Малоцикловая долговечность

го испытательного оборудования .и стендов для натурных испытаний. Оборудование для проведения малоцикловых усталостных испытаний, ударно-усталостных, коррозионно-усталостных, термо-усталост-ных и контактно-усталостных рассмотрено в соответствующих главах по методике проведения этих испытаний.

Разработана установка180 для испытания на малоцикловую усталость с эксцентриковым механизмом. Оригинальная установка181 разработана для малоцикловых усталостных испытаний в условиях мягкого, и жесткого нагружения при круговом изгибе образца.

щем случае достоверной информации об односторонне накопленных деформациях. Таким образом, при использовании интерполяционных зависимостей можно оценить долю малоцикловых усталостных повреждений (без учета квазистатических).

Описание механических свойств композитных материалов, которые могут обладать весьма высокой прочностью (особенно статической и ударной), можно производить двумя путями. В первом случае композитные материалы рассматриваются как квазиоднородные (гомогенные), обладающие в случае объемного дисперсного армирования изотропией деформационных и прочностных свойств, а в случае армирования волокнами, плоскими сетками или тканями — определенного типа анизотропией. Обычно применяют модели ортотропного или трансверсально-изотропного тела. При таком подходе речь идет о механических характеристиках, осред-ненных в достаточно больших объемах, содержащих много однотипных армирующих элементов. Другой, несравненно более сложный, но и более информативный путь состоит в раздельном рассмотрении механических свойств каждой фазы с последующим теоретическим прогнозированием свойств всего композита в целом. При этом приходится рассматривать фактически еще одну дополнительную фазу зоны сопряжения основных фаз, например, матрицы с армирующими волокнами. Механизм повреждений, развивающихся на границах фаз, обычно весьма сложен и определяется помимо свойств основных компонентов гетерогенной системы еще рядом дополнительных факторов, таких как адгезия фаз, технологические и температурные местные напряжения, обычно возникающие вблизи границ, наличие дефектов и др. Границы фаз как зоны концентраций напряжений играют особенно важную роль в развитии много- и малоцикловых усталостных повреждений композитов.

Расчет малоцикловых усталостных повреждений может проводиться по тому же плану, как и описанный в предыдущих пунктах расчет на многоцикловую усталость, с той разницей, что уравнение механических состояний элемента материала должно описывать не процесс микропластических деформаций, связанный с упругими несовершенствами материала, а контролируемый процесс макропластического деформирования. Параметры уравнения механических состояний должны отвечать соответствующим экспериментальным кривым 5ц (etj) при учете деформационной анизотропии материала, циклической нестабильности и ползучести.

4. Злочевский А. В., Шаршуков Г. К. Тензорезисторный метод исследования деформированного состояния элементов конструкций при малоцикловых усталостных испытаниях.— В кн.: Малоцикловая усталость сварных конструкций. Л., 1973, с. 45—51.

В табл. 2 и 3 приведены результаты малоцикловых усталостных и корро-зионно-усталостных испытаний сварных соединений стали 12Х18Н10Т при анодной поляризации +0,2 В (МСЭ).

Дефекты в порошковых сплавах хорошо изучены в консоли-дированном горячим изостатическим прессованием сплав« Rene 95. Эти результаты в основном получены в ходе всестороннего исследования образцов после проведения испытаний на малоцикловую усталость [25,27]. В табл. 17.8 при ведены обобщающие сведения о дефектах основных четыре) видов, обнаруженных в области инициации разрушения пр* малоцикловых усталостных испытаниях образцов из сплавг Ren^95, приготовленного горячим изостатическим прессова нием порошка фракции —150 меш и прошедшего термообработ ку по режимам, близким к указанным в табл. 17.4.

Чисто усталостные испытания теперь проводят не так широко, как раньше. Применяют испытания по Glenny, при которых термические напряжения воспроизводятся в том же виде, что и в реальных деталях; этого достигают с помощью клиновидного образца, позволяющего реализовать различия в скорости нагрева. Правда, напряжения и деформации приходится рассчитывать. Есть стремление к тому, чтобы приспособить методику малоцикловых усталостных испытаний к условиям быстрого нагрева и охлаждения, а затем использовать эти надежно измеренные характеристики долговечности для аттестации реальных деталей. При таком подходе анализ механического и теплового поведения нужно проводить только на детали, но не на образце. И все же испытания на термическую усталость позволяют достаточно просто сравнивать материалы по надежности и улавливать особенности поведения, которые теряются при испытаниях на термомеханическую усталость. Микроструктура клиновых образцов (в 358

щем случае достоверной информации об односторонне накопленных деформациях. Таким образом, при использовании интерполяционных зависимостей можно оценить долю малоцикловых усталостных повреждений (без учета квазистатических) .

Для большинства машин и конструкций в связи с повторяемостью нагружения с относительно большими неупругими деформациями (около 0,5... 1%) при ограниченном числе циклов (до 104) развиваются длительное статическое и усталостное повреждения. Поэтому задача прогнозирования прочности и ресурса элементов таких машин и конструкций предопределяет необходимость исследования процессов малоциклового деформирования с анализом накопления как длительных статических, так и малоцикловых усталостных повреждений в их взаимодействии. Традиционные методы расчета статической и длительной статической прочности, основанные на оценке номинальных напряжений, оказываются недостаточ-

34. Злочевский А. Б., Шаршуков Г. К. Тензорезисторный метод исследования деформированного состояния соединений элементов конструкций при малоцикловых усталостных испытаниях. — В кн.: Малоцикловая усталость сварных конструкций. Л.: ЛДНТП, 1973, с. 43—5)1.

В работах [1, 13] показано заметное различие кривых усталости металлов при осевом растяжении и кручении. Малоцикловая долговечность при знакопеременном кручении, выраженная через амплитуду эквивалентной пластической деформации, в несколько раз (более двух) больше, чем при одноосном напряженном состоянии. Различие циклической повреждаемости металла при разных видах циклической деформации видимо связано с тем, что предельная пластичность зависит от степени объемности (жесткости) напряженного состояния, характеризуемого отношением шарового тензора к девиатору. Некоторые среды вызывают сильные изменения пластических характеристик металла. Влияние среды на пластичность металла можно оценивать коэффициентом Ккс:

V ucp У 5.4. Малоцикловая долговечность

5.4. Малоцикловая долговечность................................................... 318

Выше было рассмотрено влияние концентраторов напряжений на усталость сплавов при малоцикловом нагружении. Однако малоцикловая долговечность зависит не только от наличия концентраторов напряжений; в значительно большей степени она изменяется в результате совместного влияния коррозионной среды, условий нагружения, состояния металла, концентрации напряжений, внешней поляризации и пр. Действие этих факторов на долговечность сплавов может проявляться по-разному в зависимости от их химического состава, структурного состояния, а также состояния поверхностных слоев металла. Циклическое нагруже-ние в коррозионной среде при большой общности с процессами коррозионного растрескивания имеет свою специфику.

Так как чувствительность титановых сплавов к коррозионной среде непосредственно связана с моментом разрушения защитной оксидной пленки, их малоцикловая долговечность зависит от уровня упруго-пластических деформаций в вершине надреза или трещины, а также от свойств защитной пленки. Чем больше степень деформации, тем сильнее повреждается защитная пленка и соответственно происходит- разблаго-раживание электрохимического потенциала. Исследования, выполненные Симондом и Эвансом, а также Н. Д.Томашовым, показали, что в области упругих напряжений не происходит заметного изменения электрохимического потенциала. Более того, возможно даже некоторое его смещение в область положительных значений при повышении уровня упругих напряжений. Последнее связывают с лучшей аэрацией поверхности вследствие интенсивного перемешивания раствора при знакопеременном нагружении. Однако как только циклические напряжения вызывают пластическую деформацию, достаточную для разрушения пленки, проис-

Таблица 21. Малоцикловая долговечность образцов сплава ВТ5-1 с газонасыщенным слоем

При изотермическом малоцикловом нагружении влияние температуры на сопротивление усталости весьма значительно. Взаимное расположение кривых усталости 1 и 3 (см. рис. 2.5) и точек 1 и 2 на рис. 2.6 указывает на то, что при увеличении температуры испытания малоцикловая долговечность может уменьшаться на один-полтора порядка, хотя деформационная способность рассматриваемых жаропрочных

Зависимости e(Wy) на рис. 3.25 дают достаточно полную информацию о сопротивлении длительной малоцикловой усталости конструкционного сплава. Анализ усредненных кривых показывает, что температура испытаний оказывает заметное влияние на сопротивление малоцикловой усталости: при увеличении температуры до 700 °С малоцикловая долговечность может уменьшаться в 7 раз.

11. Гаденин, М. М. Малоцикловая долговечность элементов конструкций в условиях высокотемпературного двухчастотного нагружения.— В кн.: III Всесоюз. симпоз. «Малоцикловая усталость элементов конструкций». Вильнюс: РИСО ЛитССР, 1979, вып. 2.

Существующие подходы механики разрушения к оценке долговечности не учитывают эффекты предварительной перегрузки труб при гидравлических испытаниях. В реальных условиях в зонах концентраторов напряжений происходят существенные изменения металла, связанные с локализацией пластических деформаций и докри-тическим ростом трещиноподобных дефектов. В результате этого малоцикловая долговечность труб с критическими дефектами после проведения гидравлических испытаний может быть заметно ниже по сравнению с расчетной, найденной без учета эффектов предварительной нагрузки.

Установлено, что наиболее опасный термомеханический режим нагружения — синфазный. Малоцикловая долговечность при этом режиме по сравнению, например, с долговечностью при противофазном режиме нагружения может уменьшаться на порядок и более.