Процесс усталостного разрушения

Большинство моделей развития усталостных трещин [11, 12, 141, 336, 349, 351, 430] основываются на рассмотрении элементарных актов разрушения в бесконечно малых объемах материала (математических точках). При этом процесс развития разрушения представляется как непрерывный ряд последовательного разрушения точек, образующих траекторию трещины. Как указывалось в гл. 2, подобное моделирование процесса усталостного разрушения не позволяет объяснить имеющиеся экспериментальные результаты., [c.204]

Главное значение для усталостной прочности в условиях контактного нагружения имеет твердость поверхностного слоя (рис. 218). Процесс усталостного разрушения при контактном [c.344]

При расчете детали на усталостную прочность наряду с фактором состояния поверхности необходимо учитывать также еще так называемый масштабный фактор. Опыты, проведенные по определению предела усталости для образцов различных размеров, показали, что с увеличением последних предел усталости уменьшается. Объясняется это тем, что максимальные напряжения в детали не характеризуют полностью всего процесса усталостного разрушения. От величины [c.404]

Рис. 3.3. Относительная продолжительность процесса усталостного разрушения после возникновения трещины (заштриховано) в процентах по отношению к общей долговечности образца

Снижение предела выносливости с увеличением размеров детали получило название масштабного эффекта. Этот эффект следует рассматривать как очевидное следствие того, что максимальное напряжение в образце, а тем более в детали, не характеризует полностью процесс усталостного разрушения, а предел выносливости, как уже указывалось, не выражает в чистом виде свойств материала. Статистический характер возникновения микротрещин тесно связан с неоднородностью напряженного состояния в пределах малых объемов, и геометрическое подобие, как критерий для оценки усталостного разрушения, потребовало бы геометрического подобия всех кристаллов в структуре и даже геометрического подобия их строения. Но эти условия при переходе от малого образца к большому не соблюдаются. Естественно поэтому, что не сохраняя полного геометрического подобия, мы не получаем и силового подобия. [c.490]

Процесс усталостного разрушения на стадии прорастания трещины в зависимости от условий и уровня нагружения отражается на форме излома. Строение поверхности излома определяется фрактографическими (макро-, микро- и субмикроскопическими) методами. Макроскопически поверхность усталостного излома имеет две основные зоны одна —образовавшаяся от циклического распространения трещины и имеющая более мелкозернистый сглаженный характер, другая — возникшая при быстро протекающем окончательном разрушении— доломе , обычно имеющая кристаллический, более крупнозернистый характер хрупкого или квазихрупкого излома. [c.112]

В. С. Ивановой [661 предложена обобщенная диаграмма усталости. Процесс усталостного разрушения рассматривается как три последовательные стадии. [c.82]

Книга может быть полезна специалистам, занимающимся анализом разрушений металлических элементов конструкций, которые работают не только в авиации, но и в других отраслях промышленности. Это обусловлено рассмотрением общей методологии развития процесса усталостного разрушения металлов на основе Ре-, Ti-, А1-, Ni-, Mg-, что охватывает практически весь спектр металлических конструкций, которые используются в настоящее время в различных отраслях промышленности, в том числе и в атомной энергетике. Поэтому она может оказаться полезной и для материаловедов, занимающихся совершенствованием эксплуатационных характеристик металлов и сплавов. Она необходима конструкторам, занимающимся проектированием современных ВС и моделирующим процессы распространения усталостных трещин в элементах конструкций с учетом реальных условий эксплуатации, внедряющим различные средства неразрушающего контроля для обоснования периодичности осмотров элементов конструкций в эксплуатации, особенно при использовании методов неразрушающего контроля авиационной техники. [c.17]

Управление усталостным разрушением металла может быть осуществлено только в том случае, если известна вся последовательность процессов, описывающих эволюцию состояния материала во времени, и известны параметры, с помощью которых могут быть даны оценки этапа эволюции, состояния системы на выявленном этапе и периода времени дальнейшей эксплуатации. Применительно к образцам, испытания которых осуществляют в контролируемых условиях опыта, оценка состояния металла может быть осуществлена различными датчиками с помощью средств неразрушающего контроля. Накапливаемая энергия может быть зарегистрирована по сигналам акустической эмиссии, которые генерируют движущиеся дефекты кристаллической решетки под нагрузкой. Происходит выделение тепловой энергии, которая также может быть зарегистрирована. Меняется электропроводность материала в зоне возникновения трещины, а рост трещины сопровождают электромагнитные волны. Все указанные параметры могут быть использованы в той или иной мере для анализа процесса усталостного разрушения. Однако в эксплуатации наиболее достоверно может быть проведена оценка именно факта существования и распространения трещины. [c.20]

С помощью синергетики представилось возможным с единых позиций описать поведение материала при различных условиях его нагружения. В результате этого оказывается возможным на основе анализа параметров рельефа излома, в рамках сохранения неизменным механизма разрушения или путем измерения скорости роста трещины определять эквивалентные характеристики кинетического процесса усталостного разрушения. Оказывается возможным из анализа рельефа излома получать информацию о всей совокупности реализованных факторов воздействия на материал, которые вызвали распространение трещины. Получаемые величины эквивалентных характеристик становятся количественными показателями затрат энергии на процесс усталостного разрушения. [c.22]

Масштабные уровни процессов усталостного разрушения металлов [c.181]

Синергетическое описание ДИСКРЕТНО-НЕПРЕРЫВНОГО ПРОЦЕССА УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ [c.187]

Основными источниками информации для указанных решений в части определения длительности роста усталостных трещин являются параметры кинетической кривой — показатель степени при коэффициенте интенсивности напряжения (КИН) и коэффициент пропорциональности при КИН. Интегрирование указанной выше зависимости требует использования, хотя бы в наиболее вероятной форме, уровня максимального напряжения и параметров нагружающего цикла. Применительно к реализованному в эксплуатации процессу разрушения материала параметры кинетической кривой оказываются неизвестными даже в наиболее упрощенном случае, когда рассматривается единственное уравнение Париса во всем диапазоне скоростей моделируемого или воспроизводимого роста трещин из анализа поверхности разрушения. Возникает проблема применения на практике тех или иных результатов экспериментальных исследований процесса усталостного разрушения металлов в лабораторных условиях к решению вопросов по определению длительности роста трещин и оценке уровня напряженности элементов конструкций на этапе развития разрушения. [c.188]

Райсом [7] было предложено вводить в кинетическое уравнение константу с размерностью длины La в качестве геометрической характеристики среды, в которой реализуется процесс усталостного разрушения. Ее использование обусловлено отклонением реальной траектории трещины от прямой линии и влиянием конечных размеров образца или детали на рост трещины при приближении к наружной поверхности. Длина Lg может учитывать влияние на рост трещин, например, размеров структурных элементов материала. Учитывая влияние разной формы цикла нагружения [c.236]

Итак, представленные сведения о разных подходах к учету свойств материала в управляющих параметрах указывают, что стандартные механические характеристики — предел текучести, модуль упругости, модуль сдвига, коэффициент Пуассона — достаточно полно учитывают упругие и пластические свойства металла, в котором произошел процесс усталостного разрушения. [c.244]

Вместе с тем, в общем виде ситуация с развитием процесса усталостного разрушения в металлах при постоянной деформации характеризуется коэффициентом интенсивности деформации в виде [120] [c.247]

Итак, на начальном этапе развития усталостной трещины с низкой скоростью, когда доминирует процесс усталостного разрушения за счет развитого процесса скольжения формирование рельефа излома наименее энергоемко и рассеивание энергии имеет неупорядоченный характер. Низкая скорость магистрального роста трещины в этом случае является следствием того, что трещина в каждом локальном объеме металла перед фронтом трещины движется в произвольном направлении в пространстве. Интегральная оценка скорости магистрального роста трещины отражает не истинные затраты энергии на развитие трещины, а лишь интегральное взаимодействие между отдельными локальными разориентированными в пространстве участками фронта движущейся трещины. Именно этот эффект и создает условия для движения трещины (интегрально) с низкой скоростью и кажущимися низкими затратами энергии. [c.269]

Развитые математические методы расчета раскрытия берегов трещины позволяют в большей мере учесть многофакторную ситуацию влияния асимметрии цикла нагружения, при условии ввода более сложных поправочных функций [59, 60], чем были представлены выше. В предлагаемых соотношениях одновременно учитывается роль максимального напряжения цикла, флуктуации влияния асимметрии цикла при разных СРТ, а главное, рассматривается дифференцированный подход в кинетическом описании процесса усталостного разрушения путем введения коэффициента перенапряжения р, учитывающего стеснение пластической деформации вдоль фронта трещины. Его величина отражает изменение размера зоны пластической деформации, что может быть рассмотрено по аналогии с введенным в кинетические уравнения [c.307]

Соотношение (6.36) указывает на существование синергетической ситуации в процессах развития разрушения материала при многопараметрическом внешнем воздействии у поверхности пластины применительно к формированию скосов от пластической деформации, так же как и в срединных слоях материала, где реализуются другие процессы разрушения, в том числе и процесс формирования усталостных бороздок. Любой из параметров процесса усталостного разрушения металла, который используется для описания кинетики [c.321]

Применительно к решению задачи об определении причины разрушения элемента конструкции реализованный процесс роста трещины уже имеет указанный показатель степени. Он может быть определен в результате измерений шага усталостных бороздок по длине трещины, поэтому решение обратной задачи становится достаточно простой процедурой. По известным или предполагаемым значениям поправочных функций, полученным на основе испытания образцов, производится оценка реализованных условий процесса усталостного разрушения жаропрочных и нержавеющих сталей. Она позволяет дифференцировать процессы, реализованные в области низкочастотного, высокотемпературного нагружения и с выдержками материала под нагрузкой. [c.359]

В связи с этим более подробно рассмотрим влияние параметров структуры Ti-сплавов и условий их нагружения на закономерности развития процесса усталостного разрушения. [c.360]

От точности математического описания участка аномального поведения трещины после перегрузки зависит точность моделирования процесса усталостного разрушения при нерегулярном нагружении. Параметры длины трещины при моделировании связывают с размером зоны пластической деформации, сформированной в момент перегрузки. По уравнениям механики разрушения (2.2), описывающим размеры зоны пластической деформации, устанавливают соотношения между размером зоны и длиной трещины после перегрузки йд. При этом требуется наиболее полно описать физические процессы, определяющие аномальное поведение материала с трещиной в пределах отрезка Яд. [c.440]

Для изготовления дисков турбин и защищающих их от температурного воздействия плоских дефлекторов необходимы материалы с высокой жаропрочностью, которая должна быть реализована в течение длительного периода эксплуатации. Имевшие место в эксплуатации полные или фрагментарные разрушения дисков свидетельствовали о том, что в некоторых случаях при низкой жаропрочности материала может иметь место потеря длительной статической прочности материала в пределах существующего ресурса. Такие случаи единичны и они в большей степени относятся к состоянию материала, которое корректируют применительно к реализуемому процессу производства деталей. Случаи потери длительной статической прочности дисков не будут рассмотрены в данной монографии, которая посвящена только процессу усталостного разрушения. [c.535]

Рассмотрим усталостное разрушение зерна поликристалли-ческого ОЦК металла. При периодическом нагружении процесс усталостного разрушения зерна можно подразделить на три стадии 1) зарождение микротрещин по границам и в теле фрагментированной (или ячеистой) дислокационной структуры, возникающей в процессе циклического деформирования 2) стабильный рост микротрещин за счет эмиссии дислокаций из их вершин 3) образование разрушения в масштабе зерна при нестабильном росте микротрещин. [c.137]

В связи с этим следует указать, что предел усталости не является характеристикой только свойств материала, как, например, модуль упругости или коэффициент Пуассона. Он зависит также от метода ведения испытаний. Расчетное напряжение для образца не определяет полностью процесс усталостного разрушения. В результате образования трещины величина напряжений и законы их распределения в образце непрерывно меняются в зависимости от условий дальнейшего развития трещины. Последние же в свою очередь зависят от абсолю7ных размеров образца и характера приложения внешних сил. Все это неминуемо сказ1.1вается на предельном числе циклов и на величине предела усталости. [c.394]

Рис. 1.4. Относительная про-доля 11тельность процесса усталостного разрушения после возникновения трещины (заштриховано) в процентах по отпошоншо к общей долговечности образца 1 — идеальный случай однородного материала и однородного нагружения (без образования трещины), 2 — гладкий образец на воздухе, 3 — надрезанный образец на воздухе, 4 —гладкий образец в пресной воде, S — гладкий образец в 3%-м растворе НС1.

В области, в которой усталость описывается упругими макродеформациями йае, проявляются отклонения от абсолютной упругости и наблюдается гистерезис, порождаемый микропластическими деформациями. Эти деформации связаны с неоднородностью строения поли-кристаллического конгломерата и упрочнением, возникающим в пластически деформированных элементах структуры. Роль структурной неоднородности для процесса усталостного разрушения была охарактеризована еще В. Л. Кнрпичевым. Пластически деформируемые элементы занимают лишь незначительную часть упруго деформируемого объема (матрицы). Это позволяет описать процесс деформирования структурно-неоднородной среды простой механической моделью, предложенной Е. Орованом и представленной на рис. 6.2. За- [c.105]

Анализ энергетических условий усталостного разрушения, выполненный В. Т. Трощенко, показал, что энергия разрушения зависит от уровня напряжений. При определении необратимой энергии, расходуемой на ми-кропластические деформации и обусловленной отклонением от совершенной упругости (в области напряжений, соответствующих правой ветви кривой усталости), также используют вероятностные представления. В соответствии с ними пластические деформации возникают в зернах конгломерата аналогично тому, как это было рассмотрено при анализе процесса усталостного разрушения см. уравнения (6.6) — (6.8)J. [c.109]

Процесс усталостного разрушения от его возникновения (в форме начала развития трещины) до окончательного разрушения (в результате прорастания трещины до ее критических размеров) требует накопления определенного числа циклов, обычно превышающего число циклов по стадии возникновения трещин. Предельное число циклов Мсук может устанавливаться по той или иной стадии допустимого повреждения трещиной. Эта стадия повреждения определяется либо числом циклов, которое необходимо до полного разрушения, либо снижением статической прочности до уровня, вытекающего из требований обеспечения статической несущей способности. [c.174]

Во-вторых, у поверхности детали возникают местные концентраций напряжений, связанные с резкими изменениями формы поверхности. Концентраторами напряжений могут быть не только конструктивные элементы (галтели, отверстия, канавки), но и микрориски, трещины, впадины микронеровностей. Концентрация напряжений часто является причиной зарождения процессов усталостного разрушения. [c.73]

Основным процессом, возникающим при трении материалов и при- водяш,им к износу, является упругопластическая деформация как результат взаимодействия микрорельефов поверхностей,, В свою очередь, этот процесс порождает и сопровождается целой гаммой производных физических, химических и механических процессов, протекаюш,их на поверхностях и в поверхностных слоях трущихся тел. Это процессы окисления, теплофизические и коррозионно-механические процессы, усталостное разрушение поверхностные явления (адсорбция) и др. [207]. [c.233]

Для получения достоверных сведений по усталостной прочности титановых сплавов конкретной структуры не(обходима количественная оценка разброса результатов циклических испытаний. При этом предел выносливости определяют с заданной вероятностью неразрушения, т.е. оценивают его надежность. Уже первьге статистические обработки результатов усталостных испытаний титановых сплавов показали высокие значения коэффициента вариации условного предела выносливости [96— 98]. Учитывая большой разброс, наиболее правильно для анализа усталостных свойств титановых сплавов применять методы математической статистики и теории вероятности. Для этого строят полные вероятностные диаграммы, например по системе, предложенной Институтом машиностроения АН СССР [99, 100]. Эта система основана ра разделении процесса усталостного разрушения на две стадии до появления макротрещины и развитие трещины до разделения образца на части. При анализе предела выносливости гладких образцов это разделение не имеет принципиального значения, так как долговечность до появления трещины Л/ и общая долговечность до разрушения образца Л/р близки. Часто Jртя построения полных вероятностных диаграмм усталости за основу берут наиболее простой метод, предложенный В. Вейбуллом [ 101 102, с. 58 — 64]. Для построения полной вероятностной кривой необходимо испытать достаточно большие партии образцов (30—70 шт.) на нескольких уровнях амплитуды напряжений, которые должны быть выше предела выносливости (см., например, рис. 92). На каждом из этих уровней по гистограмме определяют вероятность разрушения при данной амплитуде напряжений. Далее ст ят кривую Веллера по средним значениям долговечности. По гистограммам строят кривые равной вероятности в тех же координатах (а — 1дЛ/). Затем строят семейство кривых, определяющих не только зависимость долговечности от амплитуды напряжений, но и вероятности разрушения от заданных амплитуды напряженйй и долговечности. Далее, принимая математическую форму распределения вероятности, на данном уровне напряжений можно строить кривые зависимости либо от амплитуды напряжений при заданной базе испытаний Л/, [c.141]

На рис. 109 приведена зависимость вероятности разрушения суммарной циклической долговечности 1п1 от уровня напряжения при программном нагружении гПадких образцов сплава ВТ6. Как видно из рисунка, низкие напряжения блока активно участвуют в процессе усталостного разрушения сплава ВТ6, по крайней мере, начиная с ( = = 200 МПа, что составляет примерно 0,5а. 1- В реальных конструкциях [c.173]

Уравнение (4.5) при всей своей привлекательности имеет общий недостаток — в него введена предельная величина КИН (вязкость разрушения), что для его практического использования при анализе процесса усталостного разрушения элементов авиационных конструкций вносит существенную неопределенность. Как было показано в главе 2, предельное состояние элемента конструкции с усталостной трещиной определяется широким спектром величин вязкости разрушения, поскольку она существенно зависит от условий нагружения. Не менее сложным является вопрос об определении величины показателя степени в соотношении (4.4). Он не может быть рассмотрен как интегральная характеристика затупления трещины по некоторому отрезку ее фронта с переменной кривизной и ориентировкой направления локального подрастания трещины. Тем более что параметры зоны затупления (зоны вытягивания) — ее высота и ширина — тоже существенно зависят от условий нагружения, например от температуры (см. главы 2 и 3). Наконец, как было показано выше, пластическое затупление вершины трещины происходит в каждом мезотуннеле индивидуально . Оно существенно зависит от того, каким образом сформированы перемычки между мезотунне-лями. Перемычки не только определяют условия раскрытия вершины мезотуннеля, но и влияют на величину скорости роста трещины, при которой [c.189]

Для максимального угла отклонения траектории трещины (90°) величина фрактальной размерности достигает 1,365. Для усталостных трещин, как было указано выше, максимальный угол отклонения трещины составляет около 60°. В этом случае фрактальная размерность составляет 1,12, т. е. рассмотрение развития усталостных трещины только в одном направлении является недостаточным. Влияние отклонения поверхности трещины от горизонтальной плоскости вдоль ее фронта имеет существенное влияние на скорость протекания процесса усталостного разрушения, что подразумевает рассмотрение фрактальных характеристик всей формируемой поверхности усталостного излома. При этом необходимо различать самоподобные и самоафинные фрактальные структуры [154, 155]. Самоподобие рассматривается для статистически эквивалентных профилей поверхности разрушения в обеих направлениях — вдоль развития трещины и перпендикулярно к нему. Для са-моафинных фракталов статистически эквивалентный результат по двум указанным направлениям [c.261]

Процесс усталостного разрушения в связи с мезотуннелированием усталостной трещины развивается в направлении рассматриваемого роста трещины и вдоль фронта трещины различным образом. Даже в пределах малых масштабных уровней фрактальная размерность поверхности разрушения в указанных направлениях различна. Поэтому описание процесса разрушения соотношением (5.81) с расчетом фрактальной размерности по соотношению (5.83) оказывается недостаточным. Необходимо проводить анализ развития процесса усталостного разрушения с учетом формирования поверхности разрушения во всех направлениях одновременно. [c.262]

Процесс усталостного разрушения на всех стадиях роста трещины протекает на разных масштабных уровнях, что, как подчеркнуто выше, характеризуется разной фрактальной размерностью. Существующая зависимость фрактальной размерности от ориентировки профиля рельефа, по которому производится определение фрактальной размерности [142, 162-167], не связана с основой сплава, а отражает природу самого процесса разрушения. Развитие процесса разрушения в разном направлении осуществляется с формированием разной геометрии рельефа, что является само-афинностью рельефа излома, для анализа которой необходимо иметь специальный метод определения их фрактальных характеристик [168]. Одним из таких методов является метод определения фрактально-спектральных характеристик изломов [169]. [c.265]

В образцах из диска № II, который наработал в эксплуатации более 12000 ч без образования в нем усталостных трещин, процессы усталостного разрушения при разных формах цикла нагружения были различными. При треугольной форме цикла развитие трещины шло по вязкому внутризеренно-му механизму с формированием на изломе усталостных бороздок (см. рис. 7.16в). Бороздчатый рельеф доминировал в изломе. Фрагментов фасеточного рельефа не наблюдалось. Переход к трапецеидальной форме цикла нагружения сопровождался сменой механизма роста трещины, как в дисках из сплава ВТЗ-1 [68, 100, 101]. Доминирующим в изломе стал фасеточный рельеф с рассредоточенными по поверхности разрушения блоками усталостных бороздок (см. рис. 7.16г). Доля участков излома с усталостными бороздками не превышала 5 %, как и в случае развития трещин в образцах из диска № I при обеих формах цикла нагружения. В образцах из диска № III при обеих формах цикла нагружения развитие трещины шло по вязкому внутризерен- [c.368]

Переход в область роста трещины со скоростями, существенно превышающими 10 м/цикл, сопровождается формированием типичного ре.льефа излома в виде усталостных бороздок. Их формирование приводит к принципиально иной морфологии рельефа излома, что может быть использовано для однозначной трактовки процесса усталостного разрушения по частотным характеристикам и уровню напряжения. [c.580]

Таким образом, состояние обнаруженного обтекателя с пробоиной корпуса от двигавшейся части первоначально разрушившейся лопатки полностью подтвердило результаты фрактографиче-ских оценок — последовательность повреждений лопаток, длительность развития в них трещин и параметры их нагружения в процессе усталостного разрушения. [c.588]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...