Амплитудой колебаний

Долговечность в области малоцикловой усталости при нагружении с постоянной общей амплитудой деформации за цикл зависит от упругой и пластической составляющих, которые определяются из параметров петли механического гистерезиса (рис. 5):

3 - стадия циклического упрочнения (разупрочнение), которая завершается достижением линии необратимых повреждений (линии Френча). Стадия циклического упрочнения (когда при испытании с постоянной амплитудой деформации за цикл максимальное напряжение растет с увеличением числа циклов) наблюдается у пластичных металлов и сплавов, а стадия циклического разупрочнения (когда напряжение уменьшается с ростом числа циклов) у высокопрочных металлических материалов и на начальных стадиях усталости у металлических материалов, имеющих площадку текучести. Также, как и при статическом деформировании, на этой стадии наряду с процессами деформационного упрочнения наблюдается развитие повреждаемости в виде образования субмикротрещин (пунктирная линия СДЕ).

Эти стадии хорошо выявляются в условиях нагружения с постоянной общей (упругой и пластической) амплитудой деформации за цикл. В случае испытаний только с постоянной амплитудой пластической деформации за цикл металлических материалов, не имеющих физического предела текучести, период зарождения усталостных трещин может сразу начинаться со стадии деформационного упрочнения или разупрочнения. Кроме того, для выяв-

На рис. 9 представлены экспериментальные данные по изменению амплитудного напряжения оа (меньшего статического предела текучести при исследованных амплитудах циклической деформации) в зависимости от числа циклов при испытании на усталость с постоянной амплитудой деформации за цикл образцов из отожженного железа.

Выполненные на поликристаллических сплавах исследования при пульсирующем цикле нагружёния (/?= 0) в области малоцикловой усталости показали достаточно устойчивое закрепление очагов локальной деформации и накопление односторонней деформации с увеличением числа циклов. Распределение локальных деформаций при повторно-переменных нагружениях прослежено нами на сплаве ПТ-ЗВ, микронеоднородность деформации которого при статическом нагружений ранее была подробно исследована. Образцы испытывали при жестком симметричном цикле деформирования с .амплитудой деформации ±1 %. Как и при статическом нагружений, поверхность образцов перед нагружением подвергали многократной электрополировке, после чего на нее вдоль оси образца наносился ряд реперных точек уколами алмазной пирамиды с расстоянием между ними 10 мкм. Величина фрагментов составляла 130 — 180 мкм. Расстояния между реперными точками измерялись до нагружений, после нагружений и разгрузок.

Жесткая схема нагружения обусловливает, как правило, более раннее наступление в образце периода разрыхления (появления в структуре субмикроскопических нарушений сплошности) и появление микроскопических трещин. При испытании по схеме с до^ стоянной амплитудой деформации образец с трещиной выдерживает значительно большее число нагружении. Предел выносливости при испытании по обеим схемам нагружения имеет близкие значения, так же как и значения величин ограниченной долговечности при весьма больших перегрузках.

амплитудой деформации в малоцикловой области при температурах 1,5-^300 К. Образец 1 (рис. 76) нижним концом закреплен в захвате 2. Крутящий момент от двигателя 3 передается образцу через кривошипно-шатунную пару 4 и жесткую пластину 5, связанную с валом б, соединенным с верхним концом образца. Образец вместе с валом 6 совершает знакопеременное кручение. Число циклов регистрируется счетчиком 7. При низкотемпературных испытаниях образец помещают в герметическом криостате 8, в который заливают охлаждающую жидкость (жидкие азот, водород, гелий). Температура замеряется термопарой 9. Сосуд Дьюара 10 с жидким азотом используется для предварительного охлаждения системы при испытании в жидком гелии. Величина крутящего момента в каждом полуцикле нагружения измеряется с помощью тензодатчиков 12 и фиксируется на диаграммной ленте самопишущего потенциометра ЭПП-09.

При комнатной температуре у однонаправленных композитов алюминия]2024, армированного волокнами бора с объемным со-держанием*40 % (диаметром 0,01 см), наличие водяного пара увеличивало скорость роста усталостных трещин и сокращало усталостную долговечность [49]. В ходе испытаний на знакопеременный изгиб композитные образцы колебались с постоянной амплитудой деформации и частотой, равной резонансной. Была получена тарировочная зависимость этой частоты от длины усталостной трещины, а затем изменения частоты были использованы для определения скоростей роста трещин. Испытывалось два типа образцов: один с волокнами, ориентированными вдоль, а другой с волокнами, ориентированными поперек оси образца. Для поперечной ориентации волокон чувствительность к водяному пару была наибольшей, в этом случае после введения паров воды в испытательную камеру скорость роста трещины увеличилась в 200 раз (рис. 20). Для алюминиевых сплавов было найдено, что усталостная долговечность изменяется под действием паров воды не более чем в 10 раз [49].

Характер высокотемпературного разрушения зависит также от уровня циклической нагрузки, при малой амплитуде нагрузки (деформации) решающим для разрушения может оказаться процесс ползучести. Так, в а-латуни 70—30 при циклическом кручении при температуре около 400°С с амплитудой деформации 3° наблюдалось межзеренное разрушение, при амплитуде деформации 15° —смешанное (по границам и телу зерен [140]. ц

В США и Англии были проведены испытания цилиндрических сосудов с патрубками на действие пульсирующего давления. Так, в работе [276] исследовалась малоцикловая прочность цилиндрических сосудов диаметром 500 мм, в которые были вварены патрубки с применением и без применения подкреплений. Было показано, что в зоне выраженной концентрации напряжений (зона приварки патрубков) после некоторого ограниченного числа циклов устанавливается режим жесткого нагружения (с неизменной амплитудой деформации).

Для сравнительных лабораторных исследований коррозионной усталости сварных соединений труб и основного металла вырезали образцы размером 180X38X10 мм из прямошовных (сталь 17ГС) и спирально-шовных (сталь 17Г2СФ) сварных труб диаметром 820 мм. Механические свойства и химический состав соответствовали ГОСТам и техническим условиям. Учитывая, что в реальных условиях эксплуатации концентраторы напряжений испытывают упруго-пластические деформации, тогда как остальное тело трубы деформируется упруго, т. е. в концентраторах имеет место жесткая схема нагружения, усталостные испытания проводили на машине с задаваемой амплитудой деформации (максимальная тангенциальная деформация 0,22 и 0,3% или интенсивность деформации 0,25 и 0,34% в наружных волокнах) чистым изгибом с частотой 50 циклов в минуту. Коррозионную среду подавали с помощью капельницы (для обогащения кислородом) или влажного тампона. Предварительно изучали влияние статических напряжений на скорость коррозии трубной стали на деформированных изгибом (по трехточечной схеме) образцах стали 17ГС в термостатированных условиях и перемешиваемой среде, представляющей смесь нефти с 3%-ным хлоридом натрия в отношении 1:1. Скорость коррозии определяли по потере массы за 720 ч выдержки. Как следует из рис. 104, с увеличением напряжений до предела текучести (350 МПа) скорость коррозии увеличивается, а затем при достижении текучести уменьшается вследствие наступления стадии легкого скольжения и релаксации напряжений, обусловленной выбранной схемой нагружения с заданной величиной деформации. Это указывает на возможность усиления коррозионного взаимодействия трубной стали с рабочей средой даже при нагружении в упругой области с возникновением коррозионных поражений, которые в дальнейшем могут стать концентраторами напряжений и после инкубационного периода инициировать возникновение коррозионно-механических трещин. Если в концентраторе отсутствуют условия для существенной релаксации напряжений, что обычно имеет место при циклическом (повторно-статическом) нагружении с накоплением микроискажений решетки, процесс коррозионного взаимодействия будет ускоряться на протяжении всей стадии деформационного упрочнения, как это указывалось в гл. II. При этом возможны два противоположных действия коррозионного растворения металла в концентраторе: обычный механохимический процесс, приводящий к появлению коррозионно-механической трещины, и растравливание металла с затуплением вершины концентратора, приводящее к уменьшению теоретического, коэффициента концентрации напряжений. Какое из них будет преобладающим, зависит от конкретных условий, степени агрессивности среды, формы концентратора, условий нагружении, микроструктурных и химических неод-нородностей и т. д.

Интенсивность технологического процесса определяется, главным образом, амплитудой колебаний (точнее, размахом колебаний) и частотой возбуждающей силы. Под размахом А колебаний понимают удвоенную амплитуду колебаний при гармонических и других симметричных колебаниях, или разность между максимальными и минимальными отклонениями при несимметричных колебаниях.

При толстых стенках цилиндра отдельные слои их могут иметь в каждый момент времени различные радиальные перемещения за счет деформации стенок в радиальном направлении, но изменением толщины стенок во времени колебаний по сравнению с амплитудой колебаний можно пренебречь и таким образом система сводится к задаче с одной степенью свободы.

График закона (24.7) или (24.9) представлен на рис. 24.4, г. Максимальная ордината этого графика вычисляется по формуле (24.8) и называется максимальной амплитудой колебаний.

Анализ научно-технической литературы и предварительные экспериментальные исследования позволяют предположить, что возможно управлять формированием структуры плазменного покрытия путем введения в него на этом этапе периодически действующего энергетического фактора — акустической энергии ультразвуковых колебании, известно, что при ультразвуковом воздействии на расплав металла получаются капли, средний размер которых меньше в 1,5 раза, чем при обычном распылении, выход отдельных фракции повышается почти до 80%. Таким образом, будет происходить диспергирование агломератов на более мелкие частицы, равномерной дисперсности. В слое напыляемого покрытия при его формировании из вязко-текучего состояния будет происходить кавитация с образованием пузырьков-каверн определенного размера, связанного с частотой и амплитудой колебаний, поскольку R8 —
Ясно, что оба эти закона аналогичны, так как соответствующим выбором величин ф или 1з можно перейти от одного закона к другому. Величина X (наибольшее значение отклонения) называется амплитудой колебаний, величина со называется угловой частотой колебаний. Через промежутки времени Т = 2л/ю функция sin или cos проходит через одни и те же значения, т. е. движение повторяется. Этот промежуток времени Т есть период колебаний. Поэтому

Физические основы акустических методов контроля. Акустические волны — это колебательные движение частиц среды, в которой данная волна распространяется. Колебания в свою очередь — это движение вокруг некоторого среднего положения, обладающее повторяемостью. Наибольшее отклонение от среднего положения называют амплитудой колебаний. В акустике рассматривают упругие колебания (упругость — это свойство точек среды возвращаться к первоначальному состоянию). Частота (/) — это количество колебаний в секунду, которая измеряется в герцах (Гц). При ультразвуковом контроле принято измерение частоты в мегагерцах (МГц). 1 МГц — миллион колебаний в секунду . Амплитуду колебаний А обычно измеряют путем сравнения с некоторой амплитудой колебания AQ . за которую часто принимают в ультразвуковом контроле (УЗК) амплитуду зондирующего (начального) импульса. Данное сравнение принято выражать в децибелах (дБ). При этом величину в дЕ> запишем как отношение «А/Ад»:

Найдем связь коэффициента затухания в с добротностью QM. По определению, Ом=2я?/ДЯ, где Е — общая энергия колебаний при резонансе, а А? — потери энергии за период. За период колебаний волна с амплитудой колебаний А0 пройдет полуволновую пластину по толщине в прямом и обратном направлениях. Ее амплитуда уменьшится до Л=Лое-2вл=Л,;е-б\ Поскольку энергия пропорциональна квадрату амплитуды:

Интенсивность технологического процесса определяется, главным образом, амплитудой колебаний (точнее, размахом колебаний) и частотой возбуждающей силы. Под размахом А колебаний понимают удвоенную амплитуду колебаний при гармонических и других симметричных колебаниях, или разность между максимальными и минимальными отклонениями при несимметричных колебаниях.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ЗВУКОЗАПИСЬ — система записи электрич. сигналов звуковых частот посредством изменения формы сигналоносителя (гл. обр. диска) механич. воздействием на него. Обычно М. з. на диск производится от края к центру, и дорожка записи имеет вид спирали. При монофонич. звукозаписи различают запись поперечную, когда записывающий элемент (резец рекордера) совершает механич. колебания в направлении радиуса диска, глубинную, когда резец колеблется перпендикулярно к поверхности диска, и микрозапись (или поперечную запись с уменьшенной максимально допустимой амплитудой колебаний резца). При стереофонич. звукозаписи резец колеблется в 2 взаимно перпендикулярных (стенкам дорожки) направлениях, располож. под углом 45° к поверхности диска (поперечно-глубинная запись).

При изучении вынужденных колебаний таких упругих систем удобно представлять внешнюю нагрузку совокупностью обобщенных сил, соответствующих нормальным формам колебаний. При этом амплитуду каждой из форм можно принять за обобщенную координату, характеризующую положение системы. Соотношения между амплитудой периодически изменяющейся внешней нагружающей силы и амплитудой колебаний соответствующей формы даются формулами, подобными тем, какие были получены для

Таким образом акустическое поле в плоскости падения и в перпендикулярной плоскости имеет разные структуры. Амплитуда колебаний, прошедших через задержку в изделие, определяется амплитудой колебаний, излученных пьезопластиной в линию задержки, умноженной на коэффициент прозрачности для границы задержка — изделие при угле ввода а, соответствующем углу падения и на коэффициент, учитывающий затухание УЗ К в задержке вдоль акустической оси: