Амплитуды циклической

Рис. 43. Распространение усталостных трещин в зависимости от прочности микроструктурных барьеров и амплитуды циклических напряжений

Рис. 97. Зависимость вероятности разрушения ' Р образцов на воздухе (7) и в 3 %-ном растворе NaCI (2) от амплитуды циклических напряжений ста и диаметра образца:

Рис. 108. Зависимость вероятности разрушения Я от амплитуды циклических напряжений о^ образцов сплава ВТ6 без (1) и после (2) предварительного циклического нагружения амплитудой напряжений менее a.j

диаметром 10 мм, подвергнутых предварительному нагружению на уровне а{ = 550 МПа с циклами, соответственно равными 12000 и 48000. Пределы выносливости определяли на основании испытаний 16—20 образцов в каждой серии. Установлено, что нагружение выше предела выносливости приводит к снижению вторичного предела выносливости и увеличению разброса результатов испытаний. На рис. 112 приведена зависимость вероятности разрушения Р от амплитуды циклических напряжений сплава ВТ6 при различных предварительных перегрузках. Видно, что эффект снижения пределов выносливости в значительной степени зависит от вероятности разрушения.

Рис. 112. Зависимость вероятности разрушения Р от амплитуды циклических напряжений аа сплава ВТ6 при различных предварительных перегрузках:

Так как в большинстве усталостных испытаний амплитуды циклических деформаций меньше 1%, мы считаем, что упругое поведение, предсказанное в табл. III, будет наблюдаться в случае малых пластических деформаций. Как правило, растущее пластическое разрушение будет иметь место только в относительно малой области перед концом трещины, в особенности для усталости в области больших чисел циклов (которая для металлов обычно определяется как область, где усталостная долговечность превосходит приближенно 108 циклов). Разумно также, может быть, рассматривать результат пластического течения в металлической матрице просто как возрастание эффективного отношения модулей волокна и матрицы.

В данной работе на одних и тех же образцах последовательно проведены исследования влияния механических напряжений растяжения—сжатия на магнитную индукцию, проницаемость, магнитострикцию малоуглеродистой стали в различных полях, исследования сигнала, возбуждаемого в проходной катушке с образцом, находящимся в постоянном магнитном поле под действием циклических нагрузок в зависимости от величины поля и нагрузок, показана связь возбуждаемого сигнала с магнитоупругим эффектом и магнитострик-цией, определен диапазон полей, где чувствительность стали к напряжениям максимальна, предлагается метод измерения амплитуды циклических напряжений, а также метод определения напряжения, связанного с величиной внутренних напряжений.

В работе проведены исследования изменения эффективного значения выходного сигнала от напряженности постоянного магнитного поля и амплитуды циклических напряжений при симметричном цикле растяжение — сжатие. Результаты, полученные на низкоуглеродистой стали Э12, представлены на рис. 3. Кривая 1 (случай очень малой амплитуды циклических напряжений) представляет собой, согласно (12), как легко можно убедиться из рис. 2, кривую изменения дВ/да от поля при аСтат = 0, т. е. тангенс угла наклона касательной к кривым, представленным на рис. 2 в точке о=0. Сравнение кривой / на рис. 3 с кривой магнитострикции также показывает, что они связаны термодинамическим соотношением (1). Имеющиеся два максимума на кривой 1 (рис. 3) расположены там, где производная от магнитострикции по полю имеет максимальное абсолютное значение. При электромагнитоакусти-ческом методе возбуждения и приема ультразвука, как известно, кроме механизма пондермоторного взаимодействия в ферромагнетиках существенный вклад вносят магнитострикция (при возбуждении) и магнитоупругий эффект (при приеме ультразвука). Амплитуда ультразвукового сигнала, обусловленная вкладом только последних двух явлений, должна изменяться с полем, согласно (1) и (12), так же, как и кривые на рис. 3, т. е. иметь два максимума.

Практическое значение может иметь тот факт, что сигнал в области полей второго максимума оказывается линейно зависимым от амплитуды циклических напряжений (рис. 4, а). Это позволяет бесконтактно измерять амплитуду циклических напряжений растяжение—сжатие.

Таким образом, сигнал, возбуждаемый в измерительной обмотке с образцом при его циклическом растяжении—сжатии в постоянном магнитном поле, вызван прежде всего маг-нитоупругим эффектом и пропорционален дВ/да (12). Из-за сложной зависимости дВ/да от а(() выходной сигнал имеет широкий спектр гармоник. Максимальную амплитуду из них имеет вторая. Выходной сигнал при заданной амплитуде циклических нагрузок в зависимости от поля имеет два максимума, что соответствует ходу производной по полю от магнито-стрикции. В области второго максимума наблюдается линейная зависимость сигнала от амплитуды циклических нагрузок, что может быть положено в основу метода их бесконтактного измерения. Предлагается наиболее точный и простой метод определения напряжений ат, при которых В(0) имеет максимум и которые связывают с величиной внутренних напряжений в материале.

ретически и экспериментально доказано, что при циклическом растяжении — сжатии ферромагнитного образца в постоянном магнитном поле в измерительной катушке возбуждается э.д.с., вызванная магнитоупругим эффектом. Получены формулы для вычисления амплитуды сигнала. Исследовано его изменение от поля при различных амплитудах напряжений. Предлагаются методы измерения амплитуды циклических напряжений и величины внутренних напряжений.

7. ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ- ОБРАЗЦА ПРИ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИИ. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ЦИКЛИЧЕСКОЙ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОИ ДЕФОРМАЦИИ

7. Особенности теплового состояния образца при термоциклирова-нии. Методы определения амплитуды циклической упругоплас-

На малоцикловую усталость углеродистых сталей существенное влияние оказывает также предварительное деформационное упрочнение. Эксперименты (Романив А.Н. [194, с. 101-102]) на листовых образцах из стали 20 толщиной 2,5 мм, предварительно деформированных циклическим пульсирующим изгибом в воздухе, с целью определения степени деформации при различной базе показали, что если величина предварительной амплитуды циклической деформации меньше рабочей, то предварительная деформация, может повысить долговечность стали до 40 %.

Покрытия из полиэтилена высокой плотности (П-4070, П-4040) снижают долговечность стали 08кп при малоцикловой усталости (Бейдер Э.Я. и др. [184, с. 106, 108]). Так при амплитуде пластической деформации е = 1,7 % в зависимости от режима получения покрытия количество циклов до разрушения снижается на 10—40 %, в 3 %-ном растворе NaCI — до 30 %. Еще более отрицательно полиэтиленовое покрытие сказывается на долговечности образцов в воздухе и в коррозионной среде при повышении амплитуды циклической деформации до 5 %. Предполагают, что в

Рис. 24. Зависимости логарифмического декремента от амплитуды циклической деформации для листовой стали СтЗ толщиной 1 мм при поперечных колебаниях (чистый изгиб) призматических образцов 1 X X 18 X 190 мм с различными демпфирующими покрытиями:

положение фронта в определенный момент путем уменьшения амплитуды циклической нагрузки примерно наполовину. Не говоря о существенном увеличении продолжительности испытания при частой постановке таких меток, применительно к сварным соединениям, эти метки не всегда удается получить достаточно четкими. Поэтому метод меток целесообразно дополнять записью изменения размаха раскрытия берегов трещины в процессе ее роста. Методика использования таких измерений при исследовании закономерностей роста поверхностных трещин изложена в § 10.2.

Малоцикловое разрушение рассматриваемого вида, таким образом, определяется режимом циклов нагрузки и температуры, при этом вид разрушения может быть чисто усталостный, или квазистатический (длительный статический), а также промежуточный с признаками усталостного и длительного статического типа разрушения в зависимости от соотношения основных факторов: формы и длительности цикла деформирования и нагрева, максимальной температуры, амплитуды циклической упругопластической деформации [107]. Одновременное действие на детали машин циклически изменяющихся нагрузок и температур в общем случае может быть совершенно произвольным и нестационарным. Максимальные значения температуры и нагрузок могут совпадать во времени, действовать со сдвигом по фазе, или частота приложения нагрузки может быть отличной от частоты изменения температуры.

где р и т — параметры циклической диаграммы деформирования материала в условиях неизотермичности; Л//° — предельное число циклов до разрушения при линейном напряженном состоянии; ъа и в^г — амплитуды циклической деформации и интенсивности деформации при линейном и сложном напряженном состоянии; Nf* — расчетное число циклов до разрушения при сложном напряженном состоянии.

где k' и п' — коэффициент циклической прочности и показатель циклического деформационного упрочнения соответственно, которые определяются по величине отрезка, отсекаемого прямой зависимости амплитуды циклического напряжения от амплитуды циклической пластической деформации в логарифмических координатах, и наклоном этой прямой. Статическим аналогом формулы (8.112) является формула (5.18) (см. рис. 5.2). Ряд величин п' приведен на рис. 8.17. Таким образом, еще одним способом вычисления локальных напряжений и деформаций является использование соотношения (8.112) в совокупности с (8.111).

близка к пределу прочности материала. Это выражается в том, что кривая усталости в указанном диапазоне, в котором материал циклически пластически деформируется, идет почти горизонтально. В этой области пластического поведения материала гораздо точнее определять его усталостную долговечность в виде функции амплитуды циклической деформации, а не в виде функции циклического напряжения. Зависимость напряжения от деформации при этом графически изображается петлей гистерезиса, показанной на рис. 11.2,

Как отмечено в гл. 4 [82, 117, 210, 234, 245], конструкционные стали в процессе малоциклового деформирования могут по-разному проявлять кинетику своих деформационных или силовых характеристик. Если диаграмму циклического деформирования материала для различных чисел полуциклов нагружения k схематически представить в координатах "размах напряжений S — размах упругопластиче-ских деформаций е" (рис. 4.5, а), то можно отметить, что для случая мягкого режима нагружения при постоянной величине напряжений сг = const с увеличением числа полуциклов k имеет место либо увеличение размаха (амплитуды) циклической деформации (соответствующие кривые расположены ниже кривой деформирования для начального полуцикла k = 1), что обусловливается циклическим разупрочнением материала, либо размах (амплитуда) циклической деформации с ростом k уменьшается и соответствующие кривые на рис. 4.5 располагаются выше кривой для начального полуцикла k = 1, что связано с проявлением циклического упрочнения материала. При неизменности параметров диаграммы деформирования с ростом числа полуциклов нагружения соответствующий материал проявляет свойства циклической стабильности.