Критериям прочности

До настоящего времени не установлена связь между критериями разрушения на различных масштабных уровнях. Это связано с тем, что разрушение представляет собой сложный процесс, зависящий от множества факторов.

Каждый из трех типов деформации характеризуется соответствующими критериями разрушения. Применимость того или иного критерия зависит от общей деформации, предшествующей разрушению. Области применимости критериев представлены заштрихованными зонами под диаграммой деформирования (рис. 3.2). Для первой зоны (до точки А) характерно однопараметрическое описание поля напряжений в вершине трещины. При этом для каждого из трех видов деформации параметрами являются коэффициенты интенсивности напряжений Kj, KH, Кщ. Разрушение наступает в момент достижения одного из параметров (или их комбинации) некоторого критического уровня, например, Kj = К1с, где К1с — критическое значение коэффициента интенсивности напряжений или вязкость разрушения для трещин нормального отрыва. При этом пластическая деформация в вершине трещины должна быть минимальной.

Каждый из трех типов деформации характеризуется соответствующими критериями разрушения. Применимость того или иного критерия зависит от общей деформации, предшествующей разрушению. Области применимости критериев представлены заштрихованными зонами поддиаграммой деформирования (рис. 3.2). Для первой зоны (до точки А) характерно однопараметрическое описание поля напряжений в вершине трещины. При этом для каждого из трех видов деформации параметрами являются коэффициенты интенсивности напряжений Kt, Кп, Кш. Разрушение наступает в момент достижения одного из параметров (или их комбинации) некоторого критического уровня, например, Kj = К1с, где К1с — критическое значение коэффициента интенсивности напряжений или вязкость разрушения для трещин нормального отрыва. При этом пластическая деформация в вершине трещины должна быть минимальной.

Указанные характеристики усталостных свойств определяются для различных стадий развитая макротрещин и полного разрушения. Основными критериями разрушения при определении пределов выносливости и построении кривых усталости являются полное разрушение или появление макротрещин, протяженность которых по поверхности составляет 0,5—1,0 мм. В качестве дополнительных критериев могут применяться резкое падение нагрузки или частоты циклов, значительный рост деформации, резкий подъем температуры, характеристики, обнаруживаемые электрическими, магнитными, ультразвуковыми и другими методами. Разумеется, о пределах намеченной серии испытаний критерии разрушения должны быть одинаковыми.

Основными критериями разрушения при определении пределов выносливости и построении кривых усталости являются полное раз-

Экспериментальные данные о влиянии скорости деформации на сопротивление деформированию в волнах разгрузки, проявляющейся в связи силовых и временных параметров откольной прочности материала, позволяют расширить диапазон скоростей деформирования. Для анализа результатов необходимо принять определенную модель процесса разрушения с соответствующими критериями разрушения, позволяющую связать влияние скорости деформации на сопротивление деформации при одноосном напряженном состоянии в испытаниях на растяжение — сжатие (или двухосном напряженном состоянии в испытаниях на чистый сдвиг) с влиянием скорости нагружения в области растягивающих напряжений на откольную прочность при одноосной деформации в плоских волнах нагрузки.

Усилия многих исследователей направлены на изучение прочности и процесса разрушения, а также на выяснение зависимости между характером разрушения и критериями разрушения. Характер разрушения сложный, поскольку разрушению подвергается не только матрица. При разрушении материалов, армированных волокнами, происходят разрушение волокон, их вытягивание, т. е. в целом разрушение представляет собой некоторую сложную комбинацию.

При анализе прочности возникают проблемы, связанные с критериями разрушения, видом разрушения и т. д. При

Экспериментально установлено, что сопротивление материала распространению трещины разное при разных видах нагружения (типы трещин J, П и III). Соответственно этому различают и три характеристики трещиностой кости вместе с соответствующими критериями разрушения, а именно

Эксперименты, проведенные на различных сосудах, указали на три категории сосудов, различающиеся критериями разрушения [24].

Критерии начала быстрого распространения трещины в цилиндрических сосудах давления и трубопроводах. Эксперименты, проведенные на различных сосудах, указали на три категории сосудов, различающиеся критериями разрушения [8].

Упрочнения. Механические характеристики неупрочненных металлических материалов настолько далеки от требований современного машиностроения, а эффективность упрочнений настолько велика, что все детали, подчиненные критериям прочности и износостойкости, должны упрочняться.

Проектирование механизмов и машин (синтез) должно быть завершено обоснованным определением конфигураций и расчетом размеров всех их элементов, деталей и сборочных единиц по критериям прочности, надежности, долговечности и требуемого выполнения технологических функций. Однако такая цель может быть достигнута лишь методом последовательных приближений. Действительно, для реализации требуемых движений рабочих органов какой-либо машины должны быть выбраны подходящая кинематическая схема механизма и размеры длин звеньев. Для преодоления сил полезных и вредных сопротивлений, свойственных технологическому процессу, необходимо обеспечить прочные размеры звеньев, которые зависят не только от технологических факторов, но и от сил инерции, сил трения звеньев машины и т. д. Но силы инерции и м:оменты сил инерции их не могут быть опре-

Аналитический расчет опор скольжения вызывает большие трудности, так как невозможно достоверно учесть влияние многочисленных факторов, определяющих их работоспособность. Для режима сухого и граничного трения в инженерной практике часто используется приближенный метод расчета, выработанный многолетним опытом эксплуатации опор скольжения. Суть этого метода состоит в проверке вкладыша подшипника по критериям прочности и теплостойкости.

Лопатки турбин в условиях эксплуатации, как правило, накапливают повреждения более устойчиво, чем лопатки компрессора. Это связано с тем, что они подвергаются постоянному нагреву при длительном статическом растяжении под действием динамической нагрузки от вращения ротора. В этом случае возможно возникновение такого явления, как ползучесть или термоциклическое разупрочнение материала в результате теплосмен по циклу ПЦН. Каждый механизм исчерпания долговечности лопатки имеет свою длительность действия, и поэтому разрушение лопатки на разных стадиях эксплуатации отвечает разным критериям прочности. В результате этого распределение долговечности лопаток может иметь не один, а несколько максимумов по числу случаев разрушения, в зависимости от того, какие виды механизмов разрушения могут последовательно доминировать при исчерпании ресурса лопатки.

* Обзор последних американских работч по критериям прочности содержится в статье Р. Роуландс в кн.: Неупругие свойства.композитов. М., «Мир», 1978 (Прим. ред. пер.).

Для деталей ГТД основной спецификой первого этапа оптимизации технологии по критериям прочности является необходимость моделирования при испытаниях на усталость весьма высоких эксплуатационных температур опасной зоны. В результате необходимо достаточно глубокое охлаждение патрона вибростенда для крепления образцов или деталей. Охлаждение диктуется не только стремлением повысить долговечность патрона, но и особыми требованиями к стабильности жесткости заделки / при испытаниях на высоких звуковых и ультразвуковых частотах циклов: с ростом частоты быстро возрастает влияние упругой податливости заделки на уровень напряжений в образце а при фиксированном значении измеряемых амплитуд колебаний вершины образца А, а также на резонансную частоту /.

Рассматривается проблема оптимизации с помощью ЭВМ технологии изготовления деталей ГТД по критериям прочности с учетом действия высоких звуковых частот нагружения и эксплуатационных температур. Дается методика учета охлаждения заделки (для подавления ползучести) при расчете напряжений в образцах, моделирующих перо лопаток при испытаниях по схеме поперечных колебаний на высоких звуковых и ультразвуковых частотах. Предложена математическая модель и дан пример ее практического использования для оптимизации режимов и законов программного или адаптивного управления операциями. На основе аналитического исследования деформаций в характерных концентраторах напряжений найдены обобщенные параметры для контроля состояния поверхностного слоя, отражающие влияние технологии на сопротивление усталости детали.

В комплекс исходных характеристик прочности, необходимых для расчета композиционных материалов при сложном напряженном состоянии по критериям прочности (2.7), (2.8), (2.16) — (2.18), входит характеристика прочности материала при сдвиге в плоскости расположения армирующего материала.

4i-OO Таблица 2.8. Расчетные выражения для оценки прочности конструкций по критериям прочности для различных напряженных состояний

В комплекс исходных механических характеристик, необходимых для оценки прочности композиционных материалов при сложном напряженном состоянии по критериям прочности Ми-зеса, Веррена, Захарова, Ашкенази и т. д., входит наряду с другими только характеристика сопротивления материала действию касательных напряжений в плоскости расположения армирующего материала — т0. Экспериментальное определение сопротивления композиционного материала в условиях однородного напряженного состояния чистого сдвига связано с большими трудностями. Стандартные испытания на срез по двум плоскостям образца, плотно зажатого в обойме, не обеспечивают однородное напряженное состояние. В этом случае на площадках среза действуют еще и сжимающие напряжения, которые препятствуют свободному взаимному смещению ' частей материала образца. В результате этих испытаний характеристики прочности при сдвиге оказываются завышенными по сравнению с действительным сопротивлением материала действию касательных напряжений. Кроме того, в зоне среза происходит существенное смятие поверхности образца, что при определении прочности материала приводит к определенным погрешностям.

ровало исследования их прочности. Были получены реологические закономерности деформирования и температурно-временн:>;е зависимости характеристик прочности для анизотропных стеклопластиков, начаты исследования ло критериям прочности в связи с видом напряженного состояния, использованы статистические представления для оценки вероятности разрушения, учета влияния при этом абсолютных размеров и цикличности нагружения. Прогресс машиностроения в последний период, создание машин большой мощности и высокой производительности, работающих на основе процессов с высокими параметрами, свидетельствовали о важности разработки вопросов усталости, пластичности и хрупкости материалов для прочности машин.