Малоциклового усталостного

74. Механика малоциклового разрушения / Н.А. Маху-тов, М.И. Бурак, М.М. Гаденин и др. - М.: Наука, 1986. - 264с.

В условиях жесткого нагружения образцов без концентрации напряжений процессы коррозионного и малоциклового (усталостного) разрушения идут практически независимо друг от друга, поскольку заданный цикл деформации при нагружении (рис. 6.5, а и б) сохраняется неизменным. Общее коррозионное растворение даже способствует снижению номинальных деформаций. Однако равномерное коррозионное растворение металла обычно реализуется лишь при воздействии сильно агрессивных сред. В большинстве случаев, в силу гетерогенности свойств поверхности образца, коррозия происходит локализованно. При этом в результате повышения напряжений в ослабленных коррозией участках происходит интенсификация механохимиче-ских эффектов и малоциклового разрушения вследствие повышения местных пластических деформаций.

57. Механика малоциклового разрушения /А.Н. Махутов, М.И. Бурак, М.М. Гаденин и др. - М.: Наука, 1986. - 264 с.

Возрастание соотношения главных напряжений играет аналогичную роль в изменении долговечности, как и снижение уровня напряжения в случае одноосного нагружения. В области отрицательных соотношений главных напряжений следует рассматривать ситуацию малоциклового разрушения в условиях опыта, тогда как в области положительных соотношений главных напряжений реализуется многоцикловое разрушение. Это заключение подтверждается данными о соотношении между периодом роста трещины и долговечностью в подобных условиях опыта.

Повреждение материала по объемам диска одними и теми же нагрузками ПЦН, отвечающими области МЦУ, различно. Поэтому имеет место различие в количестве циклов нагружения, которые следует использовать в оценке длительности роста трещины для случаев чисто малоциклового разрушения. Наибольшее повреждение материала за ПЦН в области МЦУ реализуется в ободной части диска, где каждый ПЦН вызывает пять актов продвижения трещины.

в начале зоны малоциклового разрушения величину 0,45-0,55 мкм, закономерно возрастал по длине трещины, достигнув величины в 6-8 мкм при длине трещины в радиальном направлении около 9 мм (см. рис. 9.52).

Из результатов фрактографического исследования диска IX ступени КВД двигателя CF6-50 видно, что разрушение диска началось из-за исчерпания его долговечности по критериям МНЦУ, но развитие трещины под действием вибрационных нагрузок было локализовано в пределах зоны с размерами около 4,5 мм по оси диска и 2 мм по его радиусу. Далее развитие трещины определялось нагрузками, отвечающими области МЦУ. При этом разрушение материала в малоцикловой области вначале было смешанным вязким внутри-зеренным и хрупким межсубзеренным, а затем подавляющую роль стал играть хрупкий межсубзе-ренный механизм разрушения материала. Аналогичные особенности разрушения материала как в плане перехода ведущей роли в повреждении материала от высокочастотных вибрационных нагрузок к нагрузкам, отвечающим области МЦУ, так и в части реализуемых механизмов малоциклового разрушения материала наблюдались у дисков

Указанный комплекс исследований дает возможность сформулировать критерии образования и развития малоциклового разрушения в опасных зонах элементов конструкций и тем самым перейти к разработке методов расчета на малоцикловую прочность.

Кинетика напряжений и деформаций с числом нагружений определяет особенности малоциклового разрушения. Циклические свойства металла, а также условия нагружения обусловливают усталостный, квазистатический или переходный от одного к другому характер разрушения [132, 188, 200].

Указанные испытания позволяют установить основные закономерности циклического упругопластического деформирования и критерии малоциклового разрушения.

Рассмотренные выше закономерности малоциклового разрушения при мягком и жестком симметричном и асимметричном нагру-

Согласно [64], расчет коррозионно-усталостной долговечности магистральных нефтепроводов проводился в рамках модели Коф-фина — Мэнсона в виде (5.1) с учетом поправки на упругую составляющую амплитуды деформации (<т.,/Е, где ст., - предел выносливости, который в соответствие с известными эмпирическими соотношениями был принят равным 0,5 ств). При этом рассчитанное число циклов до разрушения трубы составило N = 6 254. Следует отметить, что, согласно современным представлениям о долговечности магистральных нефтепроводов, эксплуатирующихся в условиях коррозионно-усталостного нагружения, расчетное число циклов до разрушения должно составить около 12 000 циклов (при среднестатистической частоте малоциклового усталостного нагружения, равной около одного цикла в сутки, и нормативном сроке эксплуатации нефтепровода, равном 33 годам) [64]. По данным Урало-Сибирского управления магистральных трубопроводов такая, по порядку величины, цикличность сохраняется и в настоящее время, несмотря на изменение режимов перекачки (часть трубопроводов эксплуатируется в режиме недогрузки). При расчете на прочность, как это отмечено выше, СНиП 2.05.06-85 не оговаривает меру использования несущей способности трубопроводов в условиях коррозионной усталости. Другими словами, в действующем СНиП 2.05.06-85 наряду с отсутствием расчета магистральных трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях усталости, не приводится величина максимально допустимого уровня кольцевых растягивающих напряжений, определяемого в мировой практике как отношение напряжения в стенке трубы к пределу текучести стали. Исходя из полученного выше результата возникает необходимость в определении максимально допустимого значения этого отношения для реализации установленного ресурса нефтепровода в условиях коррозионно-усталостного нагружения. Это может быть достигнуто на практике путем снижения давления в трубопроводе, увеличением толщины стенки трубы или. применением стали с более высокой группой прочности. Однако в практике эксплуатации действующих трубопроводов для уменьшения упругопластических деформаций до определенного уровня, обеспечивающего реальную коррозионно-усталостную долговечность нефтепровода с учетом

В условиях жесткого нагружения образцов без концентрации напряжений процессы коррозионного и малоциклового (усталостного) разрушения идут практически независимо друг от друга, поскольку заданный цикл деформации при нагружении (рис. 6.5, а и б) сохраняется неизменным. Общее коррозионное растворение даже способствует снижению номинальных деформаций. Однако равномерное коррозионное растворение металла обычно реализуется лишь при воздействии сильно агрессивных сред. В большинстве случаев, в силу гетерогенности свойств поверхности образца, коррозия происходит локализованно. При этом в результате повышения напряжений в ослабленных коррозией участках происходит интенсификация механохимиче-ских эффектов и малоциклового разрушения вследствие повышения местных пластических деформаций.

В процессе эксплуатации авиационных ГТД случаи малоциклового усталостного разрушения двухфазных титановых дисков разных ступеней компрессоров имеют повторяющийся характер. Отличительной особенностью эксплуатационных разрушений титановых дисков в области МЦУ является возможность раздельной или совместной реализации при одинаковых условиях нагружения вязкого внутризеренного и хрупкого межсубзерен-ного механизма разрушения материала с формированием соответственно бороздчатого и фасеточного рельефа излома. При этом кинетические параметры разрушения, характеризующие рост трещины при реализации только одного механизма, могут изменяться от диска к диску в несколько раз, а при разных механизмах интервал наблюдаемых скоростей даже в пределах одного диска может достигать порядка и более. При таком разнообразии возможных реакций титановых сплавов на однотипное внешнее воздействие при оценках длительности эксплуатационных разрушений дисков главное значение приобретает точность определения соответствия того или иного числа элементов излома в виде усталостных бороздок одному ПЦН.

вечность образцов с трещинами, имевшими ориентацию ОХ, почти в 2 раза ниже долговечности образцов, у которых трещины имели ориентацию OY, и независимо от ориентации трещин переход от треугольной формы цикла нагружения к трапецеидальной вызывает снижение долговечности образцов на 10—17 %. Период роста трещин по боковой поверхности образцов составляет всего 4-12 % от долговечности образцов. У двух образцов трещины совсем не вышли на их боковую поверхность, что нетипично для случаев малоциклового усталостного разрушения конструкционных материалов.

емом диске — текстурирование материала, повлиявшее на снижение его долговечности и снизившее период роста трещин. Однако, судя по наработке дисков в эксплуатации на момент их разрушения, не было однозначной зависимости долговечности дисков от величины радиуса и/или наличия текстуры материала. Различие в долговечности дисков с разным радиусом галтели и текстурой материала составило 2537-2020 циклов. Это естественный разброс долговечности материала в области малоциклового усталостного разрушения. Более существенно долговечность дисков в эксплуатации отличалась от стендовых дисков. Циклическая наработка дисков в эксплуатации была почти в 4 раза ниже.

од роста трещин, определяющий живучесть дисков в реализуемых условиях эксплуатации, связан с развитием разрушения в пределах первой зоны на глубину 1,0-1,2 мм, определяющую стабильное подрастание трещины по механизму формирования усталостных бороздок. Причем закономерность формирования усталостных бороздок с шагом более 0,3 мкм отвечает области малоциклового усталостного разрушения.

го состояния элемента конструкции [3]. Во всех случаях развитие трещин происходит с сохранением линейного нарастания шага усталостных бороздок вдоль малой оси полуэллиптической трещины (см. рис. 10.7). Такая закономерность характерна для малоциклового усталостного разрушения элемента конструкции для его нагружения с постоянной деформацией в случае двухосного напряженного состояния (см. главу 6).

величин шага усталостных бороздок. Они соответствуют области малоциклового усталостного разрушения материала. В этом случае для больших сечений массивных конструкций зависимость шага усталостных бороздок от эквивалентного коэффициента интенсивности напряжения характеризуется показателем степени те = 2, поскольку следует рассматривать нагружение с постоянной деформацией. Поэтому можно записать (см. главу 5):

В работах [115, 189, 234] сформулировано условие малоциклового усталостного разрушения в силовой трактовке. Предполагается, что разрушение (образование трещин) в циклически деформируемой детали наступает тогда, когда напряжения в наиболее нагруженной точке достигают значения, соответствующего при данном числе циклов разрушающему напряжению, определенному по кривой долговечности в условиях мягкого нагружения для материала при однородном напряженном состоянии.

Базовыми экспериментами при использовании деформационно-кинетических критериев в форме (1.1.10)—(1.1.12) являются малоцикловые испытания при жестком нагружении и статический разрыв, проводимые с целью построения кривой малоциклового усталостного разрушения и определения располагаемой пластичности

материала. Следует подчеркнуть, что расчетное определение кривой малоциклового усталостного разрушения на основе приведенной выше корреляции характеристик усталости и статических характеристик прочности и пластичности материала может быть использовано только для приближенной оценки долговечности. В случаях проверки критериальных зависимостей (1.1.10)—(1.1.12) необходимо располагать прямыми экспериментальными данными