Вывоз мусора: musor.com.ru
Главная | Контакты: Факс: 8 (495) 911-69-65 |

Жесткости напряженного



Накопление деформаций при том или ином виде нагружения зависит от степени жесткости нагружения. При жестком цикле нагружения накопление регистрируемых пластических деформаций ограничено самими условиями проведения испытаний. Различные виды нагружения определяют и отличающиеся типы разрушений, возникающие при знакопеременном упругопластическом деформировании. При мягком нагружении с высоким уровнем напряжений возникает квазистатическое разрушение, близкое по характеру к статическому. При жестком нагружении независимо от уровня амплитуды, деформаций разрушение начинается с образования поверхностных трещин при последующем их подрастании до критической длины. В реальных условиях накопление деформаций и изменение напряжений могут занимать промежуточное положение между мягким и жестким видами нагружении, а разрушение может носить смешанный характер. Анализ условий эксплуатации и случаев разрушения различных конструкций показывает, что основной причиной, вызывающей возникновение трещины, является циклическое изменение напряже-

Выше упоминалось, что в процессе термоусталостных нагру-жений может происходить формоизменение образца. На рис. 1.3.6-по параметру жесткости нагружения представлены данные о накоплении односторонних деформаций при различных долговеч-ностях. Изменение жесткости нагружения достигалось использованием различной толщины опорных плит термоусталостной: установки. Видно, что при максимальной жесткости нагружения накопление односторонних деформаций близко к величине пластич-

ности при статическом разрыве. Вместе с тем по мере снижения жесткости нагружения величина односторонней деформации уменьшается и при минимальной жесткости на уровне долговечности N ~ 3000 циклов характеристики пластичности циклического разрушения оказываются на уровне пренебрежимо малых.

Рассмотренные особенности деформирования и разрушения не являются общими для термоусталостных испытаний. Различное сочетание свойств материалов (теплофизические характеристики и характеристики прочности и пластичности), а также геометрии испытываемых образцов и жесткости нагружения, определяющих поле температур, кинетику циклического термического нагруже-

Для количественной оценки влияния указанных факторов вводят коэффициент стеснения термической деформации или коэффициент жесткости нагружения

Существенное развитие получили косвенные методы, основанные на автоматической записи основных параметров процесса термомеханического нагружения. Величину пластической деформации за цикл рассчитывают по зависимостям термического удлинения и усилия в образце от температуры в наиболее нагретой части образца, получаемым на двух двухкоординатных приборах одновременно. В случае варьируемой жесткости нагружения пластическую деформацию за цикл для любого температурного интервала петли гистерезиса Р—t вычисляют как произведение коэффициента жесткости защемления К на температурное удлинение свободного образца для данного температурного интервала [66]. /

На рис. 34 и 35 приведены примеры экспериментальных кривых термической усталости, построенных при варьировании жесткости нагружения. Значения постоянных k и С для некоторых материалов указаны в табл. 4. Цикл нагружения пилообразный, т. е. без выдержки при максимальной температуре цикла.

Из рис. 72,а видно, что величина накопленной деформации в зоне шейки зависит от нагрузки, характеризуемой жесткостью нагружения С, и уменьшается с ростом долговечности. Выдержка при. ?тах существенно интенсифицирует процесс формоизменения. Так, при жесткости нагружения С=176 МН/м введение выдержки тв = 6 мин увеличило поперечное сужение в зоне шейки в 2 раза.

Следует ожидать, что эта функция имеет минимум в области некоторого значения ат, которое можно назвать оптимальным. При жестком нагружении происходит процесс перераспределения долей энергии между четными и нечетными полуциклами, результатом чего является изменение асимметрии цикла яагру-жения вследствие приспособляемости системы. Разная степень жесткости нагружения, задаваемая в начале эксперимента, обусловливает и изменение значений о"тах, отш.-Ае. От этого зависят скорость процесса стабилизации и возможность достижения такого состояния, при котором доли повреждения в обеих •частях цикла будут равны, что, по-видимому, соответствует минимуму общего повреждения за цикл [24].

Вместе с тем в исследованиях аустенитной стали 12Х18Н9Т, проведенных Н. Д.". Соболевым и Е. Н. Пироговым, было отмечено увеличение суммы относительных долей повреждаемости при переходе от режима нагружения 200^650° С к режиму 100^700° С. Особенности сопротивления этой стали термоцик-лическому нагружению отмечены также в работе [78]. Упрочнение при переходе от слабого режима к сильному при термоциклическом нагружении -наблюдается обычно при изменении не температуры tmsa, а размаха нагрузки Да или деформации Де (при неизменном температурном режиме), что можно осуществить варьированием жесткости нагружения (см. рис. 91,6). Такой эффект отмечен и при испытании сплава Л 114 по режиму 200^±750°С и изменении размаха деформации (Aei = 0,22%; Де2= 0,445% и Де3 = 0,67%).

Испытания проводили при постоянном температурном режиме (t= 100^800° С) и постоянной жесткости нагружения. Изменение характера циклов нагружения показано на рис. 92. Длительность цикла без выдержки гщ='1,3 мин, с выдержкой ТЦ2=12 мин. Длительность выдержки тВ2='10,7 мин. Долговечность при стационарном нагружении циклами длительностью Тщ составила Л^=2380 циклов, циклами т.Д2—Д^=30 циклов. В испытаниях варьировали: размер повреждающего блока «2 (я2 = 8, 15 и 20 циклов, т. е. п2/#2=0,26; 0,5; 0,66); расположение повреждающего блока (в начале нагружения, через п\ = = 500 и 1000 циклов длительностью тщ, что составляло ni'/'Ni = =0; 0,21 и 0,42).

В работах [1, 13] показано заметное различие кривых усталости металлов при осевом растяжении и кручении. Малоцикловая долговечность при знакопеременном кручении, выраженная через амплитуду эквивалентной пластической деформации, в несколько раз (более двух) больше, чем при одноосном напряженном состоянии. Различие циклической повреждаемости металла при разных видах циклической деформации видимо связано с тем, что предельная пластичность зависит от степени объемности (жесткости) напряженного состояния, характеризуемого отношением шарового тензора к девиатору. Некоторые среды вызывают сильные изменения пластических характеристик металла. Влияние среды на пластичность металла можно оценивать коэффициентом Ккс:

где d — параметр, зависящий от структуры материала и жесткости напряженного состояния в вершине трещины.

От предельного изгибающего момента Мпр, отвечающего развитому пластическому течению и неспособности соединения при этом воспринимать дальнейшую нагрузку, следует отличать предельный разрушающий момент М , при котором происходит нарушение сплошности материала (образование микротрещин и т. д.) вследствие исчерпания ресурса пластичности материала прослойки Л^ Так как ресурс пластичности является функцией показателя жесткости напряженного состояния П ( П = а0/Т— отношение шаровой части тензора напряжений к девиаторной /11/), с повышением уровня нормальных напряжений растяжения в прослойке повышается показатель жесткости напряженного состояния и падает ресурс пластичности мягкого металла Л . Уровень нормальных напряжений в прослойке возрастает с уменьшением ее относительной толщины ае, следовательно и предельный разрушающий момент Мр будет зависеть от геометрических параметров мягкой прослойки. Основные соотношения для его определения приве-деныв /12/.

Для определения значений эффективногого радиуса рэ необходимо знать ресурс пластичности металла в зоне пред-разрушения Л , который находится по диаграммам пластичности /II/ с учетом жесткости напряженного состояния П. При этом эффективный радиус является также характеристикой вида напряженного состояния, что существенно расширяет возможности анализа процесса разрушения.

ния кромок при заданных условиях можно существенно расширить за счет контактного упрочнения мягкой прослойки по сравнению с однородным сварным соединением. На рис. 4.4 представлена для данного случая зависимость предельно допускаемой величины ХдОП от параметра эе при различных значениях коэффициента механической неоднородности Kg. Чем больше Kg, тем шире диапазон допускаемых смещений кромок хдоп (заштрихованная область под соответствующими К„ кривыми). При этом случай К„ = 1 соответствует однородному сварному соединению. Однако следует иметь в виду, что при значительных величинах смещения свариваемых кромок вследствие высокой концентрации напряжений и увеличенной жесткости напряженного состояния (что сопровождается резкой потерей пластичности металла шва) может происходить смена механизма разрушения с вязкого на квазихрупкий. В этом случае следует

Определенное затруднение при нахождении критических напряжений, соответствующих образованию надрывов на контуре пор, может составить отсутствие диаграмм пластичности материалов, представляющих собой взаимосвязь критических значений интенсивности деформаций от показателя жесткости напряженного состояния П (П обычно определяют как отношение шаровой части тензора напряжений к девиаторной). Для большинства конструкционных материалов такие данные можно найти, например, в литературных источниках /11,12, 24, 25/ или воспользоваться стандартными методиками для построения таких диаграмм /24/.

дни технологического проектирования конструкции путем правильного выбора присадочного материала, учитывающего запас его пластичности в условиях реальной жесткости напряженного состояния сварных конструкций /79/. Используя расчетные методики, можно выбирать оптимальную форму и размеры прослоек, появление которых в соединениях обусловлено разупрочнением или диффузионными явлениями, сопровождающими процесс сварки. Для этого экспериментальным путем выбираются необходимые режимы сварки или термообработки. На основе такого подхода, например, была разработана технология контактно-стыковой сварки арматуры железобетона /81/.

нений (vy, 6) и (ат, ав) находятся на уровне свойств мягкого металла. С уменьшением к существенно возрастает роль контактного упрочнения прослойки, являющегося результатом сдерживания пластического деформирования мягкого металла более твердым, что ведет к повышению прочностных (ат, Ов) и снижению деформационных характеристик соединения (v/, 8). Начиная с некоторых значений (см. рис. 3.2) меняется характер изменения кривых \у(к) и 8(к) и наблюдается рост данных характеристик, что связано с эффектом смягчения жесткости напряженного состояния мягких прослоек и степени их стеснения из-за вовлечения более твердого металла соединения, прилегающего к прослойке, в пластическую деформацию И, наконец, при относительно небольших значениях толщин мягких прослоек к < кр (кр «0,1 — 0,15) наблюдается выход сварных соединений на равнопрочность основному металлу. В данном диапазоне размеров прослоек механические характеристики соединений практически полностью определяются свойствами твердого основного металла.

Как отмечалось выше, для обеспечения технологической прочности сварных соединений конструкций из высокопрочных материалов в настоящее время широко используются менее прочные, чем основной металл, но более пластичные присадочные проволоки. При этом, как было показано в данном разделе, требование по равнопрочное™ основному металлу для получаемых в результате такой технологии сварки соединений могут быть удовлетворены путем рационального выбора относительных размеров мягких швов (т.е. разделки под сварку). Однако данная ситуация может быть реализована лишь в том случае, если запаса пластичности металла мягкого шва достаточно для пластического деформирования (без разрушения) в условиях высокой жесткости напряженного состояния, которое наблюдается в наиболее нагруженных зонах сварных соединений при относительно небольших размерах мягких швов. Так, например, в соединениях с симметричными или кососиммет-ричными геометрическими формами мягких прослоек (шевронные, X-образные, прямолинейные и нактонные) наибольшая жесткость напряженного состояния достигается в их центральной части. Для соединений с несимметричными прослойками (К-образными) — в области линии разветвления пластического течения мягкого металла. Исходя из этого, выбор присадочных материалов при сварке конструкций из высокопрочных сталей и сплавов следует осуществлять на основе закономерности контактного упрочнения мягких швов и с учетом запаса пластичности наплавленного металла.

В частности, для сварного соединения с выполненным по щелевой разделке мягким швом, работающего в условиях двухосного нагруже-ния п, величину показателя жесткости напряженного состояния П, в наиболее опасной зоне можно определить исходя из соотношений (3.33), описывающих компоненты тензора напряжений Gy, о,, и т^,

Не останавливаясь подробно на вопросах, связанных с рациональным выбором присадочных проволок (эти моменты достаточно отражены в разделе 3.10 на примере конструктивно-технологического проектирования тонкостенных оболочек давления) отметим, что для толстостенных оболочковых конструкций основное отличие в подходе выбора присадочных гфоволок связано с другой расчетной основой для оценки показателя жесткости напряженного состояния П,-тад. в наиболее нагруженной зоне соединений. Для нахождения необходимых значений П/тях в рассматриваемых точках (зонах) можно воспользоваться основными соотношениями по оценке напряженного состояния мягких прослоек, приведенными в разделах 4.3 — 4.5. Например, показатель жесткости напряженного состояния П//иш. в толстостенных оболочковых конструкциях, ослабленных мягкими прослойками, может быть подсчитан по формулам (3.102) с учетом того, что для рассматриваемого случая а0 = (Оу + <5Х) 12 и TJ = kM. При этом Оу и CTf определяются соотношениями (4.16) — (4.19) при значениях текущей координаты х = KJ. Последняя определяет границы области в которой av < Лмс (см. рис 3 59). Наиболее оптимальными, в соответствии с данными рассуждениями, являются присадочные проволоки, деформационная способность которых (запас пластичности Лр) обеспечивает нагружение конструкций без разрушения при относительных размерах мягких прослоек, отвечающих диапазону их равнопрочное™ (0, к„) (т.е. о"'ОЛ < Лмс).




Рекомендуем ознакомиться:
Железнодорожного подвижного
Железнодорожному транспорту
Железобетонный резервуар
Железобетонных конструкциях
Железоокисных отложений
Жесткостью конструкции
Жесткость фильтрата
Жесткость конденсата
Жаропрочные никелевые
Жесткость питательной
Жесткость соединения
Жесткость зацепления
Жесткости шпангоута
Жесткости динамометра
Жесткости испытательной
Меню:
Главная страница Термины
Популярное:
Где используются арматурные каркасы Суперпроект Sukhoi Superjet Что такое экология переработки нефти Особенности гидроабразивной резки твердых материалов Какие существуют горные машины Как появился КамАЗ Трактор Кировец К 700 Машиностроение - лидер промышленности Паровые котлы - рабочие лошадки тяжелой промышленности Редкоземельные металлы Какие стройматериалы производят из отходов промышленности Как осуществляется производство сварной сетки