Нагружения оказывает

Полученные таким образом линии допустимых напряжений построены с применением ПЭВ IBM для случая однородного поля напряжений применительно к толстостенным сосудам высокого давления (рис. 4.3, 4.4). Режимы нагружения необходимо выбирать так, чтобы избежать попадания в опасную, с точки зрения возможного разрушения, область, расположенную левее и выше соответствующей кривой. Чем больше величина At тем, при прочих равных условиях, должны быть допускаемые напряжения и соответственно ниже величина отношения [ст]/ат. При постоянном значении At отношение [ст]/ат должно снижаться с увеличением толщины стенки. Например, как видно из анализа рис. 4.3,а, б, если At = 0, то [о]/от составляет 0,62; 0,45; 0,37; 0,32; 0,23; 0,2; 0,19 и 0,8 соответственно при толщине стенки 20, 40. 60, 80, 150, 200 и 300 мм.

Таким образом, для оценки поведения трещины в условиях эксплуатационного нагружения необходимо знать напряженно-деформированное состояние, а также трещиностойкость материала, из которого изготовлен исследуемый элемент аппарата.

тановка. Один из вариантов такой установки показан на рис. 2.17. Она весьма проста по конструкции и удобна для практического пользования. Обе схемы нагружения квадратных пластинок позволяют получать стабильные и воспроизводимые результаты (при llh :> 15) в достаточно широком диапазоне относительных прогибов пластинки, так как зависимость прогиба от нагрузки в исследованном диапазоне (рис. 2.18) линейна практически для всех пространственно-армированных композиционных материалов. Исключение составляют трехмер-ноармированные композиционные материалы типа углерод-углерод, для которых при прогибе выше (0,85—0,9) Л имеет место небольшая нелинейность. При реализации этих схем нагружения необходимо, чтобы точки приложения сосредоточенных сил располагались в вершинах углов или на расстояниях, не превышающих (0,5—1,0) Л от вершин углов по диагоналям пластинки при llh = 10 (рис. 2.19).

a^viuf — доли циклических и статических повреждений за один полет соответственно. Предельное число полетов двигателя определяется из суммирования накопленных повреждений до единицы. Для определения Ае, отвечающего каждому г'-му циклу нагружения, необходимо знать НДС диска и его изменение от цикла к циклу. Наиболее полную картину кинетики НДС дает тензометри-рование натурного диска или его модели, но в силу трудоемкости этих работ при проектировании дисков кинетику их НДС обычно определяют расчетным путем. Для этого выполняют двух- или трехмерный осесимметричный расчет общего НДС диска, а затем проводят упругопластический анализ кинетики НДС в наиболее напряженных зонах диска методом конечных элементов (МКЭ) или приближенных зависимостей Нейбера и Стоуэлла с использованием кривых циклического деформирования применяемого материала [43, 46].

Последовательное снижение минимального напряжения цикла связано с переходом через ноль. Сравнение процесса формирования усталостных бороздок в случае сохранения постоянного максимального напряжения цикла при чередовании пульсирующих циклов и циклов с отрицательной асимметрией позволяет проследить роль сжимающей части цикла нагружения в кинетике трещин [6]. Испытания прямоугольных образцов толщиной 10 мм с центральным отверстием из алюминиевых сплавов Д16Т и В95 путем растяжения с чередованием циклов отрицательной асимметрии и пульсирующих циклов при сохранении неизменным максимального напряжения цикла показали, что шаг усталостных бороздок при переходе к отрицательной асимметрии цикла возрастает и мало отличается для обоих сплавов (рис. 6.5). С увеличением асимметрии цикла наблюдалось возрастание различий соседних шагов усталостных бороздок для пульсирующего и асимметричного цикла независимо от уровня максимального напряжения цикла (табл. 6.1). В направлении распространения трещины происходило снижение расхождений между шагом усталостных бороздок для разной асимметрии цикла при разном уровне минимального напряжения так же, как при возрастании шага бороздок, что нашло свое отражение в полученных поверхностях поправочных функций на отрицательную асимметрию цикла нагружения (рис. 6.6). Наиболее заметным влияние отрицательной асимметрии цикла было получено для сплава В95. При возрастании КИН имеет место снижение влияния отрицательной асимметрии цикла нагружения на скорость роста трещины, характеризуемую шагом усталостных бороздок, в пределах 10 %. Это означает, что в направлении роста трещины при разном уровне асимметрии цикла нагружения необходимо иметь не только поправку на асимметрию цикла, но и на возрастающую величину КИН.

было продемонстрировано. Речь идет, подчеркнем, о кривой, огибающей экспериментальные данные, которые зависят от частоты и от асимметрии цикла. В связи с этим, например, для фиксированных параметров цикла нагружения необходимо использование кинетической кривой для второго участка, для которого характерно приближение к кинетической кривой, полученной без влияния агрессивной среды. На практике применительно к стальным элементам авиационных конструкций большей скорости роста трещин не удается получить в силу возникающих в них перегрузок. Поэтому рассматриваемая оценка скорости в виде поправки (7.25) может оказаться весьма эффективной при восстановлении кинетического процесса и оценке роли параметров цикла нагружения на рост трещин.

Для уменьшения сдвига во времени при высоких скоростях нагружения необходимо устанавливать либо жесткий динамометр, либо малую массу нагружающих элементов. При испытании различных по прочности образцов целесообразно пользоваться разными по жесткости динамометрами.

Для оценки состояния поверхности раздела при рассмотренных выше условиях нагружения необходимо определить ее прочность. Оптимальными для соответствующих прочностных испытаний являются условия, когда напряжения постоянны на всей поверхности раздела или хотя бы на большей ее части. Кроме того, крайне желательно, чтобы напряженное состояние на поверхности раздела было простым, а значения прочности могли быть получены с помощью простых соотношений. Если, например, следует определить прочность при сдвиге, то нагружение поверхности должно обеспечивать состояние чистого сдвига.

Если при использовании фрактографии для оценки качества •и структуры материала нельзя не учитывать условия получения излома, поскольку сама выявляемость и вид дефекта зависят от условий разрушения, а при изучении кинетики разрушения по излому помимо условий нагружения необходимо учитывать состояние материала, то при анализе эксплуатационных изломов тем более важно знать особенности строения изломов, обусловленных как параметрами нагружения, так и свойствами и структурой материала, в том числе различными дефектами материала.

Для правильной оценки результатов тензометрирования конструкций в условиях малоциклового нагружения необходимо располагать экспериментальными данными об основных свойствах применяемого типа тензорезисторов. Требуемая информация может быть получена в результате испытания тензорезисторов в контролируемых условиях деформирования. Обычно используется калибровка на образцах, подвергаемых изгибу с заданным прогибом, однако более правильными являются калибровка и длительн ые испытания при однородном напряженном состоянии растяжения — сжатия.

Таким образом, для расчета металлических рукавов на прочность при малом числе циклов нагружения необходимо с достаточной степенью точности оценить амплитуду упругопластической Деформации в опасном сечении гофра и по кривой усталости конструкционного материала определить количество циклов до разрушения изделия.

Асимметрия цикла нагружения оказывает влияние не только на величину шага усталостных бороздок, но и на высоту усталостной бороздки [23]. Это позволило предложить методику определения асимметрии цикла нагружения по соотношению между высотой и шагом усталостных бороздок. Испытания были выполнены на компактных образцах, изготовленных по стандарту ASTM Е-399 из алюминиевого сплава 2024-Т4 толщиной 15 мм. Одновременно с этим определялось раскрытие трещины по поверхности образца во всем диапазоне изменения асимметрии цикла от минус 1 до 0,8. При максимальной асимметрии цикла усталостные бороздки достигали 3-Ю"7.

накопления повреждении по границам зерен. Достижение критических условий по температур-но-скоростному (частотному) нагружению приводит к смене механизма разрушения, что и определяет ускорение процесса роста трещин. Величина критической частоты нагружения для этого перехода зависит от температуры испытания и размера зерен [44]. Форма цикла нагружения оказывает дополнительное влияние на активизацию механизмов межзеренного проскальзывания.

В результате проведенных исследований установлено, что форма цикла нагружения оказывает существенное влияние на деформационное старение стали 22К после первого цикла нагружения. С увеличением числа циклов до 10 различия в структуре становятся малозаметными. После воздействия достаточно большого числа циклов нагружения (в пределах до 10) структура стареющего материала не зависит от длительности выдержки в состоянии растяжения или сжатия и определяется только числом перемен знака напряжения.

зана с тем, что на характер и уровень кривых а — 8 дробного нагружения оказывает влияние целый ряд взаимосвязанных условий и параметров: величина скорости деформации в каждом цикле нагружения; изменение температуры металла в процессе всего цикла деформации; распределение деформации по проходам и величина суммарной (накопленной деформации); величина пауз между нагружениями; интенсивность процессов динамического и статического разупрочнения (рекристаллизации) при горячей деформации данного металла.

I Анализ результатов проведенных испытаний на усталость показал, что частота нагружения оказывает существенное влияние на характеристики усталости жаропрочных сталей и сплавов. В зависимости от условий испытания, химического состава, структуры и физико-механических свойств стали или сплава сопротивление усталости и усталостная долговечность возрастают

Было изучено влияние добавок хлора к фреону марок TF и MF на КР сплава Ti — 6А1 — 4V [133]. Результаты показывают (рис, 48), что последовательность нагружения оказывает значительный эффект на величину /Гткр. Добавки СЬ не снижали величины /Схкр по сравнению с величинами, получаемыми в чистых фреонах, но способствовали КР образцов, нагружаемых на воздухе и затем догружаемых во фреон MF+C1 (рис. 48, в).

Таким образом, приведенные данные показывают, что двух-частотность процесса нагружения оказывает существенное влияние на сопротивление материалов мягкому малоцикловому деформированию и особенно в условиях проявления температурно-вре-менных эффектов. Наличие выдержек в полуциклах на экстремальных уровнях напряжений с наложением в течение них высокочастотной составляющей напряжений вызывает дополнительную деформацию ползучести, величина которой зависит от условий нагружения и свойств материала. Вследствие этого суммарная ширина петли гистерезиса (полная циклическая пластическая деформация) оказывается большей по сравнению с одночастотным нагруженном при одних и тех же уровнях максимальных напряжений. Эти обстоятельства находят свое отражение и в уравнениях состояния, описывающих указанные процессы.

Циклическое изменение температуры в процессе нагружения оказывает существенное влияние на деформационные свойства материала. При этом даже в нулевом полуцикле ход кривой деформирования в общем случае зависит не только от текущего значения температуры, но и от ее величины в предшествующие моменты времени. Однако для ряда практически важных случаев неизотермического нагружения, характеризующихся плавным изменением нагрузки и температуры, как показано в работах [1, 3], такая зависимость с допустимой для инженерных расчетов точностью и в связи с естественным разбросом экспериментальных данных может не учитываться и в качестве определяющих соотношений могут использоваться уравнения деформационной теории пластичности, связывающие конечные величины напряжений, деформаций и температуры. Для нулевого полуцикла принятие таких допущений эквивалентно гипотезе существовании поверхности неизотермического нагружения в координатах: напряжение, деформация, температура. Использование этой гипотезы при циклическом нагружении связано с введением дополнительных предположений относительно выбора параметра, определяющего начало отсчета напряжений и деформаций при построении поверхности неизотермического нагружения в полуцикле.

Полученные результаты усталостных испытаний подтверждают вывод, высказанный в работах [4], [5], что частота нагружения оказывает различное влияние на выносливость материала в зависимости от вида материала и уровня напряжений.

Для условий эксплуатации конструкционных сталей, характеризующихся наличием коррозионной среды, при повышенных температурах и давлениях может иметь место дополнительное резкое снижение пластичности vj/c до значений порядка \/с = 10-н 2% [82, 83]. При равных значениях накопленной в процессе нагружения пластической деформации е^ в силу значительного уменьшения критической деформации располагаемой пластичности ес значение составляющей накопленного квазистатического повреждения ds, согласно уравнению (5.4), может быть многократно повышено, и это внесет соответствующий вклад в снижение долговечности материала. Этот же механизм дополнительного повреждения от действия коррозионной среды и повышенных температур по параметру времени нагружения оказывает соответствующее влияние на накопление и усталостной составляющей повреждения. При этом односторонне накопленная деформация и амплитудное значение циклической упругопластической деформации будут также зависеть от этих факторов, что скажется на снижении накопленного повреждения. Вместе с тем ведущей в общем накопленном повреждении останется роль снижения пластичности, входящей в знаменатели зависимо-

Влияние среднего напряжения увеличивается с повышением прочности материалов (сталей и алюминиевых сплавов). В целом для большинства материалов имеет место увеличение скорости роста трещины с возрастанием коэффициента асимметрии цикла при /Cimax =? Ф const. Следует иметь в виду, что если результаты представляются в координатах daldn — А/С, то на участке / в области малых значений А/( влияние R существенно и оно менее существенно на участке // диаграммы. Если диаграмму роста усталостных трещин строить в координатах daldn. — /Cimax» то асимметрия нагружения оказывает наибольшее влияние при больших скоростях роста трещин на участках // и ///.

величины коэффициента Vp в связи с изменением значения коэффициента Fu, из которого видно, что изменение коэффициента вариации системы нагружения оказывает значительное влияние на коэффициент вариации несущей способности. Например, при