Низкочастотном диапазоне

Приближение к указанной критической частоте (iff нагружения по мере ее возрастания сопровождается противоположными процессами по своему влиянию на рост трещин. С возрастанием частоты материал не успевает в полной мере релакси-ровать поступающую энергию к кончику трещины за счет процессов пластической деформации в связи с приближением к скорости движения дислокаций и избыток поступающей энергии будет релак-сирован за счет создания свободной поверхности квазихрупко. Движение трещины в момент ее скачкообразного подрастания в цикле нагружения не будет заторможено за счет пластической релаксации, и поэтому ее скорость будет близка к скорости распространения статической, хрупкой трещины при монотонном растяжении материала. Следует ожидать влияние на скорость роста трещины охрупчивания материала из-за резкого снижения возможности пластической релаксации поступающей энергии по мере нарастания частоты нагружения в две стадии. Первоначально возрастание частоты нагружения приводит к снижению размера зоны пластической деформации при прочих равных условиях, что и объясняет основной эффект ее влияния на снижение скорости роста трещины [1]. Результаты выполненных испытаний жаропрочного сплава In 718 на образцах толщиной 11 мм при нагреве до температуры 923 К и асимметрии цикла 0,1 приведены на рис. 7.1. Чередование частот приложения нагрузки приводит к тому, что взаимное влияние условий роста трещины при плоской деформации и плосконапряженном состоянии снижает скорость роста трещины при низкой частоте нагружения по сравнению с монотонным процессом неизменно низкочастотного нагружения.

Для условий низкочастотного нагружения предложены деформационные критерии усталостного разрушения {54] :

В измерительной обмотке с числом витков п при этом возбуждается э. д. с. в первом приближении, в случае низкочастотного нагружения равная

данных, относящихся к высоким и низким частотам, и выяснением степени различия между этими данными. Для многих металлов и сплавов (сталей никелевых, алюминиевых, титановых и др.) и неметаллов (стекло, керамика, ситаллыидр.) поверхностный анализ усталостных изломов и кривых усталости, полученных на высоких частотах нагружения, может не выявить рассматриваемого различия. Это закономерно, поскольку при высокочастотном деформировании материала усталостная трещина имеет все основные, характерные для низкочастотного нагружения, признаки, а ориентация зарождающихся и распространяющихся усталостных трещин для широкого диапазона частот не изменяется по отношению к направлению действия максимальных

<><.,* 000 550 500 450 400 350 1 ба,' 500 450 400 350 300 1 № ^ ^x циклического нагружения более чем на три порядка повышает предел выносливости приблизительно па 12 % как для одного, тёк и для другого сплава. Этот рост можно объяснить тем, что при одинаковых амплитудах напряжений уровень неупругой деформации, от которой зависит развитие усталостных повреждений, будет больше в случае низкочастотного нагружения. При высоких частотах процесс пластического деформирования не успевает завершиться в такой степени, как при низкой частоте, и повреждав-7 мость материала в этом случае будет меньше.

В условиях циклического низкочастотного нагружения при повышенной температуре образцов хромомолибденовой стали обнаружено и проанализировано специфическое ступенчатое строение трещин малоцикловой усталости. Показано, что причина появления трещин подобного строения — изменение характера циклического нагружения, происходящее при асимметричном развитии трещины в образцах круглого сечения при круговом изгибе. Полученные результаты могут быть использованы при анализе условий работы и разрушения сталей при высоких температурах в тяжелонагруженных конструкциях.

подвижной катушки, а другой — со штоком 12. Шток 12 движется в подшипниках 11 и 15 с регулируемыми эксцентричными втулками для установки соосности механизма нагружения. В шток 12 встроен упругий элемент датчика 14 силы. Шток 12 шарниром 16 соединен с эксцентриковым механизмом 18 низкочастотного на-гружения испытуемого образца. Эксцентриситет этого механизма может плавно изменяться устройством 26 в процессе нагружения образца. Для сглаживания неравномерности хода эксцентрикового механизма нагружения служит маховик 17. Роль маховика также выполняет корпус механизма в устройстве 26. Эксцентриковый механизм приводится в движение клиноременной передачей 20 от редуктора 21 с электродвигателем, установленным на основании 22 машины. Эксцентриковый механизм низкочастотного нагружения смонтирован на плите 19, которая может перемещаться по направляющим 27. Плита 19 ходовым винтом 25 соединена с чер-вячно-винтовым механизмом 23 статического нагружения испытуемого образца. Механизм установлен на основании 22 машины и приводится в движение электродвигателем 24. Обмотка подмагничивания электродинамического возбудителя питается выпрямителем 29. Подвижная катушка возбудителя питается от усилителя 30 мощностью 5 кВ-А с задающим генератором. Электродинамический возбудитель развивает усилие 5000 Н и производит высокочастотное нагружение как в резонансном, так и в нерезонансном режимах. Измерительное устройство 31 измеряет высокочастотную составляющую нагрузки, действующей на образец. Измерительное устройство 28 измеряет низкочастотную и статическую составляющие нагрузки, действующей на образец. Пружина 10 статического нагружения играет роль дополнительного механического фильтра, уменьшающего воздействие высокочастотной нагрузки на датчик 14.

Диапазон плавного изменения эксцентриситета (мм) механизма низкочастотного нагружения . . . . .

Повреждаемость, накапливаемая в деталях авиационного двигателя от действия низкочастотного нагружения и нагрева (малоцикловое нагружение), зависит от условий работы деталей. В дисках турбин малоцикловое нагружение от повторных запусков, изменений режима, включения реверса проявляется в сочетании статических (от центробежных сил) и термических нагрузок. Как показано в работе [4], в момент запуска двигателя условия работы материала в ободе, на ступице и в полотне диска различны. В ободной части температурные напряжения и напряжения от центробежных сил имеют разный знак, однако при выключении двигателя и продувке холодного воздуха возможен обратный температурный градиент [2], и в этом случае механические и термические напряжения в ободной части суммируются. Максимальные значения нагрузки и температуры при этом не совпадают, т. е. происходит неизотермическое нагружение. В ступице и в полотне диска температурные напряжения суммируются с центробежными и их максимум совпадает в цикле нагружения с моментом достижения максимальной температуры. В остальной части цикла диск работает на стационарном режиме; вибрационные напряжения в нем обычно невелики.

Влияние частоты наложенных деформаций и, что не менее важно, скорости нагружения в условиях двухчастотного нагружения может быть проиллюстрировано на примере сопоставления рассмотренных выше результатов п экспериментальных данных, полученных при двухчастотном нагруженной этой же стали с формой циклов, представленной на рис. 4.19, в, когда частота низкочастотного нагружения (включая время выдержек), температура, а также уровни максимальных и высокочастотных напряжений оставались прежними, а частота а„2 составляла /2 = 30 Гц. что соответствовало соотношению частот /2/Д = 18 000. Характер развития деформаций в этих условиях показан на рис. 4.27. Важно, что их кинетика в основном подобна изменению соответствующих характеристик при нагружении с меньшим соотношением частот (см. рис. 4.25). Как и в последнем случае, полная ширина петли гистерезиса б^ после уменьшения в первые циклы нагружения вследствие упрочнения материала в дальнейшем несколько стабилизируется, а затем начинает увеличиваться (рис. 4.27, и), но интенсивность разупрочнения материала в этом случае существенно ниже, чем при нагружении с/2/Д = 80. Активная же составляющая циклической пластической деформации 6^ вплоть до разрушения остается на установившемся уровне для всех исследованных напряжений. В связи с этим увеличение с числом циклов полной ширины петли следует отнести за счет деформации циклической ползучести е^\ которая также непрерывно увеличивается после начальной стадии пагружения (рис. 4.27, б). Если сравнить ее абсолютные значения для одних и тех же уровней максимальных напряжений двухчастотного нагружения при УУ/1 = 18 000 и /2//! = 80 с нагруженном по трапецеидальной форме циклов, принимая во внимание при этом закономерности взаимосвязи диаграмм циклического деформирования по про-

Для дюралюминиевых образцов наложение высокочастотной нагрузки с амплитудой 1—40% амплитуды полной нагрузки, которая постоянна, существенно уменьшает долговечность, характеризуемую числом циклов низкочастотного нагружения. Это уменьшение соответствует снижению долговечности материала до 80% по сравнению с его начальным значением.

Испытания на кручение в низкочастотном диапазоне от 1 до 20—30 Гц осуществляются кривошипными машинами или машинами с центробежными возбудителями (верхняя часть диапазона) при симметричном и асимметричном цикле. Кривошипный механизм — жесткое нагружение. При оснащении машин с таким механизмом динамометрами и регуляторами эксцентриситета кривошипного привода можно получить нагружение с постоянным моментом и программируемой амплитудой. Наибольшее распространение для испьь-таяия на усталость при кручении получили машины с передачей крутящего момента посредством двойного кривошипа и резонансные машины с механическими вибраторами.

Как было показано в 1.6, собственные частоты колебаний металлоконструкций можно разделить на три диапазона. В низкочастотном диапазоне конструкции совершают колебания как абсолютно жесткие. При этом ускорения обратно пропорциональны массе, а при наличии амортизации резонансные амплитуды ускорения обратно пропорциональны коэффициенту поглощения материала амортизаторов. Для возбуждения колебаний в низкочастотном диапазоне требуются значительные силы, поэтому целесообразно применение электродинамических, механических и пневматических вибраторов [56].

неравномерную нагрузку на приводную часть насоса. Спектр вибрации, обусловленный неравномерностью давления, имеет дискретный характер с составляющими, кратными основной частоте вращения в низкочастотном диапазоне.

Каждому диапазону свойственны свои особенности возмущающих сил, частотных характеристик конструкций двигателей и процесса передачи колебательной энергии. В низкочастотном диапазоне возбуждение вибрации происходит от сил инерции поступательно движущихся масс, моментов этих сил, центробежных сил инерции вращающихся масс, сил давления газов при сгорании топлива и т. д.

В среднечастотном диапазоне возбуждение вибрации двигателей определяется высшими гармониками возмущающих сил, действующих в низкочастотном диапазоне, трением и ударами в подвижных сочленениях при перекладке зазоров.

Проблема вибрации и шума электрических машин приобретает все большее значение. Это обстоятельство связано как с непрерывным возрастанием скоростей и мощностей мавдин, так и с постоянным ужесточением требований к уровням вибрации и шума. Если ранее проблема сводилась, в основном, к обеспечению динамической прочности машин, для чего достаточно изучения колебаний в низкочастотном диапазоне, то в настоящее время уровни вибраций и шума регламентируются уже в широком диапазоне частот (до 10 000 Гц).

В стационарных системах также широко применяют запись шума на магнитную ленту при помощи измерительных магнитофонов или магнитографов. Запись на магнитную ленту шума производят для накопления данных с целью их сопоставления с результатами других измерений, для частотного преобразования при частотном анализе шума в низкочастотном диапазоне и для частотного анализа импульсного шума после склейки отдельных участков ленты в кольца.

Известно [2], что пассивные механические двухполюсники могут быть представлены на-эквивалентной электрической схеме некоторым числом LC-контуров. На рис. 8 параллельно массам ти и тн источника и нагрузки включены последовательные LC-контуры, имитирующие резонансы в системах с распределенными постоянными. В ранее рассмотренных случаях выбиралась достаточно большая постоянная времени Т #С-фильтра, так что область отрицательного сопротивления (соIK) Re [zn (I + /С/)] <0 умещалась целиком в низкочастотном диапазоне, где 2№ л;/соти. Очевидно, при этих условиях устойчивость определяется условиями на первой критической частоте

В низкочастотном диапазоне возбуждение вибрации происходит за счет сил инерции движущихся масс, дебаланса вращающихся деталей, неравномерной нагрузки при резании и трении, воздействий от фундамента станка и т. п.

В среднечастотном диапазоне возбуждение вибрации станка определяется высшими гармониками возмущающих сил, действующих в низкочастотном диапазоне, процессом пересопряжения зубьев, циклическими ошибками в зацеплении зубчатых передач и т. п. Возмущающие силы в этом диапазоне — узкополосные случайные процессы с определенной средней частотой,, амплитудой и фазой, статистически меняющейся около некоторого среднего значения. В первом приближении возмущение мозина также считать детерминированным.

В этом диапазоне обычнонаходятся первые собственные частоты корпусных деталей и валов привода главного движения и подач станка, вследствие чего сами конструкции и детали станка уже нельзя считать абсолютно жесткими, недеформируемыми. Вместе с тем узлы станка, которые в низкочастотном диапазоне считались абсолютно жесткими, здесь сильно связаны, в силу чего нельзя полностью разобщить систему на отдельные независимые подсистемы. Поэтому для изучения вибрационных процессов в средне-частотном диапазоне рационально использовать метод многополюсников, т. е. рассматривать подсистемы как многополюсные генераторы колебаний, связанные с многополюсной нагрузкой. При этом в упругой системе определяются возмущающие силы и механические сопротивления в точках соединения подсистем, а затем, используя теорию многополюсников, рассчитываются колебания в этих точках.