Асимметрии напряжений

с переменным модулем вследствие изменения температуры. Процессы упрочнения и разупрочнения происходят с различной интенсивностью в верхней и нижней точках температурного .цикла, вследствие чего наблюдается сдвиг петли гистерезиса по ози напряжения и изменяется коэффициент асимметрии нагружения по числу циклов. Размах напряжений Да может существенно изменяться по числу циклов; при этом в отличие от изотермиче:-кого малоциклового нагружения процессы .циклического упрочнения и разупрочнения могут чередоваться.

Для образцов с надрезами и трещинами коэффициент асимметрии цикла нагружения определяют по формуле (21). Однако изменение коэффициента асимметрии цикла нагружения с ростом усталостной трещины учитывает в данном случае пластическую деформацию растяжения и образующиеся остаточные напряжения сжатия. Реальный коэффициент асимметрии нагружения в вершине трещины в области остаточных напряжений сжатия

Пороговые значения, определенные в аустенитной наплавке, во всем исследуемом диапазоне асимметрии нагружения R более низкие, чем для основной CrMoV стали. Максимальное различие наблюдается при асимметричном нагружении R = 0, где среднее значение AKth для основной стали равно 484 МПа • мм'/2, а для слоя наплавки — 186 МПа • мм''*. В области пульсирующего нагружения с высокой асимметрией (It = 0,9) регрессионное значение понижается до 100 или до 70 МПа • мм'/2.

Аустенитный наплавленный слой имеет в основном литую структуру с дендритным упорядочением межзеренных областей с выделенными 6-ферритом, ликвациями и карбидами. Вероятно, низкий уровень пороговых величин &Кщ свободного наплавленного слоя во всей исследуемой области переменного нагружения связан прежде всего с этим. При высокой асимметрии нагружения (R ->• 1), характерной для флуктуации давления в системах высокого давления в эксплуатационных условиях, пороговые величины kKth наплавленного слоя и основного материала понижаются до 70—100 МПа • мм'/!. Расчеты показали, что этим значениям уже при флуктуации нагружения Дст = 30 МПа (R — 0,9) соответствует критическая глубина поверхностной полуэллиптической трещины в наплавке, равная приблизительно 2 мм (при пятикратной длине). В случае эллиптических подиаплавочных трещин в основном материале наблюдается развитие трещин при глубине в 4 раза большей. Однако при низких амплитудах переменного нагружения трещины развиваются довольно медленно.

Представлены результаты исследования развития трещин при переменном нагружении в аустенитной наплавке на CrMoV стали с а0 2 = 600 МПа. Получены данные о пороговых значениях для свободной аустенитной наплавки и основной стали в широком диапазоне асимметрии нагружения R. Определены регрессивные зависимости А^д от параметра (1—Л). Проведено сравнение зависимости роста трещин в свободной наплавке и свободном материале при частотах нагружения 34 и 0,2 Гц.

представлены на рис. 1. Существенного влияния степени асимметрии нагружения или толщины образца на скорость роста трещины усталости в пределах исследованных амплитудных значений коэффициента интенсивности напряжений А/С не обнаружено. Величины С и п, полученные в данном исследовании, приведены в таблице.

дающих напряжений (штриховая линия на рис. 21) возможна в областях с большой асимметрией нагрузок (0,»>0-i), а также для легированных сталей и сварных соединений, более чувствительных к асимметрии нагружения (^а=0,2-^0,3).

Сдвиг максимума выносливости стали в водороде к 200°С объясняется соответствующим сдвигом интервала синеломкости. В указанном эксперименте образцы толщиной 2,5 мм испытывали по отнулевому циклу деформации (е =2,85 %) при частоте нагружения 0,33 Гц. Показано также, что присутствие газообразного водорода усиливает чувствительность стали к асимметрии нагружения, в то время как в вакууме при комнатной температуре влияние асимметрии не обнаружено. Влияние газообразного водорода сказывается и на периоде зарождения, и на скорости роста трещин малоцикловой усталости.

Учет асимметрии нагружения производят с помощью модифицированной формулы И. А. Одинга, в которой осуществляется приведение напряжений произвольного асимметричного цикла к эквивалентным напряжениям пульсирующего (отнулевого) цикла:

где ra = ornrnin/0nmax — коэффициент асимметрии, а„а, а„ш1п, °«max — амплитуда, минимальное и максимальные напряжения приводимого цикла; х0 — характеристика материала. При отсутствии кривых усталости, полученных для различной асимметрии нагружения, иа принимается равным 0,5. 1

Основные закономерности, описывающие кинетику циклической и односторонне накапливаемой деформаций основаны на принципе обобщенной диаграммы циклического деформирования, а их форма в виде уравнений (2.10) и (2.18) относится к случаю симметричного нагружения. Вместе с этим известно, что изменение асимметрии нагружения приводит к тому, что равные с симметричным нагруженном амплитуды напряжений снижают сопротивление деформированию материала в этих условиях [1]. Если для циклически упрочняющихся материалов этот эффект выражен незначительно и в первом приближении для оценки кинетики деформаций могут быть использованы лишь амплитудные значения действующих напряжений и деформаций, то для циклически стабильных, а тем более разупрочняющихся материалов существенное значение имеют и средние напряжения цикла. В этой связи расчет кинетики деформаций основывается на приведенных значениях напряжений и деформаций [1], причем последняя в виде

Экспериментально диаграмма [286] получена при симметричном цикле жесткого нагружения для циклически стабильных материалов. Аналогичное построение может быть выполнено и для циклически нестабильных материалов, когда по параметру числа полуциклов нагружения образуется серия диаграмм [286], отражающих циклическое упрочнение или разупрочнение в зависимости от свойств материалов. Однако в общем случае нагружения диаграмма деформирования [286] не подтверждается. Как известно, при циклическом упругопластическом нагружении обычно происходит перераспределение пластических деформаций от цикла к циклу, и интенсивность этого процесса существенно зависит от циклической анизотропии свойств [63], а также асимметрии напряжений [105]. В результате не удается получить диаграмму циклического деформирования, единую для различных типов нагружения (рис. 2.2.1, б), что, как отмечалось выше, затрудняет использование диаграммы в формулировке [286] для решения соответствующих задач циклической пластичности.

Фь — относительное равномерное сужение, %; га — коэффициент асимметрии напряжений; т'а — характеристика материала и условий нагружения.

На фиг. 309, а представлено симметричное знакопеременное колебание напряжений относительно нулевого напряжения (коэффициент асимметрии напряжений г= — \; предел выносливости при таких испытаниях обозначается o-i или T_I).

На фиг. 309, б показано несимметричное (пульсирующее) колебание напряжений от нуля в положительную сторону (коэффициент асимметрии напряжений г == 0; предел выносливости при таких испытаниях обозначается о0 или т0)

Первый из возможных процессов с замедленным накоплением деформации ползучести сопровождается поцикловым смещением циклической диаграммы деформирования и возникновением асимметрии напряжений цикла, поскольку релаксация напряжений Да на этапе выдержки не компенсируется упрочняющим эффектом в очередном полуцикле, т. е. S(*+») >S(*+2>.

По данным анализа номинальной и местной нагруженности для каждого из циклов нагружения, соответствующих г-режиму эксплуатации, определяются амплитуды местных условных упругих напряжений oj, коэффициенты асимметрии напряжений г (или деформаций г*), число циклов Nt.

где тг, A, tyl — характеристики материала; г — коэффициент асимметрии напряжений; (аа)пр — коэффициент концентрации приведенных напряжений в упругой области.

Экспериментально полученная информация о нагруженное™ элементов энергетических установок (как показано на рис. 3.8—3.12) позволяет оценить характеристики циклов напряжений (приведенных или местных), амплитуды условных упругих напряжений и коэффициент асимметрии напряжений. Эти параметры циклов напряжений входят в качестве исходных в упомянутые выше расчетные зависимости для определения прочности и ресурса. Эти зависимости могут быть представлены в форме уравнений типа (2.2), (2.3), (2.5) и (2.6) гл. 2 или в расчетных зависимостях § 2 и 3 гл. 11. На базе деформационных критериев разрушения — малоциклового и длительного статического, указанных в гл. 2 и 11, применительно к элементам паровых стационарных турбин допускаемое число циклов N за расчетный срок службы по заданным в эксплуатации амплитудам напряжений а производится по формуле [13]

Для аустенитных нержавеющих сталей при знакопеременном симметричном цикле коэффициент kc принимают равным 0,35. При увеличении коэффициента асимметрии напряжений г до 1 коэффициент kc линейно увеличивается до 1.

3.5.1 Влияние коэффициентов асимметрии условных упругих напряжений г* и коэффициентов асимметрии напряжений г учитывают в соответствии с пи. 3.5.1 и 3.5.2 § 2;

асимметрии напряжений R = ~тт ,