины не обнаруживается. С.Я. Ярема [262] предложил ря способов экспериментального определения. Так, его находят как коэффициент интенсивности напряжений при скоростях ниже 10 м/цикл, понижение которого на 10 % вызывает десятикратное падение скорости роста трещины, определяют и как /f, соответствующее заданной ма- [c.170]

Повреждаемость материала при росте трещины связана с пластической деформацией, развивающейся у края трещины. При циклическом нагружении различают две основных зоны статическую размером образующуюся в цикле нагружения до максимальной амплитуды напряжения, и циклическую размером г, формирующуюся при разгрузке. Формирование этих зон схематически представлено на рис. 62. При изменении коэффициента интенсивности напряжения К за цикл нагрузки от положения 1 (рис. 62, [c.112]

Основной вывод формулируется на основе сравнения результатов, отвечающих фиксированной и растущей трещинам. Показано, что для фиксированной трещины пластичность понижает (ограничивает) напряжения, но увеличивает концентрацию деформаций. В этом смысле состояние у края трещины соответствует нелинейно-упругому телу. В случае растущей трещины влияние пластичности иное наряду с уменьшением (ограничением) напряжений уменьшается и концентрация деформаций. В результате при росте трещины энергия непосредственно в ее край не стекает, что исключает применение критерия Гриффитса. Здесь может использоваться деформационный критерий. На его основе с учетом различий в упомянутых решениях можно описать устойчивый рост трещины при монотонной и циклической нагрузках. [c.94]

Как известно, трещины более чувствительны к повторяющимся нагрузкам. Если при данной фиксированной нагрузке трещина не растет, а при циклической нагрузке того же уровня распространяется, то это может происходить лишь под влиянием необратимости деформаций. Циклический рост трещины можно описать в рамках модели упругопластического тела (с добавлением критерия разрушения), если должным образом учесть пластические деформации, возникающие как при нагружении тела и росте трещины (см. 4.5-4.7), так и при разгрузке. [c.161]

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]

Рассмотрим основные данные о влиянии структурных факторов на кинетику распространения трещин усталости в конструкционны.х сталях. Хотя в самых общих чертах. можно говорить, что характер влияния структурных факторов на кратковременную и циклическую трещиностойкость аналогичен, в последнем случае обнаруживается ряд особенностей. По мере повышения температуры отпуска скорость роста трещины при циклических нагрузках уменьшается (см. рис. 15.22), Это в наибольшей мере характерно для периодов испытаний, отвечающих второму и третьему участкам КДУР. Что касается припороговой области я значений ДХ[c.244]

Рассмотрены статика, медленный рост и динамика трещин в сплошных линейно-, нелинейно-упругих и упругопластических телах, а также в средах со структурой — в решетках, армированных (слоистых) материалах, в средах блочной структуры, где обнаруживается отток энергии от края распространяющейся трещины. Большое внимание уделено обсуждению критериев роста трещин, связи между критериями на микро-и макроуровнях. Некоторые выводы, относящиеся к интерпретации решений задач линейной теории упругости и к состоянию у края трещины, получены на основе геометрически точных соотношений для устойчивого нелинейно-упругого материала. Приведены асимптотические решения упругопластических задач, указывающие на возможность устойчивого роста трещины. Рассмотрена двухконстантная теория роста трещин при циклических нагрузках. Представлены решения автомодельных, стационарных и нестационарных задач динамики трещин для до- и сверхрэлеевского, меж-и сверхзвукового диапазонов скоростей их распространения. [c.2]

Усталостное разрушение полимеров наступает в результате прорастания трещин [29, 37—42]. Любой материал всегда содержит неоднородности, в которых образуются субмйкротрещины при напряжении, превышающем некоторое критическое значение. В каждом цикле при максимальном значении напряжения субмикротрещйны увеличиваются, пока одна из них (или несколько) не станет макротрещиной, после чего ее быстрый рост вызывает разрушение образца. Такой процесс накопления трещин, или усталостное разрушение материала, наблюдается как в жестких, так и в эластичных полимерах. Выносливость эластичных материалов связана с энергией раздира, а жестких — с энергией роста трещин [37, 38]. Чем выше устойчивость материала к раз-диру или росту трещин, тем меньше накопление трещин при циклических нагрузках. [c.205]

При низких скоростях роста трещины в меди и стали наблюдали ровные плоские участки, покрытые вырожденными бороздками. На первой стадии развития усталостной трещины в низкоуглеродистой стали макроскорость роста трещины примерно на два порядка меньше микроскорости, оцениваемой по ширине усталостных бороздок [240]. Приведенный выше анализ взаимосвязи структуры материалов и механизмов разрушения с диаграммой усталостного разрушения показывает, что исследование механизмов распространения трещины при циклических нагрузках позволит в итоге приступить к конструированию материалов с высокой трещиностойкостью. [c.163]

Скорость деформации и температура аналогичным образом влияют на параметры процесса разрушения через изменение жесткости напряженного состояния, не меняя самого процесса в определенном диапазоне изменения указанных факторов. Сочетание низкой скорости деформации и высокой степени стеснения пластической деформации может изменить механизм вязкого разрушения, например от преимущественного формирования ямочного рельефа в условиях отрыва до вязкого внутризеренного, путем сдвига при нарушении сплошности по одной из кристаллографических плоскостей. Указанный переход в развитии процесса разрушения был выявлен при испытании круглых образцов диаметром 5 мм с надрезом из жаропрочного сплава ЭИ437БУВД при температуре 650 °С. Медленный рост трещины характеризовался следующими элементами рельефа гладкие фасетки со следами внутризеренного множественного скольжения по взаимно пересекающимся кристаллографическим плоскостям, вышедшим в плоскость разрушения, и волнистый рельеф в виде пересекающихся ступенек, которые также отражают процесс кристаллографического скольжения (рис. 2.6а). Аналогичный характер формирования поверхности разрушения был выявлен в изломе на участке ускоренного роста трещины при эксплуатационном разрушении диска турбины двигателя (рис. 2.66). Диск был изготовлен из того же жаропрочного сплава ЭИ437БУВД. Разрушение диска было усталостным. Сопоставление описываемых. элементов рельефа в ситуации монотонного растяжения с низкой скоростью деформации и повторное циклическое нагружение дисрса в эксплуатации привели к идентичному процессу разрушения. В отличие от разрушения образца в диске развитие трещины происходило при медленном возрастании нагрузки в момент за- [c.91]

Методика определения скорости роста трещины усталости. При оценке СРТУ применяли синусоидальный тип нагружения (i = 0,l- 0,5 v = 20 10ru) при контролируемой нагрузке. Чтобы избежать эффекта замедления роста трещины вследствие циклической перегрузки, максимальную нагрузку Ртах поддерживали постоянной в процессе всего испытания. При испытаниях был получен удовлетворительный фронт трещин разница в их длинах по краям и в середине фронта составляла не более 1 %. [c.223]

Качественно эффект влия1П1я перегрузки на рост трещины при меньшем уровне нагрузки изучен достаточно хороню [217, 274, 299, 303, 312, 2 и дрЛ. Общие выводы сводятся к следующему. Перегрузка вызывает замедление скорости роста, а иногда и остановку трещины при последующем циклическом нагружении на низком уровне. При переходе от низкого уровня нагрузки к высокому скорость роста трещины мало зависит от предыстории нагружения и примерно такая же, [c.172]

Оценка циклической трещиностойкости. Анализ результатов циклических испытаний должен проводиться с учетом двустадийности процесса усталостного разрушения. Процессы возникновения трещин и их развития подчиняются различным закономерностям. Распространение усталостной трещины или период Живучести может охватывать от 10 до 90 7о общей долговечности образца или детали. Усталостные трещины, возникающие при циклических нагрузках, постепенно разрастаясь, подготавливают условия для хрупкого разрушения. Скорость роста усталостных трещин — важная характеристика материала. [c.230]

JaKHM образом, использование напряжений, близких пределу текучести при программном циклическом нагружении образцов, не оказь1вает существенного влияния на кинетику роста трещины при последующей малой нагрузке, что подтверждает справедливость Гипотезы линейного накопления повреждения на стадии разрушения. [c.354]

Пример расчета. При сварке сосудов из стали СП28 толщиной 1 мм вблизи поверхности по линии сцлавления образуются отдельные поры или цепочки пор, которые в процессе эксплуатации сосуда при циклических нагрузках превращаются в постоянно растущие трещины. Допустимость сохранения отдельных пор или их скоплений должна устанавливаться ва основании закономерностей их роста. [c.269]

При проектировании баков коэффициент безопасности, принимался равным 1,4, и расчет прочности велся на 140% максимально возможной нагрузки. Испытание баков проводилось на давление 105% от максимального расчетного. Баки работают при циклических нагрузках, материал всегда имеет не обнаруженные риски, трещины и другие дефекты, рост которых при циьспических напряжениях приводит к разрушению конструкции. Поэтому проводилась оценка допустимых дефектов при контроле качества продукции. [c.10]

Опыт эксплуатации сварных конструкций показывает, что в процессе работы при циклических нагрузках возможность возникновения усталостных трещин не исключена. Этим объясняется повьпяен-ный интерес к закономерностям роста усталостных трещин. [c.175]

Из табл. 8 видно, что при обычных условиях испытания склонньШи к росту могут быть трещины с масштабом длины начиная с 50-100 мм, в то время как в эксплуатационных условиях к подрастанию могут быть склонны трещины с масштабом длины 5-10 мм при циклических нагрузках и 10-30 мм при статических нагрузках в коррозионноактивных средах. Очевидно, что в каждом конкретном случае эти значения могут уточняться. [c.97]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...