Исследований усталости

Другой важной особенностью роста коррозионных трещин является то обстоятельство, что состав (в частности, водородный показатель среды рН) н электродный потенциал системы металл — среда в трещине и на гладкой поверхности Значительно отличаются. А поскольку наряду с коэффициентом интенсивности напряжений скорость роста трещины определяется электрохимической ситуацией в вершпне трещины, то представляется особенно важным ее изучение. Имеется несколько методик оценки электрохимического состояния в вершине трещины [114, 213, 256]. Результаты последних исследований указывают на его зависимость от уровня коэффициента интенсивности напряжений, длины трещины, внешней поляризации и частоты циклического нагруже-нпя [213, 257].

Зависимость пределов усталости от средних напряжений цикла в области сжатия мало изучена. Для мягких сталей принято считать эту зависимость по диаграммам Смита или Хэя симметричной в двух областях — растяжения и сжатия. Однако результаты исследований указывают на возможность значительного увеличения пределов усталости при средних напряжениях сжатия [37]. Поэтому диаграммы Смита или Хэя в области сжатия могут существенно отличаться от области растяжения.

Юм-Розери и его сотрудники не дали количественных соотношений между термодинамическими функциями отдельных фаз. Однако результаты их сравнительных исследований указывают на значение электронной концентрации для таких термодинамических величин, как активность и относительная парциальная молярная свободная энергия, даже более отчетливо, нежели большинство измерений этих величин в конкретных системах. Тем не менее качественную схему, предложенную Юм-Розери и его школой, еще следует увязать с результатами экспериментального определения термодинамических величин.

В результатах патентных исследований указывают следующую информацию: лучшие объекты и техническую сущность новых решений, средства достижения цели изобретения, технические решения и сопоставляемое новое решение, объект и изобретения на его составные части, область применения и ожидаемый эффект, источники технических решений, наименование объекта, его составных частей и сопоставление признаков, сопоставительный анализ использованных технических решений, патентная чистота комплектующих изделий.

Сейчас предпринимаются дальнейшие попытки увеличения жаростойкости полимерных материалов. Результаты исследований указывают на возможность ее увеличения гаммаоблучением (напряженностью до 109 рентгенов).

ческих исследований указывают

Однако результаты многих исследований указывают на частичную диссоциацию криолита. К. Гротгейм [25] рассмотрел наиболее вероятные схемы диссоциации расплавленного криолита, исходя из данных криоскопических измерений:

В работе [2] приведены структурные характеристики соединения YbZn 3, которое не отображено на диаграмме. Данные структурных исследований указывают также на полиморфизм соединения Yb2Zn17 [2].

Другой важной особенностью роста коррозионных трещин является то обстоятельство, что состав (в частности, водородный показатель среды рН) и электродный потенциал системы металл — среда в трещине и на гладкой поверхности Значительно отличаются. А поскольку наряду с коэффициентом интенсивности напряжений скорость роста трещины определяется электрохимической ситуацией в вершцне трещины, то представляется особенно важным ее изучение. Имеется несколько методик оценки электрохимического состояния в вершине трещины [114, 213, 256]. Результаты последних исследований указывают на его завпспмость от уровня коэффициента интенсивности напряжений, длины трещины, внешней поляризации и частоты циклического нагруже-нпя [213, 257].

Приведенные выше результаты экспериментально-теоретических исследований указывают на необходимость учета при проектировании особенностей хрупкого разрушения углепластиков и их чрезвычайно высокой чувствительности к концентраторам напряжений как при нормальной, так и при повышенной температурах.

Измерение амплитуды и профиля упругой волны сжатия, а также параметров в области течения между фронтами упругой я пластической волн дает 'информацию о высокоскоростном деформировании упругопластической среды и его особенностях. Для этого наиболее широко используются методы емкостного датчика [31, 32] и оптического затвора [33], позволяющие осуществлять непрерывную регистрацию движения свободной поверхности. Возможна также постановка измерений с использованием манганинового и диэлектрического датчиков. Однако в этом случае точность измерений хуже. Результаты исследований указывают на сложную, до конца не изученную картину процесса деформирования металлов в одномерных ударных волнах. Многочисленными экспериментами показано, что в большинстве металлов и их сплавов в согласии с основными представлениями о характере поведения упруго-пластической среды при ударно-волновом нагружении образуется двухволновая конфигурация. При этом упругая волна может иметь четко выраженный фронт (ударный разрыв), как, например, у сталей, либо представлять собой течение типа простой волны сжатия

В ходе современных исследований усталости металлов получен большой объем экспериментальных результатов по кинетике распространения трещин, на основе которых скорость распространения трещины эмпирически соотносится с изменением коэффициента интенсивности напряжения &.К [1]:

Рассматриваются цели и целесообразные направления исследований усталости конструкционных материалов на высоких частотах нагружения. Дается общая характеристика методов возбуждения циклических нагрузок высокой частоты. Приводятся и анализируются экспериментальные данные о зависимости предела выносливости металлических конструкционных материалов от частоты однородного растяжения — сжатия в диапазоне примерно 10—20 000 Гц.

Наиболее распространенной рабочей средой, в которой проведено подавляющее количество исследований усталости металлов и других конструкционных материалов, является воздух. Воздушную среду обычно принимают за эталонную, по отношению к которой определяют активность других рабочих сред, особенно жидких, В настоящее время условность такого эталона очевидна, поскольку многочисленными работами доказано, что воздух, даже при низкой влажности, является довольно активной средой, снижающей сопротивление металлов усталостному разрушению по сравнению с вакуумом или инертными газами.

В одной из первых работ Мак-Адама были приведены,результаты исследований усталости и коррозионной усталости хромованадиевой стали

Под усталостью материалов понимают изменение механических и физических его свойств при длительном воздействии циклически изменяющихся во времени напряжений и деформаций [1]. Термин «усталость» впервые был использован применительно к металлам в 1854 г. в статье английского ученого Брайтвайта (Braithwaite F.). Способность материала и изделий сопротивляться процессу усталости материала называют «выносливостью материала». Толчком для начала исследований усталости материалов послужили участившиеся поломки колесных осей на железнодорожном транспорте в середине XIX века. Основываясь на анализе этих поломок, управляющий парка подвижного состава и локомотивного депо Нижнесилезской железной дороги во Франкфурте-на-Одере (Германия) инженер А. Вёлер (Wohler A.) разработал оборудование и методику для определения количества максимальных изгибающих моментов в осях от приложенной нагрузки на милю пути. Изменение нагрузки связано с характером железнодорожного пути [2]. Исследования показали, что наибольшие напряжения достигаются в среднем один раз на милю пути. Полученные результаты А. Вёлер представил на графике, по оси абсцисс которого было отложено минимальное

Интенсивное развитие сопромата, строительной механики, теории упругости; начало экспериментал ь-ных исследований усталости металлов; начало систематического применения оптического микроскопа для изучения процесса разрушения. Первая теория разрушения

На поздних стадиях проектирования, когда конструктор располагает результатами экспериментальных исследований усталости типовых элементов создаваемой конструкции, расчетные кривые усталости могут быть скорректированы, т.е. могут быть построены отдельные кривые усталости, отражающие условия работы сплава в элементе конструкции.

Рис. 7.1. Данные по усталости, опубликованные Вёлером по результатам ранних исследований усталости стали осей железнодорожных вагонов (S — напряжение, Nf — число циклов до разрушения). 1 — образцы без надрезов (сталь, поставленная в 1862 г.); 2 — образцы с остроконечными надрезами (сталь, поставленная в 1863 г.). Примечание: 1 центнер (hundredweigt)=50 кг, 1 золль= = 1 дюйм, 1 центнер/золль2~ 110 фунт/дюйм2.

Примерно в то же самое время ряд других инженеров обратился к исследованиям усталости при повторных пульсирующих нагрузках. Одновременно с быстрым развитием сети железных дорог кирпичные и каменные мосты стали заменять стальными сварными конструкциями. При этом возникли вопросы о возможности использования стальных мостов на железных дорогах. Были проведены натурные испытания клепаных балок. Некоторые балки длиной 22 фута (670 см) и высотой 16 дюймов (41 см) испытывались на миллионы циклов. К 1900 г. по результатам исследований усталости было опубликовано более 80 статей, в которых сообщалось о разрушениях вследствие усталости не только осей железнодорожных вагонов и мостовых конструкций, но и цепей, коленчатых валов, валов гребных винтов и проволочных канатов 12).

добные системы создаются специально по мере необходимости в соответствии с частными задачами, например для проведения натурных усталостных испытаний двигателя гражданского самолета. Можно заметить, что диапазон используемых для усталостных испытаний машин очень широк — от самых простых до чрезвычайно сложных. Очень сложные испытательные системы, используемые, например, для натурных испытаний, позволяют получать данные, применимые лишь для исследуемой конструкции и лишь в условиях, соответствующих условиям проведения испытаний. Результаты, полученные для вполне определенной конструкции и заданных условий, очень точны, однако экстраполировать их на другие условия или на другие изделия очень сложно, если вообще возможно. С другой стороны, данные лабораторных исследований усталости на простых образцах имеют общий характер, их можно использовать при расчетах практически любых изделий из исследованного материала. Однако для применения этих данных на практике требуется умение количественно оценить различия между лабораторными и эксплуатационными условиями, включая эффекты асимметрии нагружения, непостоянства амплитуды напряжения, условий окружающей среды, размеров, температуры, обработки поверхности, остаточных напряжений и т. п. Диапазон осуществляемых усталостных испытаний весьма широк — от простейших испытаний гладких образцов до сложнейших натурных испытаний изделий. Любые испытания полезны и направлены на достижение вполне определенных целей.

Хотя приведенное описание далеко не исчерпывает всех методов, оно свидетельствует о необходимости тщательного планирования и осуществления программы исследований усталости, если требуется достичь желаемых целей и получить наиболее статистически достоверные данные с максимальной эффективностью и минимумом затрат. Для получения кривых усталости равной вероятности разрушения рекомендуется совместное использование метода испытаний при постоянной амплитуде напряжений в ограниченном диапазоне изменения долговечности и метода «вверх — вниз» для очень боль-