|
Главная | Контакты: Факс: 8 (495) 911-69-65 | | ||
Кинетическим уравнениемДля расчета накопленных испытываемым материалом в экспериментах на термическую усталость повреждений, вычисляемых в соответствии с деформационно-кинетическим критерием малоциклового разрушения, проведены базовые эксперименты. Полученный комплекс базовых данных использован для расчета усталостных и длительных статических повреждений, накопленных материалом в процессе термоусталостных испытаний. Расчет повреждений осуществлен применительно к условиям деформирования в зоне разрушения, т. е. в месте образования «шейки». Результаты вычислений в соответствии с деформационно-кинетическим критерием (уравнение (1.3.1)) представлены в табл. 1.3.1 и на рис. 1.3.8. Второй член этого уравнения учитывает статическое повреждение, возникающее одновременно с циклическим и выражающееся в формоизменении детали или испытуемого образца. Уравнение (5.51) в области изотермической малоцикловой усталости называют деформационно-кинетическим критерием [86]. При использовании этого уравнения для случая неизотермического нагружения исходные свойства 'материала (долговечность Л/р, определенная в условиях строго жесткого нагружения, и предельная пластичность е/, определенная в условиях статического нагружения) должны быть получены при циклически изменяющейся температуре. Режим изменения температуры при определении исходных (базовых) характеристик должен соответствовать условиям работы детали. Долговечность оценивают, используя правило суммирования повреждений в соответствии с деформационно-кинетическим критерием прочности. Базовые данные и расчетные характеристики получают при термомеханическом режиме нагружения, соответствующем эксплуатационному или эквивалентному ему по деформациям, температурам и длительностям. При этом определяют кривые малоцикловой усталости (при жестком нагружении) и располагаемой пластичности (при монотонном статическом разрыве или испытании на длительную прочность и пластичность). На основании результатов испытания образцов из жаропрочных сплавов при термоусталостном нагружении в соответствии с" деформационно-кинетическим критерием прочности для зоны разрушения ("шейки") рассчитаны доли усталостного dt и квазистатического ds повреждений (рис. 2.24, а и б) . Дня исследуемых сплавов характерно увеличение доли усталостного повреждения и одновременное уменьшение (практически до нуля) доли квазистатического повреждения при увеличении долговечности. Для характеристики процесса накопления односторонних деформаций, определяющих в соответствии с деформационно-кинетическим критерием разрушения долю квазистатических повреждений при термоциклическом нагружении, важен анализ реологических эффектов и в исследуемых цилиндрических корпусах при выдержке. кой долговечности исследуемых конструктивных элементов в режиме стендовых термоциклических испытаний в соответствии с деформационно-кинетическим критерием прочности (см. гл. 2). Малоцикловую долговечность цилиндрического оболочечного корпуса в первом приближении можно оценить по базовой кривой малоцикловой усталости (см. рис. 5.1) и кинетическим кривым деформаций, приведенным на рис. 4.59. В соответствии с деформационно-кинетическим критерием прочности, учитывающим кинетику процесса упругопластического деформирования (см. гл. 2), проведен расчет при следующих видах повреждений: Для характеристики процесса накопления деформаций, определяющих в соответствии с деформационно -кинетическим критерием прочности процесс образования и уровень квазистатических повреж- В соответствии с принятым деформационно-кинетическим критерием прочности при малоцикловом неизотермическом нагружении (см. гл. 1) оценим накопление усталостных и квазистатических повреждений в наиболее опасной точке внутренней поверхности сферического корпуса и малоцикловую долговечность в режиме стендовых термоциклических испытаний. Результаты сравнения расчетов, выполненных по формуле (4.37) с использованием критериев разрушения ИМАШ [107] и по методикам МЭИ [112 — 114], ИМАШ [50] и Мэнсону — Лангеру, приведены на рис. 4.6. Полученные результаты позволяют рекомендовать формулу (4.37) совместно с деформационно-кинетическим критерием разрушения для оценки ресурса роторов в области п < 10е. 2.6. В условиях одновременного действия механохимических нагрузок и коррозионных сред повреждаемость металла значительно усиливается в соответствии с кинетическим уравнением [2]: При высоких напряжениях (выше примерно 10~3 G) степенная зависимость нарушается, измеренные скорости деформации оказываются существенно выше, чем рассчитанные по уравнению (1.25). Вероятно, при таких напряжениях наблюдается переход от ползучести, контролируемой переползанием, к термически активированному скольжению, совмещенному с переползанием дислокаций, что отражается в первую очередь на условиях формирования дислокационных структур (рис. 1.11, б). Скорость такого переходного типа ползучести может быть описана кинетическим уравнением, аналогичным выражению (1.17) для скольжения, т. е. с экспоненциальной зависимостью от напряжения [37, 38]: Традиционно принято рассматривать закономерности роста усталостных трещин в металлах на основе подходов механики сплошной среды. Моделирование роста трещины определяется основным кинетическим уравнением, в котором установлена связь между размахом коэффициента интенсивности напряжения и скоростью роста трещины в виде уравнения Париса [1] этапах роста трещины от кванта разрушения до перехода к быстрому, нестабильному росту трещины будет описываться единым кинетическим уравнением типа (5.43) или (5.45). Если учесть влияние тонкой структуры двойного слоя на кинетику и на поверхностную концентрацию ионов в электродной реакции и сочетать полученное уравнение с приведенным ранее кинетическим уравнением реакции катодного выделения водорода, то можно получить следующее выражение для коэффициента торможения: Анализ этих данных показывает, что процесс накопления скрытой энергии Awe, а следовательно, и повреждаемости материала во времени, протекает с переменной скоростью ие и носит затухающий характер, что находится в хорошем соответствии с кинетическим уравнением повреждаемости (4). В связи с этим представляют интерес экспериментальные зависимости скорости изменения в деформируемых объемах образцов ие от величины текущих значений изменения плотности скрытой энергии А«е. Графики этих зависимостей для сталей 45 и 40Х в отожженном состоянии представлены в координатах ие — — Дц„ (рис. 2, а, б) и In we — Aue (рис. 2, а' , б') соответственно. Анализ этих графиков, а также аналогичных графиков для других исследованных материалов показал, что они хорошо описываются кинетическими уравнениями повреждаемости (4), (11) и (14). Анализ графиков показывает, что в полулогарифмических координатах In ue — Аие (рис. 2, а', б') экспериментальные данные хорошо укладываются на веер прямых, угол наклона которых к оси Аые зависит от амплитуды напряжений и температуры образцов, с увеличением которых наклон прямых уменьшается, что находится в хорошем соответствии с кинетическими уравнениями (4), (13) — (14). 5.7. Кинетическое уравнение. Изменение функции, характеризующей поврежденность материала тела в процессе деформации, описывается так называемым кинетическим уравнением. Очевидно, что от степени обоснованности этого уравнения зависит достоверность всей теории. В ряде случаев при построении кинетического уравнения авторы исходили из аналогии между законами необратимого деформирования и накопления рассеянных микродефектов. В табл. 1.8 представлены для сравнения экспериментальные значения констант скорости 3-го порядка, установленные авторами работ [75, 76, 81, 119], а также величины, вычисленные по эмпирическим зависимостям (1.56) —(1.58), (1.60), (1.61). Все величины табл. 1.8 определены в соответствии с кинетическим уравнением Изучаемые реакции характеризуются кинетическим уравнением 1-го порядка. Кинетические данные для некоторых бромокомплексов, полученные в водных растворах, приведены в табл. 2. Следует отметить, что для хлорокомплексов наблюдаются аналогичные соотношения. Текущая величина П является в конечном счете функцией т, а условие разрушения П = 1 определяет время разрушения t. Для нахождения текущего значения П (т) нужно располагать дифференциальным или интегральным уравнением, устанавливающим зависимость искомой величины от режима нагружения. Такое уравнение принято называть кинетическим уравнением повреждений. Форма этого уравнения задается заранее, а постоянные или функциональные параметры должны подбираться по результатам опытов на длительное разрушение. Такой метод описания длительного разрушения, с нашей точки зрения, наиболее простой и универсальный, но не единственно возможный и, например, в работе [43] приводится иной метод, к которому мы еще возвратимся ниже-Дифференциальное кинетическое уравнение повреждений силового типа можно представить в следующем виде: При термическом разложении термореактивных смол ни при каких давлениях не достигается термодинамическое равновесие на границе раздела продукты деструкции — исходное твердое вещество. Скорость протекания химических реакций при деструкции смолы описывается кинетическим уравнением разложения типа уравнения (6-10). Рекомендуем ознакомиться: Компонент дислокаций Компонент материала Касательную составляющую Каталитический нейтрализатор Каталитического окисления Катастрофических разрушений Категорий работников Категория размещения Категории прочности Категории стандартов Качественными показателями Катодного осциллографа Катодного распыления Кавитационные характеристики Кавитационных пузырьков |