Многоцикловой усталостной

При наличии справочных данных по сопротивлению стали многоцикловой усталости целесообразно построение кривой малоцикловой долговечности по следующей методике. Для данной стали устанавливается предел ограничен-

Формулы (30.1)—(30.6) применяются как для малоцикловой усталости, так и для обычной (многоцикловой) усталости. Разумеется, это удобно, но в то же время необходимо проявлять осторожность при обращении с эмпирическими коэффициентами. Дело в том, что закономерности механизма усталостного явления различны при малоцпкловой и мпогоцикловой усталости. Эти различия могут даже привести к разрыву кривой Веллера (зависимость Ощах цикла от N) в области ограниченной выносливости. При этом в одном случае трещина идет по телу зерна, в другом — по его границе. Отсюда также видно, что характеристики усталостной прочности должны зависеть от структуры материала. Поэтому надо учитывать возможную зависимость эмпирических коэффициентов от уровня максимальных напряжений цикла.

МНОГОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ.................................................................. 14

Вся полная кривая усталости в первую очередь разделяется на две основные области: малоцикловой и многоцикловой усталости. Ряд исследований показывает, что условной границей между этими областями является напряжение, равное динамическому пределу текучести (при скоростях соответствующего циклического нагружения). Есть мнение, что эта граница связана со сменой напряженного состояния. Область малоцикловой усталости охва-

Имеются экспериментальные данные, что это уравнение в ряде случаев справедливо и для области многоцикловой усталости.

Ниже порогового циклического напряжения СТК начинается область многоцикловой усталости. Между отдельными участками или областями полной кривой усталости можно наблюдать переходные области, в которых меняется наклон кривой усталости или даже появляются разрывы между отдельными участками (области около точек Б и В на рис. 4). В области перехода от малоцикловой к многоцикловой усталости меняется механизм деформирования и изменяются параметры связи между статическими и циклическими энергетическими характеристиками.

ГЛАВА 2. ПЕРИОДЫ И СТАДИИ МНОГОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ

Рассмотрим теперь стадийность процессов пластической деформации и разрушения в условиях циклического деформирования. В дальнейшем мы будем рассматривать закономерности усталостного разрушения в основном в области многоцикловой усталости, хотя при рассмотрении многих аспектов проблемы мпогоцикловой и малоцикловой усталости бывает трудно разделить. Обобщенная диаграмма многоциюювой усталости, представленная на рис. 7, отражает основные закономерности накопления повреждаемости в основных периодах и стадиях процесса усталостного разрушения металлических материалов, имеющих на кривой статического растяжения физический предел текучести. В диапазоне циклических напряжений от стк до стти весь процесс усталости в зависимости от числа циклов нагружения можно разделить на два основных периода (по аналогии со стадийностью процессов пластической деформации и разрушения при статическом нагружении): зарождения усталостных трещин и распространения усталостных трещин (заштрихованная область на рис. 7).

ГЛАВА 2. ПЕРИОДЫ И СТАДИИ МНОГОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ

Рис. 7. Периоды и стадии многоцикловой усталости:

ГЛАВА 2. ПЕРИОДЫ И СТАДИИ МНОГОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ

При такой кинетике разрушения период развития многоцикловой усталостной трещины, рассчитанный по общему числу макролиний и блоков мезолиний, составляет около 190 полетов самолета для лопатки с максимальной наработкой на двигателе № А82У122108. Последняя проверка рабочих лопаток III ступени турбины этого двигателя по бюллетеню № 1043-БЭ проводилась за 74 ч до разрушения лопатки, что при средней продолжительности полетов за период после последнего ремонта двигателя в 2,6 ч составляет около 30 полетов. Из графика на рис. 2.25 видно, что 30 полетов до разрушения лопатки в момент ее проверки трещина в лопатке имела длину около 15-16 мм. Однако она не была выявлена при последнем контроле лопатки в то время, как опыт эксплуатации двигателей НК-8-2у показывает, что технология проверки

Поэтому подходы линейной механики разрушения могут быть успешно использованы для исследования и прогнозирования усталостной прочности и долговечности металлов, которые могут быть использованы только для упругого напряженного состояния и многоцикловой усталостной прочности. В последние годы развивается нелинейная механика разрушения. Экспериментально показано, что скорость распространения трещин во всей области скоростей (10™8—

10 1 мм/цикл) можно описать размахом /-интеграла. Его пороговые значения определяют предел усталости тела с дефектом. Нелинейная механика разрушения стала базой для интерпретации малоцикловой и многоцикловой усталостной долговечности.

все величины циклической нагрузки находятся в области многоцикловой усталостной прочности, не допускаются нагрузки в области малоцикловой усталости;

исходная кривая усталости строится в нормальной системе координат a — ^V или в однократном логарифмическом или двойном логарифмическом представлении из лучей кривых многоцикловой усталостной прочности;

все вторичные кривые усталости образуются в относящейся к исходной кривой усталости системе координат из лучей кривых многоцикловой усталостной прочности;

А — понижение и В — повышение многоцикловой усталостной долговеч-

родистой стали, как это схематически показано на рис. 7. Односторонняя повторно-пластическая деформация, распространяющаяся в область нижнего предела текучести; случай А приводит к восстановлению многоцикловой усталостной долговечности при знакопеременном цикле нагружения. Односторонняя повторная перегрузка стнулевым циклом нагружения до области упрочнения (случай В) вплоть до одной десятой долговечности на уровне перегрузки приводит к повышению многоцикловой долговечности и предела выносливости.

Знакопеременная перегрузка в области предела текучести низкоуглеродистой стали 11375.1 вызвала активацию систем скольжения и постепенное образование ячеистой структуры при одновременном накоплении повреждений, влияние которых, согласно результатам исследования, превышает упрочняющее действие дислокационных ячеек и приводит к значительному понижению многоцикловой усталостной долговечности.

Шотт [2] предложил, что семейство кривых имеет общую точку, которую определяют в координатах сга — lg N. Эта точка с координатами а* и N* на кривой усталости соответствует границе между мало- и многоцикловой усталостной прочностью. В гипотезе учитывалось влияние напряжений, находящихся ниже предела усталости, влияние последовательности нагрузки, а также числа циклов в программном блоке (числа программных блоков нагружения до момента разрушения) на усталостную долговечность.

постоянной амплитудой, были построены кривые, на которых кроме предельной линии (кривой усталости), соответствующей общему усталостному разрушению, представлены кривые, соответствующие границам зон определенных усталостных явлений. Такие кривые для армко-железа, разработанные С. Коцаньдой [3], приведены на рис. 1. Если рассмотреть процесс усталостного разрушения при каком-либо уровне напряжения (в области, ограниченной многоцикловой усталостной прочности), можно различать следующие периоды усталости: