Монотонного возрастания

Скорость деформации и температура аналогичным образом влияют на параметры процесса разрушения через изменение жесткости напряженного состояния, не меняя самого процесса в определенном диапазоне изменения указанных факторов. Сочетание низкой скорости деформации и высокой степени стеснения пластической деформации может изменить механизм вязкого разрушения, например от преимущественного формирования ямочного рельефа в условиях отрыва до вязкого внутризеренного, путем сдвига при нарушении сплошности по одной из кристаллографических плоскостей. Указанный переход в развитии процесса разрушения был выявлен при испытании круглых образцов диаметром 5 мм с надрезом из жаропрочного сплава ЭИ437БУВД при температуре 650 °С. Медленный рост трещины характеризовался следующими элементами рельефа: гладкие фасетки со следами внутризеренного множественного скольжения по взаимно пересекающимся кристаллографическим плоскостям, вышедшим в плоскость разрушения, и волнистый рельеф в виде пересекающихся ступенек, которые также отражают процесс кристаллографического скольжения (рис. 2.6я). Аналогичный характер формирования поверхности разрушения был выявлен в изломе на участке ускоренного роста трещины при эксплуатационном разрушении диска турбины двигателя (рис. 2.6б). Диск был изготовлен из того же жаропрочного сплава ЭИ437БУВД. Разрушение диска было усталостным. Сопоставление описываемых элементов рельефа в ситуации монотонного растяжения с низкой скоростью деформации и повторное циклическое нагружение диска в эксплуатации привели к идентичному процессу разрушения. В отличие от разрушения образца в диске развитие трещины происходило при медленном возрастании нагрузки в момент за-

Испытания образцов с надрезом показали, что изменение радиуса надреза р сопровождается эквидистантным смещением зависимости вязкости разрушения от температуры [94]. При уменьшении радиуса, при прочих равных условиях, снижается вязкость разрушения (рис. 2.17). Это свидетельство решающей роли в затратах энергии пластического затупления вершины трещины перед стра-гиванием трещины в условиях монотонного растяжения. В общем случае монотонного растяжения образца с надрезом имеет место линейная зависимость от р1//2 вязкости разрушения [95, 96].

Нарушение принципа однозначного соответствия может иметь место между условием воздействия на материал и реакцией материала на это воздействие. Наиболее простым примером такой ситуации служит несоответствие нагружения образца путем его монотонного растяжения по одной оси и формирование скосов от пластической деформации путем сдвига. По мере уменьшения сечения образца нарастает доля излома со скосами от пластической деформации. В предельном случае монотонное растяжение сопровождается разрушением на все сечение пластины путем сдвига. Нарушение принципа однозначного соответствия в развитии усталостных трещин будет проанализировано далее.

Рис. 3.5. Схема формирования в вершине трещины, в случае монотонного растяжения пластины, зоны пластической деформации в виде цилиндра с расширяющимися краями к поверхности пластины [15]. Зона (/) соответствует плосконапряженному состоянию, а зона (2) — объемному напряженному состоянию

зоны пластической деформации, как и в случае монотонного растяжения или сжатия. Разномас-штабность процессов деформации внутри этой зоны, иерархическая упорядоченность, эволюция в соответствии с принципами синергетики, присущая открытым системам, находящимся вдали от равновесия, — все это приводит к стадийности процесса формирования свободной поверхности внутри этой зоны. Процесс реализуется на разных масштабных уровнях и соответствует последовательно сначала доминированию процессов скольжения, а далее — процессам ротационной неустойчивости. Они развиваются таким образом, чтобы сумма поворотов для всех дефектов не приводила к нарушению сплошности материала. Это условие выполняется, когда сумма ротаций от всех дефектов равна нулю [25]. Когда сумма всех перемещений путем сдвигов не может быть компенсирована, из условия равенства указанной выше суммы нулю, происходит образование свободной поверхности.

Введение относительной деформации в какой-то мере учитывает объемность напряженного состояния в вершине трещины. Скачок трещины реализуется в цикле нагружения в тот момент, когда деформация в плоскости трещины, соответствующая поперечному сужению в процессе монотонного растяжения, не исчерпывается полностью. Применительно к исследованным материалам при частоте нагружения 1,0 Гц было получено

В условиях опыта изменение размера зоны пластической деформации перед вершиной трещины находилось в прямой и однозначной зависимости от частоты нагружения и температуры. Рассматриваемые результаты эксперимента свидетельствуют о возможности использования известных для многих материалов физических характеристик их поведения в условиях монотонного растяжения для описания распространения усталостных трещин. Существенным моментом введения указанных поправок на предел текучести материала являлось то, что они использовались в виде сомножителей. Можно считать, что для материалов имеется диапазон совместного изменения частотно-температурных условий нагружения, в котором (при прочих равных условиях) в результате взаимного влияния этих факторов не происходит усиления или замедления процесса роста трещины.

где поправочная функция F& не зависит от асимметрии цикла R, поскольку указанный критерий прочности рассматривает случай монотонного растяжения.

Усиления эффекта задержки трещины можно достичь, если заполнить отверстия крепежными элементами, установив их с осевым или радиальным натягом. Причем отверстия следует выполнять не только в вершине трещины, но и вокруг нее (А. с. 1191247 СССР. Опубл. 15.11.85. Бюл. № 42), что снижает уровень растягивающих напряжений, вызывающих в эксплуатации раскрытие трещины. Можно ограничиться расположением отверстий только в вершине усталостной трещины, но в этом случае необходимо предварительно, до расположения в отверстиях элементов, осуществить упрочнение его поверхности за счет монотонного растяжения конструкции (А. с. 1054006 СССР. Опубл. 15.11.85. Бюл. № 42). Величина предельной нагрузки должна быть не менее эксплуатационной

150 °С в течение 24 ч круглых образцов, изготовленных из JIS SK5 (С - 0,85 %; Si - 0,24 %; Мп — 0,37 % — остальное феррит), перед их циклической нагрузкой показало следующее [7]. При возрастании степени предварительной деформации на все сечение в результате монотонного растяжения имеет место последовательное возрастание долговечности и периода роста трещины. Причем для разных длин усталостной трещины, которые фиксировались для определения момента зарождения усталостной трещины, имело место однородное возрастание длительности циклического нагружения при возрастании уровня предварительной деформации (рис. 14.26).

Итак, в материале может быть различным образом реализован процесс релаксации энергии, подводимой к кончику трещины в момент монотонного возрастания раскрытия трещины

Второй диапазон — область монотонного возрастания колебаний до граничной частоты (закон массы). Определяет акустические качества конструкции, ее звукоизолирующую способность.

Четвертый диапазон — область монотонного возрастания в первой октаве на 10 дб, далее — на 6 дб. Определяет звукоизолирующую способность ограждения.

При рассмотрении большого числа наплавок различного состава и структуры связи между износостойкостью сплавов и их пределом прочности при трении скольжения по абразиву не выявлено (по оси абсцисс расположены сплавы в порядке монотонного возрастания их износостойкости). Внутри каждой группы сплавов общей зависимости не обнаружено.

Вместо вышеизложенного полуобратного подхода можно использовать прямой метод, основанный на анализе напряженного состояния слоев с ориентацией 90° с трещинами. В работе [11] выражение для средних напряжений в таких слоях получено в замкнутом виде при помощи модифицированного анализа, использующего сдвиговую модель. На рис. 3.9 показаны результаты расчета по этому выражению и численные результаты, полученные при помощи метода конечных элементов (исследуемая область поделена на 270 прямоугольных элементов). Зависимость, приведенная на рис. 3.9,о, на первый взгляд не обнаруживает ничего нового, кроме того, что является уже известным, т. е. монотонного возрастания средних осевых напряжений. Однако если изменить масштаб графика в области, соответствующей x/h = — 4 -т- 8 (см. рис. 3.9,6), то получится удивительная картина. Напряжения достигают максимума и только затем асимптотически снижаются до постоянного уровня. Различие между этим максимумом и напряжениями в удаленной от него области чрезвычайно мало.

Естественно все варианты nik (3ik) расположить в порядке возрастания ПН и при этом исключить из рассмотрения те из них, для которых нарушается принцип монотонного возрастания затрат. Иными словами, исключаются те варианты Hik (3ik), которые доминируются какими-либо другими вариантами, т.е. если nis>nik при 3^< 3,k или Я^ > nik при 3is = 3ik, то такой вариант исключается из рассмотрения. Оставшиеся варианты называются доминирующей последовательностью. ___

Ввиду монотонного возрастания правой части равенства (4.36) \е[Т (tp)] > 8 [7^ (ср)] при всех ср ^> срп и в качестве ср„. можно

тёльность данной установки по текучему (газу, жидкости). Первоначально исследователи по аналогии с другими случаями теплообмена и, в частности, с плотным слоем ожидали монотонного возрастания коэффициента теплообмена аст с увеличением скорости потока.

Кольца, установленные таким образом, уже после нескольких минут работы не дают монотонного возрастания температуры поверхности: температурные кривые выравниваются после небольшого подъема.

Доказательство: Из-за монотонного возрастания R(f) при f = C+l и условия, что /(1) < С+1, справедливо на основании п. «б» (рассматриваем случай, когда f'<\} неравенство

При экспериментальном определении зависимости ст; = /(е,) в условиях монотонного возрастания нагрузки обычно используют простое растяжение гладкого образца. Обработка результатов испытания позволяет получить зависимость истинных напряжений от истинных деформаций в пределах равномерного распределения удлинений по длине образца, т.е. до образования шейки. При нагружении плоского листового образца методом гидростатического выпучивания зависимость о, = /(е(.) может быть получена вплоть до разрушения (см. рис.6.3.6).