Неизотермическом нагружении

35. Гусенков А.П. Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1979. 295 с.

18. Гусенков А.П. Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении. - М.: Наука, 1979, - 295 с.

Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении. Гусенков А. П. М., Наука, 1979.

Методы и средства исследований при неизотермическом малоцикловом нагружешш

Исследование характеристик деформирования и критериев прочности при неизотермическом малоцикловом нагружении должно осуществляться с использованием методов и аппаратуры, позволяющих воспроизводить в частном диапазоне различные сочетания независимых, в том числе и произвольных, режимов нагру-жения и нагрева в контролируемых условиях деформирования. Таким требованиям наиболее полно соответствуют программные испытательные установки с обратными связями по нагрузкам (деформациям) и температурам.

Отражена роль формы цикла нагружения и нагрева, отмечено-влияние знака нагружения при высокотемпературной выдержке. При неизотермическом малоцикловом и длительном малоцикловом разрушении обнаружены и исследованы наиболее повреждающие типы циклов нагружения и нагрева.

§ 1.3. Прочность при неизотермическом малоцикловом и длительном циклическом нагружении.......... 43

И НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОМ МАЛОЦИКЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ

Наличие максимума на кривой ат—N при неизотермическом малоцикловом нагружении можно объяснить описанным выше процессом накопления повреждений в полуциклах растяжения и сжатия. Можно полагать, что значение ат=а°г%* (оптимальное) соответствует такому соотношению предельных напряжений в цикле, при котором процесс деформирования совершается с наименьшей работой деформации. Увеличение долговечности при небольших значениях ат, или, во всяком случае, отсутствие влияния таких величин от, отмечено в отдельных исследованиях [2]. Однако этот факт не был объяснен, либо говорили о возможном разбросе данных эксперимента. Как видно, наличие максимума по оси долговечности подтверждается достаточно уверенно, и это обстоятельство можно представить вполне закономерным. Различие свойств материала в полуциклах растяжения и сжатия на первом этапе можно учесть в следующем виде [24, 72]. Если за основной параметр, определяющий повреждение, принять превышение предела текучести (в напряжениях) в каждой половине цикла, то коэффициент асимметрии можно записать в виде

Расчет Ле и енак в уравнении (5.28) существенно упрощается, если справедливо предположение о наличии единой поверхности деформирования. При малоцикловом изотермическом нагружении это обстоятельство достаточно обосновано; имеются также данные о возможности подобного подхода и при неизотермическом малоцикловом натружении [12, 18].

Деформационный критерий в виде (5.39) и (5.40) можно использовать и при неизотермическом малоцикловом нагружении, поскольку процессы циклической релаксации подо'бны. Однако если помимо деформаций ползучести в цикле возникают и пластические деформации течения (в момент возрастания нагрузки), то в качестве предельной величины е^ в уравнении (5.40) следует брать лишь ту долю общей деформации при статическом разрушении, которая развивается за счет ползучести за время натружения образца циклической нагрузкой. Так, деформация ползучести сплава ХН77ТЮР при t—8QO°C и а=400 МПа за 1,5 ч составляет 7%. Расчетное значение долговечности по уравнению (5.38) УУрасч = 83 цикла, что соответствует экспериментально определенной долговечности .сплава ХН77ТЮР (Wp= = 654-93 цикла) при испытании по режиму: *= 100^800° С; тц=2,8 мин. При этом эквивалентное напряжение за период релаксации в цикле составляет 400 МПа, а величина релаксации Акт—ПО МПа. В этом же случае длительная пластичность (остаточная деформация), полученная при разрыве образца за 1,5ч,е*== 11,5%^очевидно, что разность 11,5—7=4,5% представляет собой ресурс пластичности, используемый на поцикловую пластическую деформацию, в том смысле, как это подразумевается в уравнении Коффина.

В общем случае при неизотермическом нагружении диапазон изменения температур может охватывать температуры, для которых зависимость располагаемой пластичности от времени оказывается выраженной, причем интенсивность процесса при максимальных и минимальных уровнях температуры может быть существенно различной. В связи с этим в условиях неизотермично-сти величина располагаемой пластичности становится зависящей от формы температурного цикла.

• Расчет суммарного повреждения для режимов неизотермического нагружения типов, показанных на рис. 1.3.1, а — г, в форме деформационно-кинетического критерия (уравнение 1.3.1) показывает вполне удовлетворительное соответствие данных деформационно-кинетическому критерию длительной малоцикловой неизотермической прочности (рис. 1.3.3). Величина суммарного повреждения укладывается в полосе разброса от 0,5 до 1,5, что свидетельствует о возможности использования для расчета прочности при неизотермическом нагружении предлагаемого критерия.

Выявленное при неизотермическом нагружении характерное для ряда сталей и сплавов (например, Х18Н9, ЭИ-654, ВЖ-98, ЭП-693ВД и др.) наличие режимов, обладающих большим повреждающим эффектом, требует при расчете конструкций на малоцикловую усталость определять и учитывать названные эффекты, обусловливающие для некоторых конструкционных материалов изменение долговечности не в запас прочности.

Как подчеркивалось выше, испытания при неизотермическом нагружении с получением базовых характеристик, необходимых для оценки накопления повреждений, должны проводиться на программных испытательных установках с обратными связями по нагрузкам (деформациям) и температурам. Вместе с тем в практике получили распространение методики термоусталостных испытаний [16, 138, 186, 192, 196, 254, 257, 282] благодаря простоте и близости в ряде случаев условий нагружения и нагрева эксплуатационным. Нагружение на термоусталостных установках осу-

ческом и неизотермическом нагружении в равной степени как прочностных, так и деформационных характеристик.

В соответствии с гипотезой поверхности неизотермического нагружения режимы I, II, III должны дать весьма различные диаграммы деформирования стали (рис. 2.5.4). Так, ширина петель гистерезиса при неизотермическом нагружении по режимам I и II должна соответствовать испытаниям с постоянной температурой на уровне максимальной и минимальной температур в цикле. Как известно [234, 238], при принятых длительностях цикла у стали 1Х18Н9Т временные эффекты в первых нескольких циклах нагружения не успевают проявиться. Это обстоятельство позволяет сопоставить диаграммы изотермического и неизотермического нагружении на начальной стадии циклического нагружения (рис. 2.5.5, а). Проведены испытания, когда максимальная тем-

Рассмотрим аппаратуру и методические особенности исследований при неизотермическом нагружении. В настоящее время используются установки нескольких типов, различающиеся по. своим параметрам и возможностям воспроизведения режимов нагружения и нагрева.

28. Биргер И. А., Демьянушко И. В. Теории пластичности при неизотермическом нагружении.— Механика твердого тела, 1968, № 6.

34. Вашунин А, И., Котов П. И. Некоторые особенности методики малоцикловых испытаний при неизотермическом нагружении.— Заводская лаборатория, 1975, № 4.

•92. Калугина О. Н., Простяков Ю. М., Гусенков А. П. К методике для исследования упругопластического циклического деформирования при неизотермическом нагружении.— В кн.: Сопротивление деформированию и разрушению при малом числе циклов нагружения. М.: Наука, 1967.

102. Котов П. И., Вашунин А. И. К методике изучения процесса упруго-пластического деформирования при неизотермическом нагружении.— Заводская лаборатория, 1975, № 1.