Коэффициентами интенсивности

2. Произвольный луч ON является геометрическим местом точек, характеризующих циклы с одинаковыми коэффициентами асимметрии. Такие циклы называют подобными. Для подобных циклов

1 Io оси ординат диаграммы откладывают максимальное и минимальное напряжения цикла, а по оси абсцисс - среднее напряжение цикла ат. Построенные таким образом две ветви кривой ограничивают область условий, при которых разрушение отсутствует. Отрезок ординаты между максимальным и минимальным напряжениями соответствует размаху напряжений цикла 2аа. Биссектриса угла делит этот отрезок пополам, так что между осевой и граничными линиями заключена амплитуда напряжения цикла оа. Луч, проходящий через начало координат диаграммы под углом 3, является геометрическим местом точек, характеризующих циклы с одинаковыми коэффициентами асимметрии. В начале координат среднее напряжение цикла равно нулю, а точка пересечения оси ординат и граничных линий соответствует пределу выносливости. При повышении среднего напряжения граничные линии максимального и минимального напряжений цикла сближаются и сливаются в точке, в которой амплитуда напряжений цикла а:1 = 0 и которая соответствует квазистатическому временному напряжению. Поскольку для определения предела выносливости все связанные с большой пластической деформацией нагрузки не представляют интереса, диаграмма предельных напряжений цикла в верхней части дана пунктиром.

Рис. 24. Диаграмма предельных напряжений сварных соединений при нагру-жениях с различными коэффициентами асимметрии цикла

Натурные и модельные тензометрические исследования трубопроводов, внутрикорпусных устройств ВВЭР [10, 13, 16] показали наличие высокочастотных вибрационных напряжений преимущественно с небольшими амплитудами, действующих на фоне низкочастотных напряжений с большими амплитудами от основных нагрузок. Эти вибрационные (в том числе резонансные) напряжения обусловлены гидро- и аэродинамическими усилиями от потоков теплоносителя, механическими колебаниями и сейсмическими усилиями, характеризующимися большими коэффициентами асимметрии цикла и суммарным числом циклов (108-1012). Применительно к такому характеру двухчастогного длительного нагружения в последние годы осуществлен ряд исследований, позволяющий дать оценку снижения малоциклового ресурса конструкций за счет наложения вибрационных напряжений [16,21].

Описание явления многоцикловой усталости при сложном напряженном состоянии затруднено большим количеством параметров, определяющих процесс циклического нагружения. Если даже все компоненты напряжений имеют одинаковые и совпадающие во времени периоды изменения, то и тогда напряженное состояния характеризуется двенадцатью параметрами: шестью максимальными за период цикла значениями компонентов напряжений и шестью соответствующими коэффициентами асимметрии циклов. При этом необходимо принимать во внимание, совпадают ли фазы изменения трех нормальных напряжений, или фаза изменения одного из них сдвинута относительно двух других на некоторую величину так, что это напряжение убывает, когда два других возрастают, или наоборот. Случай сдвинутых фаз является с точки зрения возможности усталостных разрушений более опасным.

Эффективные коэффициенты концентрации при растяжении — сжатии, приведенные в таблице, определялись путем испытания образцов, работающих при асимметричном растяжении (г > 0), и вычислялись по отношению амплитуд напряжения циклов с равными коэффициентами асимметрии. В табл. 22 приняты следующие обозначения:

напряжения циклов с равными коэффициентами асимметрии. В табл. 23 приняты следующие обозначения:

При таких исследованиях в системах нагружения должна быть обеспечена возможность проведения статического и циклического деформирования с варьируемыми скоростями и коэффициентами асимметрии цикла, с обеспечением выдержек при заданных деформациях или напряжениях, с автоматическими измерениями и регистрацией усилий и номинальных деформаций (см. гл. 2). Принципиальные схемы и основные характеристики лспытательных установок указанного назначения (с программируемым и непрограммируемым электрогидравлическим приводом) содержатся также в работе [35].

тотных циклов с определенными размахами нагрузки и изменяющимися коэффициентами асимметрии этих циклов. Такое представление дает возможность, располагая данными о влиянии коэффициента асимметрии цикла /? на скорость роста трещин в условиях одночастот-ного нагружения и принимая за меру повреждения прирост длины трещины от воздействия каждой из указанных выше составляющих, суммировать их и тем самым получить расчетную оценку скорости роста трещин при двухчастотном нагружении с различными амплитудно-частотными соотношениями, В связи с этим было проведено исследование закономерностей роста трещин в условиях многоциклового нагружения (/ = 15 Гц) при значении коэффициента асимметрии R, изменяющемся от 0,1 до 0,96, что соответствовало диапазону изменения R в высокочастотных циклах при двухчастотном нагружении с принятыми амплитудно-частотными соотношениями.

Для оценки взаимовлияния низко- и высокочастотных циклов нагрузки в условиях двухчастотного нагружения с заданными амплитудно-частотными соотношениями можно сопоставить пороговый размах AKons««2> в высокочастотных циклах с пороговыми размахами Д/С«к*), полученными при одночастотном нагружении и соответствующими каждому высокочастотному циклу коэффициентами асимметрии. Результаты такого сопоставления показаны на рис. 99. В качестве примера на рисунке приведены значения A/Conse/ ПРИ двух-частотном нагружении с соотношением частот Ра — 1000 и двумя значениями соотношений амплитуд: qa = 0,05 и qa = 0,75. Им поставлены в соответствие значения A/G/*, полученные при одночастотном нагружении с коэффициентами асимметрии, изменяющимися в диапазоне Rm\n —• Rmnx. Значения Rmln и /?max для указанных параметров двухчастотного нагружения приводились выше.

Анализ представленных результатов позволяет сделать вывод, что во всем исследованном диапазоне амплитудно-частотных соотношений размах коэффициента интенсивности напряжений в высокочастотных циклах, приводящих к одинаковому приросту трещины, оказывается меньшим, чем при одночастотном нагружении с соответствующими коэффициентами асимметрии. Это свидетельствует о наличии взаимовлияния низко- и высокочастотных циклов нагрузки при переходе на диаграмме при двухчастотном нагружении от первого ко второму ее участку.

Полученные cooTuoutemm содержат величины Ki, KU, Кщ, называемые коэффициентами интенсивности напряжений для

Эти рассуждения помогают установить взаимное соответствие между критическими коэффициентами интенсивности напряже-

жений в пластической области. При этом происходит поворот главных площадок на углы (рт = к/4 - 6Т и q>M = 6М - я/4. Таким образом, в окрестности точки А наблюдается смешанный тип нагружения, характеризующийся коэффициентами интенсивности напряжений Kj и Кп. Направление страгивания трещины от вершины дефекта сес для рассматриваемого случая не совпадает с границей сплавления металлов Т и М.

жений в пластической области. При этом происходит поворот главных площадок на углы фт = я/4 - 6Т и фм = 0М - я/4. Таким образом, в окрестности точки А наблюдается смешанный тип нагружения, характеризующийся коэффициентами интенсивности напряжений К^ и Кп. Направление страгивания трещины от вершины дефекта <хс для рассматриваемого случая не совпадает с границей сплавления металлов Т и М.

В общем случае многоосного внешнего воздействия поле напряжений в вершине трещины в любой точке характеризуют всеми тремя коэффициентами интенсивности напряжения, что

Результат расчета по соотношению (4.50) согласуется с результатами измерения шага усталостных бороздок, поскольку 85/823 = 2,14-10~7/4-Ю~6 = = 0,0535 = (0,22)2 = 0,0484. Некоторое различие сопоставляемых соотношений является следствием, как уже было подчеркнуто выше, сложности получения точной величины максимального шага усталостных бороздок при подходе к положению неустойчивости в связи с переходом к нестабильному процессу разрушения. Любая флуктуация в условиях нагружения образца приводит к немедленному переходу к быстрому развитию разрушения. Если вернуться к предыдущему расчету, то оказывается, что при величине максимального шага бороздок 4,4 -10~6 м соотношение 8S/S23 = 0,0485. Погрешность в оценке величины шага бороздок всего в 10 % приводит к представленному расхождению в определении соотношения между пороговыми коэффициентами интенсивности напряжения в 12 %. Очевидно, что рассматриваемые погрешности соответствуют естественному разбросу получаемых оценок экспериментальных величин. Этот вопрос обсужден в предыдущем разделе, где были приведены оценки шага усталостных бороз-

енты интенсивности напряжении в предыдущем и последующем циклах одноосного пульсирующего нагружения. Как следует из представленного соотношения (8.2), даже в случае переходного режима нагружения при одноосном циклическом растяжении соотношение между коэффициентами интенсивности напряжений без учета дополнительной поправки на эффект взаимодействия нагрузок будет некорректно характеризовать кинетику усталостных трещин. Эта поправка позволяет учесть влияние остаточных напряжений на рост трещин в пределах зоны пластической деформации.

Равномерность нагружения лонжерона в про- цессе распространения усталостной трещины была проверена через соотношение между пороговыми коэффициентами интенсивности напряжения. Для максимального диапазона изменения КИН на стадии распространения усталостной трещины при формировании усталостных бороздок соотношение между пороговыми КИН:

Последовательное развитие усталостных повреждений в композитах, содержащих области с большим количеством смолы, происходило в основном путем распространения трещин в смоле, а не за счет разрушения поверхности раздела. Оказалось, что вязкие смолы, т. е. смолы с большей деформацией разрушения, или с большей площадью под кривой напряжение — деформация, или с большими критическими коэффициентами интенсивности напряжения в кончике трещины, не обязательно обладают более высоким сопротивлением развитию трещин. Для дальнейшего изучения этих свойств полиэфирных смол, как видно, остается широкое поле деятельности.

Для оценки усталостной трещиностойкости материалов при стационарном многоцикловом нагружении в качестве комплексной характеристики принимается кинетическая диаграмма усталости (КДУ), отражающая зависимость скорости развития трещины от параметров нагруженное™, выраженных коэффициентами интенсивности напряжений (КИН). Важными критериями являются пороговые значения КИН и прежде всего уровень порога К^, ниже которого развитие усталостных трещин не происходит.

В связи с таким характером разрушения необходимо изучение трещиностойкости материалов (предназначенных для изготовления резьбовых соединений) при продольном и поперечном сдвигах. В работах [4—6] приведена подробная библиография работ, выполненных советскими и зарубежными исследователями по оценке трещиностойкости и методом испытаний в условиях продольного и поперечного сдвига. Вопросы расчета коэффициентов интенсивности напряжений применительно к крепежным изделиям энергетических установок рассмотрены в работе [7]. В зависимости от протекания процесса разрушения поле напряжений в вершине трещины определяется тремя коэффициентами интенсивности напряжений. Вид излома образца с трещиной является объективным критерием смены одного механизма разрушения другим. В работе [4] приведены возможные схемы разрушения образцов материала с наклонными боковыми трещинами в условиях хрупкого (обобщенный нормальный обрыв) и квазихрупкого (смешанное разрушение и продольный сдвиг) разрушений.