Испытаний материала

Указанные механические характеристики малоциклового деформирования и разрушения устанавливаются в результате испытаний лабораторных образцов материала в условиях, обеспечивающих однородность полей напряжений и деформаций на расчетной длине при знакопеременном повторном нагружении на специальных установках. В связи с наличием значительного числа факторов, определяющих особенности сопротивления материалов деформированию и разрушению (степень исходного деформирования, число циклов нагружения, форма цикла нагружения), в настоящее время разработаны и используются методики и установки, отличающиеся автоматизацией процесса циклического нагружения, записи зависимости напряжений и деформаций, а также обеспечивающие возможность воспроизведения требуемой формы цикла нагружения (мягкое и жесткое нагружение, асимметрия).

По данным расчетов и испытаний я/ изменяется в пределах от т до 0,5. Коэффициент интенсивности деформаций Kie связан степенными функциями [в случае использования степенной аппроксимации (1) кривой деформирования ] с коэффициентом интенсивности напряжений К\. Это обстоятельство позволяет экспериментально определять критические значения коэффициентов интенсивности деформаций по данным испытаний лабораторных образцов при заданных условиях на-гружения с последующим пересчетом на другие условия нагружения, характерные для реальной конструкции.

Большие трудности связаны с получением статистических данных о несущей способности элементов конструкций. Для этого используются в основном два способа. По одному из них экспериментально определяются функции распределения характеристик усталости (или других необходимых механических свойств) для материала путем массовых испытаний лабораторных образцов. Пользуясь условиями подобия, по ним определяется циклическая несущая способность деталей. Систематические исследования усталостных свойств легких авиационных сплавов в статистическом аспекте были проведены, например, кафедрой сопротивления материалов МАТИ [7; 10; И; 14] и другими организациями [5]. Это позволило показать применимость усеченного нормально логарифмического распределения для величин долговечностей и ограниченных пределов усталости, установить зависимость дисперсий чисел циклов от уровня напряжений, построить семейства кривых усталости по параметру вероятности разрушения. На основе гипотезы прочности слабого звена были разработаны критерии подобия при усталостных разрушениях в зависимости от напрягаемых объемов с учетом неоднородности распределения

В среднем в практических расчётах можно считать удовлетворительной точность подсчёта коэфициента теплопередачи при погрешностях порядка +3-г5%. Задаваясь допустимой погрешностью в величине коэфициента теплопередачи, можно в соответствии с формулой (7) установить, какие погрешности являются допустимыми в определении отдельных тепловых сопротивлений. Из формулы следует, что чем меньше значение теплового сопротивления, тем меньшая точность может быть допущена при его оценке. Обычно наименьшая точность достижима именно в определении теплового сопротивления стенки из-за неопределённости толщин слоев и теплопроводности эксплоатационных загрязнений поверхностей нагрева; кроме того, при обработке результатов эксшюатационных работ и испытаний лабораторных и промышленных аппаратов тепловое сопротивление /?3 определяется большей частью как остаточный член и включает в себя все погрешности опытов и, в частности, неточности в определении прочих тепловых сопротивлений. Часто поэтому вместо вычисления сопротивления /?3 по тем или иным формулам пользуются данными промышленных испытаний, поскольку эти данные автоматически включают все практические поправки к прочим тепловым сопротивлениям.

Кривые на фиг. 61—64 построены по результатам испытаний лабораторных образцов малого диаметра (d = = 7 -т- 10 мм). С увеличением абсолютных размеров сечений следует ожидать еще большего снижения выносливости вследствие коррозии.

Кривые на фиг. 64—67 построены по результатам испытаний лабораторных об-

Принципиальная схема, характеризующая стадии и этапы создания новых машин и конструкций, показана на рис. 1.1. На стадии конструирования одним из основных элементов является определение запасов прочности и исходного ресурса безопасной эксплуатации. При этом в расчетах прочности конструкторы используют исходные данные по основным рабочим параметрам машин и конструкций. Расчеты проводят с применением ЭВМ для определения усилий, температур, напряжений и деформаций с учетом эксплуатационных воздействий; в расчетах, как правило, используют данные по основным характеристикам механических свойств конструкционных металлов. Такие данные содержатся в нормативных руководящих материалах, справочниках или получаются по результатам стандартных испытаний лабораторных образцов.

Приведенный выше инженерный метод расчета малоцикловой прочности в номинальных напряжениях требует достаточно сложных экспериментальных исследований на натурных узлах и соединениях конструкций в зависимости от целого ряда факторов: вида и способа нагружения, характеристик цикла, температуры, технологии изготовления и т. п. В связи с этим упомянутый выше расчет по местным деформациям (см. гл. 1 и 11) является более универсальным, так как он основан на результатах испытаний лабораторных образцов, используемых для оценки прочности.конструкций в зонах концентрации напряжений. Применимость деформационных подходов к расчету сварных конструкций определяется наличием данных по теоретическим коэффициентам концентрации напряжений в сварных швах, циклическим свойствам материала различных зон сварного соединения и по уровню остаточных сварных напряжений. В § 2 приведены предложения по определению коэффициентов концентрации напряжений и деформаций в стыковых и угловых швах листовых конструкций. Для стержневых конструкций, выполняемых из фасонного проката, необходимы дополнительные исследования напряжений и деформаций в зонах их концентрации. Свойства строительных сталей при малоцикловом нагружении изучены достаточно подробно, и по ним получены величины параметров для построения расчетных кривых

Лучшая сходимость результатов расчета и испытаний лабораторных образцов наблюдается при использовании схематизированной диаграммы предельных напряжений по способу Серенсена — Кинасошвили [13]. Тогда уточненные уравнения для расчета до-

1.7. Расчет несущей способности производится на основе анализа общих и местных деформаций (или напряжений) элементов конструкций и по расчетным кривым усталости или по данным малоцикловых испытаний лабораторных образцов,'по соответствующему руководящему техническому материалу.

1.10. При расчетном определении местных деформаций используют кривые циклического деформирования, получаемые по данным испытаний лабораторных образцов, или расчетные кривые

образ источника акустической эмиссии — группа параметров сигналов акустической эмиссии, полученная в результате определенного вида испытаний материала на конкретной аппаратуре акустической эмиссии и при заданных условиях испытаний, позволяющая оценивать способность материала излучать акустические импульсы.

Возрастание скорости деформации оказывает влияние на вязкость разрушения материала через изменение его предела текучести [32]. Работа пластической деформации перед вершиной трещины уменьшается с возрастанием скорости деформации. Предельное состояние достигается при наименее энергоемком квазихрупком разрушении, когда работа пластической деформации не реализуется. Косвенно сказанное подтверждают результаты испытаний материала в области малоцикловой усталости.

Таким образом, предельное состояние элемента конструкции с усталостной трещиной в эксплуатации достигается при некотором уровне эквивалентной вязкости разрушения материала. В результате этого предельная длина трещины может быть отлична от той, что соответствует стандартным условиям испытаний материала. Это отличие полностью определяется величинами поправочных функций на реализуемые условия нагруже-ния. Введение представления об эквивалентных характеристиках материала для описания его поведения в условиях эксплуатации позволяет после разрушения элемента конструкции проводить оценку значимости факторов эксплуатационного воздействия на материал в момент его разрушения.

Три диска с общей наработкой в эксплуатации 12526-14285 ч, включавшей 3752-4066 ч после последнего ремонта с нанесенными повреждениями, были использованы для детального исследования характера наносимых повреждений и изготовления образцов для испытаний материала с этими повреждениями.

Пример. Определить необходимый объем испытаний материала с ^=0,08 при условии, что предельная относительная ошибка в определении предела выносливости для вероятности Я=0,01 и при доверительной вероятности Р: = 0,9 составит Др = 0,05 по табл. 2 20,9Б=1>64. Из приведенных выще данных для Я=0,01 берем ф(Р)=8. По формуле (7) находим

Пример. Определить необходимый объем испытаний материала с Y=0,04 для одновременной оценки среднего значения и среднего квадратичного отклонения логарифма долговечности, если Д0 = 0,03; Да =0,4; 0=0=0,1.

образ источника — группа параметров сигналов АЭ, полученная в результате определенного вида испытаний материала с помощью конкретной аппаратуры АЭ и при заданных условиях испытаний.

где а0 и m — параметры, определяемые из испытаний материала. Это распределение нашло широкое применение при описании прочности композитов и более детально будет рассмотрено в дальнейшем.

Третий этап — анализ результатов механических испытаний материала разрушенной детали. На этом этапе оценивается остаточный запас ресурса на основе информации об изменении механических характеристик металла в процессе эксплуатации. Можно на этом этапе установить приблизительно 15—18% отказов.

Обработку результатов (рис. 4.2.6), усталостных испытаний материала (точки 1) и натурной конструкции — металлорукавов (точки 2), проводили с использованием логарифмически нормального закона распределения. В результате построения кривых распределения Р (N/) определен порог чувствительности по циклам NO в зависимости от деформации е. Величины N() материала и металлорукавов идентичны.

Важно, что статистические характеристики рассеяния результатов испытаний материала на фреттинг-усталость остаются такими же, как и при обычных испытаниях на усталость [5]. С повышением