Амплитуды напряжения

где а„ и та—амплитуды напряжений цикла; стт и тт —средние напряжения цикла.

Здесь <за и т„ — амплитуды напряжений цикла; ат и Тт — средние напряжения цикла; \/,д и утд — коэффициенты чувствительности к асимметрии цикла напряжений для рассматриваемого сечения.

Таким образом, разрушения при циклических нагрузках отличаются от статических изломов лишь наличием гладкой с матовым блеском поверхности усталостного излома. Строение собственно усталостного излома зависит от большого количества факторов, в частности, от амплитуды циклов, паузы между ними и др. При нагружении с разными амплитудами напряжений и пауз между ними в усталостном изломе отмечаются усталостные линии, кон-центрично расходящиеся от очага разрушения как от центра. По соотношению зоны усталостного и статического излома можно судить о величине максимального напряжения цикла. Чем больше площадь статического долома, тем выше нагрузка. Шероховатость этой зоны также зависит от амплитуды напряжений. Меньшему значению амплитуды напряжений соответствует более гладкая поверхность усталостного излома. Усталостные линии представляют макроскопические признаки усталостного излома, связанные с замедлением скорости или задержкой распространения трещины. Они соответствуют амплитудам на-пряЬкений, не приводящим к увеличению длины трещины после действия более высоких амплитуд. Отсутствие усталостных линий свидетельствуют об устойчивом распространении трещин при неизменной амплитуде напряжений. Различие расстояний между усталостными линиями

Удобнее в качестве характеристики цикла применять коэффициен-т амплитуд ы, представляющий собой отношение амплитуды ^напряжений. -ста = 0,5 (o-max — amin) к максимальному напряжению цикла о-тах:

Линию средних напряжений циклов orm = 0,5 (сттах + CTmin), являющуюся в то же время нулевой линией амплитуд, проводят под углом а = 45° (или 60°) к оси абсцисс; на оси ординат наносят напряжения. На нулевой линии откладывают найденные из опыта, предельные для каждой данной величины crm амплитуды напряжений ов — 0,5 (стт„ — amin). Огибающая ЛВС точек crmax представляет пределы выносливости при растяжении, огибающая DEF точек (—cmaj — при сжатии. При малых амплитудах пульсаций пределы выносливости практически постоянны и близки к показателям статической прочности. Верхней границей для сттах считают предел текучести при растяжении <тт.раст (линия BQ, для (—а^ — предел текучести при сжатии <тт.сж (линия DE).

Повышение циклической прочности при нестационарных режимах нагружения в большинстве случаев обусловлено снижением средней амплитуды напряжений. Периоды действия напряжений малой амплитуды, поддерживающих металл в состоянии возбуждения, по-видимому, способствуют диффузии вакансий и залечиванию повреждений, образовавшихся в предыдущие более напряженные периоды.

Другой способ заключается в снижении коэффициента амплитуды напряжений путем наложения постоянной нагрузки. Как видно из диаграммы Смита (см. рис. 164), повышение среднего напряжения цикла существенно увеличивает предел выносливости. Этот прием широко применяют в конструкции циклически нагруженных болтовых соединений, придавая болтам предварительную затяжку. При затяжке достаточно большой величины удается практически полностью устранить циклическую составляющую и сделать нагрузку статической. ,

где п.,, и г,„ постоянные составляющие напряжений; <т„ и „ амплитуды напряжений; о i и i i пределы выносливости материала при знакопеременном симметричном цикле; К„1> и KID общие коэффициенты снижения пределов выносливости деталей при изгибе и при кручении, учитывающие концентрацию напряжений, размер деталей и упрочнение; ф„ и •ф, коэффициенты, характеризующие чувствительность материала к асимметрии цикла. Подробнее см. § 16.4.

ния предельной амплитуды напряжения винта и амплитуды напряжений;

го излома можно судить о величине максимального напряжения цикла. Чем больше площадь статического долома, тем выше нагрузка. Шероховатость этой зоны также зависит от амплитуды напряжений. Меньшему значению амплитуды напряжений соответствует более гладкая поверхность усталостного излома. Усталостные линии представляют макроскопические признаки усталостного излома, связанные с замедлением скорости или задержкой распространения трещины. Они соответствуют амплитудам напряжений, не приводящим к увеличению длины трещины после действия более высоких амплитуд. Отсутствие усталостных линий свидетельствует об устойчивом распространении трещины при неизменной амплитуде напряжений. Различие расстояния между усталостными линиями свидетельствует об изменяющемся характере приложенных напряжений циклов. С увеличением длины трещины скорость ее распространения возрастает, в результате чего увеличивается шероховатость поверхности излома. В области статического долома разрушения носят сдвиговой характер. Макрофрактографические особенности изломов малоцикловой усталости заключаются в строении собственно усталостных изломов. При относительно малом числе циклов нагружения (до тысячи) изломы при малоцикловой усталости близки к таковым при статическом растяжении. Разрушение сопровождается заметной макроскопичской деформацией (сужением). По мере увеличения числа циклов нагружения характер разрушения изменяется от вязкого к хрупкому разрушению. Поверхность собственно усталостного излома более шероховатая и составляет значительно меньшую долю в изломе, чем зона статического долома.

Относительно небольшую долю усталостных трещин (24 %) можно объяснить тем, что амплитуды напряжений и (или) числа циклов в сосудах давления обычно не бывают слишком большими. Обращает на себя внимание высокий процент врожденных трещин, по-видимому, технологического происхождения (29 %). Этот вывод согласуется со следующим наблюдением: около 64 % общего числа отказов паровых котлов приходится на отказы котлов со сроком службы до 10 лет.

ния предельной амплитуды напряжения винта и амплитуды напряжений;

уг.ра = У vl+ "L+ ya — коэффициент вариации предельной амплитуды напряжения; ия и у„л — коэффициенты вариации деталей (винтов) одной плавки и средних пределов выносливости материала разных плавок; уд = = 0,06...0,08, у„л = 0,07...0,1.

Одновременное использование двух из рассмотренных схем позволяет создать амплитудно-фазовые и амплитудно-частотные схемы выделения информации. На рисунке 3.4.14 представлена структурная схема амплитудно-частотного способа. Схема состоит из автогенератора 2, амплитудного детектора 4, частотного дискриминатора 3 и индикаторного устройства 5. Выходное напряжение, регистрируемое устройством 5, зависит как от изменения частоты, так и от амплитуды напряжения автогенератора 2, в колебательный контур которого подключен преобразователь 1.

Следует отметить, что в процессе такого макроскопического разупрочнения образца (снижения амплитуды напряжения с ростом числа циклов, рис. 9) элементарные объемы металла упрочняются - в них повышается плотность дислокаций. Своеобразный характер изменения механических свойств железа (макроскопическое разупрочнение, сопровождаемое локальным упрочнением) в процессе циклического деформирования на этой стадии вызван распространением локальных усталостных зон макроскопической деформации с подвижными дислокациями. Преобладающим типом структуры образцов из железа на стадии циклической текучести являются чаще всего вытянутые вдоль одного из направлений плоские скопления дислокаций. С увеличением числа циклов или увеличением амплитуды нагружения сплетения дислокаций увеличиваются в размере и становятся еще плотнее. Отдельные сплетения смыкаются, образуя подобие ячеистой структуры.

На первых двух стадиях периода зарождения усталостных трещин, хотя и происходят изменения в структурном состоянии материалов, однако механические свойства при этом практически не изменяются. На стадии же циклического упрочнения (разупрочнения) происходит интенсивное изменение механических свойств до определенного числа циклов, которое зависит от амплитуды приложенной нагрузки, после чего достигается стабилизация этих свойств или их значения изменяются мало. Для исследований изменений механических свойств в процессе циклического деформирования используют петлю механического гистерезиса, форма и площадь которой меняются в процессе нагружения. Характерные параметры петли гистерезиса изображены на рис. 5,а, наиболее важные методики испытаний на усталость схематически показаны на рис. 12. Наиболее часто применяемый в настоящее время метод испытания с контролируемым напряжением, при котором в образце всего испытания поддерживается постоянство двух граничных напряжений цикла, показан на рис. 12,а. Две приведенные на этом рисунке петли гистерезиса отражают реакцию материала на внешнюю нагрузку в два различных момента времени. При этом методе испытания достаточно определять лишь изменение ширины петли гистерезиса, которая, например, уменьшается для циклически упрочняемых материалов и растет для циклически разупрочняющихся. При испытаниях на усталость с предварительно заданными границами суммарной деформации, помимо измерения амплитуды пластической деформации, следует также определять изменение амплитуды напряжения цикла (рис. 12,6). В фундаментальных металловедческих исследованиях предпочитают применять испытания с постоянной амплитудой пластической деформации за цикл (рис. 12, в). Изменение механических свойств при этом проявляется в изменении

повышение среднего напряжения цикла и уменьшение амплитуды напряжения приводит к увеличению скорости роста трещины. При R = const оба эффекта возрастают одновременно. Повышение R вызывает не только увеличение скорости роста трещины, но и сдвиг критических коэффициентов интенсивности напряжений ЛКц, и Ж^ влево (рис. 59). Смещение ЛК«С следует из соотношения AKfc = (1 - R) Kt-c, а дКа, связано с R уравнением дКц, (R)/E = (2,75 ± 0,75) 10"5(1 - R)"'31(^m), где m показатель степени в уравнении Пэриса.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ЁМКОСТНОЕ - величина, характеризующая противодействие, оказываемое перем. току ёмкостным элементом цепи (напр., конденсатором). Для синусоид, тока С.ё. At определяется как 1/(соС) (где С - электрич. ёмкость цепи, со - круговая частота тока) и равно отношению амплитуды напряжения на входе цепи, имеющей ёмкостный характер, к амплитуде силы тока в ней. В такой цепи электрич. энергия периодически передаётся от источника электрич. полю ёмкостного элемента и обратно, причём средняя за период мощность равна нулю; поэтому С.ё. наз. реактивным. Единица измерения С.ё. (в СИ) - Ом.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОЕ -величина, характеризующая противодействие, оказываемое перем. току индуктивным элементом цепи (напр., катушкой индуктивности). Для синусоид, тока С.и. Xi определяется как ш/. (где L - индуктивность цепи, со - круговая частота тока) и равно отношению амплитуды напряжения на входе цепи, имеющей индуктивный характер, к амплитуде силы тока в ней. В такой цепи электрич. энергия периодически передаётся от источника магнитному полю индуктивного элемента и обратно, причём средняя за период мощность равна нулю; поэтому С.и. наз. реактивным. Единица измерения С.и. (в СИ) - Ом. СОПРОТИВЛЕНИЕ МАГНИТНОЕ - параметр магн. цепи, равный отношению разности магнитных потенциалов Um к магн. потоку Ф для данного однородного участка магн. цепи. Понятие С. м. образовано по аналогии с понятием электрич. сопротивления (эта аналогия чисто формальная, ибо физ. природа обоих сопротивлений различна). С. м. может быть вычислено по ф-ле: Rm=l/\iaS, где / - длина однородного участка магн. цепи, S -площадь сечения магнитопровода, ца " абс. магнитная проницаемость. С. м. в перем. магн. поле - перем. величина и зависит от частоты (см. Ферромагнитный резонанс). Используется гл. обр. при расчётах магн. цепей.

Одновременное использование двух из рассмотренных схем позволяет создать амплитудно-фазовые и амплитудно-частотные схемы выделения информации. На рисунке 3.4.14 представлена структурная схема амплитудно-частотного способа. Схема состоит из автогенератора 2, амплитудного детектора 4, частотного дискриминатора 3 и индикаторного устройства 5. Выходное напряжение, регистрируемое устройством 5, зависит как от изменения частоты, так и от амплитуды напряжения автогенератора 2, в колебательный контур которого подключен преобразователь 1.

Структурная схема приборов, в которых информация выделяется частотным и амплитудно-частотным способами, приведена на рис. 69. Напряжение автогенератора /, в колебательном контуре которого включен ВТП 4, поступает на детектор 2 (амплитудный или частотный). Постоянное напряжение с выхода детектора, пропорциональное амплитуде или отклонению частоты и амплитуды напряжения генератора от некоторого значения, поступает на индикатор 3.

Продолжение циклических нагружении с повышением амплитуды напряжения вызывает постепенное увеличение площади закрытой' петли (см. рис. 2.41), пока наконец не будет достигнуто напряжение-ал (кривая 8), после которого петля остается уже открытой. Напряжение ОА получило название предела неупругости. С этого момента