Нагружения соединений

но du/dt = и — скорость перемещения, которая характеризует процесс нагружения, следовательно,

Пока еще отсутствуют данные о влиянии частоты нагруже-ния на характеристики нераспространяющихся усталостных трещин, Однако можно предположить, что такое влияние существует, так как в ряде работ, посвященных этому вопросу, было показано, что скорость роста усталостной трещины уменьшается с увеличением частоты цикла нагружения. Следовательно, процессы, влияющие на образование нераспространяющихся усталостных трещин, могут усиливаться при нагружениях с повышенной частотой цикла.

При высоких температурах развитие повреждаемости при циклическом нагружении происходит не только в результате накопления местной циклической пластической деформации, но и за счет продолжительности действия напряжений, т. е. ползучести (временной фактор). Однако с увеличением частоты нагружения (на одинаковой базе циклического воздействия) влияние его будет уменьшаться, так как продолжительность действия напряжений уменьшается обратно пропорционально частоте циклов, следовательно, при этом уменьшится и степень повреждаемости металла за счет временного фактора.

Следовательно, вид зависимостей характеристик усталости от частоты нагружения а_х—f и N—f будет определяться наложением и взаимодействием ранее рассмотренных процессов, обусловленных как эффектом частоты нагружения, так и тепловым эффектом.

Следовательно, на кривой зависимости а_х—/ для жаропрочных сталей и сплавов можно выделить три области частот нагружения и две характерные частоты. В первой области (с частотами нагружения от 20—50 до 200—500 Гц) сопротивление усталости практически не зависит от изменения частоты нагружения. Во второй области (в диапазоне частот нагружения от 200—500 до 1000—5000 Гц) сопротивление усталости повышается с ростом

Существует и несколько иная трактовка вопросов подобия усталостных разрушений [33], согласно которой предполагается, что относительное влияние размеров и формы образца и натурной детали на характеристики сопротивления усталости проявляется в равной или достаточно близкой степени как при стационарных, так и при программируемых режимах нагружения. Следовательно, зная закономерности накопления повреждений, установленные программными испытаниями образцов, можно определить усталостные характеристики деталей при заданных спектрах нагружения. Исходя из этих предпосылок рассмотрим схемы составления программ испытаний образцов по спектрам амплитуд нагрузок детали. Параметры нагруженности и прочности детали обозначены индексом (1), а образцов — индексом (2) (индекс «а», обозначающий амплитуду нагрузки, в последующем тексте опущен). .

При остановах или резких колебаниях режима работы агрегата масло выдавливается из мест наибольшего нагружения, следовательно, частые остановы и пуски способствуют большему изнашиванию деталей, чем работа на установившемся режиме.

Напряжения, контролируемые нагрузкой, ограничивают с целью предотвращения пластичного разрушения под действием кратковременных нагрузок или разрушения при ползучести под действием длительного нагружения. Следовательно, допустимые напряжения, определяемые на основе указанных критериев, также могут быть двух видов. Напряжение 5П, приведенное в табл. 1.5, включает напряжения обоих видов: Sm —допустимое напряжение, определяемое на основе кратковременной прочности путем испытаний на растяжение; St — допустимое напряжение, определяемое на основе длительной прочности путем испытаний на ползучесть.

3. Распространение трещины на воздухе невозможно в такой же степени отчетливо, как в вакууме, охарактеризовать в соответствии с тремя областями частот нагружения; оно в области промежуточных частот нагружения зависит от времени. Однако это обусловлено не влиянием ползучести, а влиянием окисления, так как установлено, что в вакууме скорость распространения трещины зависит от числа циклов нагружения. Следовательно поведение трещины обусловлено влиянием среды на характеристики усталости.

Менее вероятно, что при действии переменной составляющей напряжения будет происходить перераспределение напряжений, поскольку пластические деформации возникали бы тогда в каждой половине цикла переменного нагружения- Следовательно, величина эффективного коэффициента концентрации напряжений /Cm меньше, чем величина /Са.

Критерий максимальных растягивающих напряжений основан на предположении, что макроскопическое разрушение наступает там, где достигаются максимальные растягивающие напряжения, равные или Превосходящие некоторую критическую величину ow Но в отличие от классической статической теории величина оотк считается зависящей от временной характеристики нагружения. Следовательно, возможность или, наоборот, невозможность откольного разрушения

Угол наклона контактныхграниц также вносит коррективы в картину деформирования соединений. При определенных углах наклона q> и в зависимости от схемы нагружения соединений диапазоны относительных толщин ае, в которых реализуется равнопрочность соединения с основным металлом, могут отсутствовать. Последнее касается Х-, V-образ-ных прослоек и косых прослоек, деформируемых по «мягкой» схеме. Для соединений с шевронными и косыми прослойками («жесткая» схема) общая картина работы соединений сохраняется независимо от угла ср, который в данном случае с увеличением своих значений приводит к росту эффекта контактного упрочнения. На рис. 1.9, б представлены графики зависимости значений ж = ж от угла скоса кромок <р для рассматриваемых прослоек при различной степени механической неоднородности К^ (I — ^ = 1,25, 2 — Кв = 1,5, 3 — К^ = = 2,0. Здесь значение <р = О соответствует сварным соединениям с прямоугольной прослойкой. С увеличением угла наклона прослойки ср диапазон ае < агр, в котором достигается равнопрочность сварного соединения основному металлу для шевронных и косых («жесткая» схема) прослоек, расширяется (кривые I). В то же время для Х-, V-образных прослоек (кривые II )и косых («мягкая» схема) прослоек (кривые III) такой диапазон имеет тенденцию к сужению.

Рис. 5.1. К методике определения интенсивности деформаций в упругопластической стадии нагружения соединений с порами

Остановимся более подробно на закономерностях распределения касательных напряжений на границе раздела разнородных соединений Тд-у, так как они определяют специфику контактного упрочнения мягких прослоек. Результаты расчетов для случая нагружения соединений показали, что и в этих условиях касательные напряжения г* не достигают своего предельного значения kc (п). Данная критериальная величина, вытекающая из теории М.М. Филоненко-Бородича /89/ и соответствующая предельным значениям касательных напряжений, действующих на площадках скольжения материала, направление которых определяется соотношением действующих напряжений п /92/, может быть подсчитана по формуле:

путем замены в них &м на критериальную величину kc, характерную для случая произвольного двухосного нагружения соединений.

В целом полученные численные данные свидетельствуют о том, что предложенный нами подход учета эффекта неполной реализации контактного упрочнения мягких прослоек является инвариантным по отношению к условиям нагружения рассматриваемых соединений (п). Как будет показано в следующем разделе, основное влияние схемы нагружения соединений п на несущую способность соединений проявляется через параметры Кк^ и р„.

симметричной деформации, рассмотренном в /2/, неортогональна. На рис. 314 представлены сетки линий скольжения, построенные в мягких прослойках с учетом полученных соотношений (3.21) и (3.22) для случая нагружения соединений п = 0 и п - 1,0.

значениях параметра нагружения соединений п

Рассмотрим основные закономерности напряженно-деформированного состояния механически неоднородных сварных соединений в зависимости от геометрической формы, конструктивно-геометрических параметров (к, ф) и специфики нагружения. Для простоты теоретического анализа ограничимся рассмотрением частного случая нагружения соединений (п = &2 /О] = 0,5), отвечающего плоской задаче (плоская деформация (VCT = 0)).

В первом случае нагружения для соединений с наклонной прослойкой характерно наличие области равномерного напряженно-деформированного состояния в ее центральной части, которая с увеличением угла наклона прослойки ср развивается в сторону периферийных участков и при ф = 45° охватывает всю прослойку. Муаровые полосы в данных зонах равномерного напряженно-деформированного состояния представляют собой параллельные наклонные линии (рис. 3.28,а).

Следует заметить, что характер нагружения соединений с наклонной прослойкой накладывает разные ограничения по относительной толщине мягких прослоек, характеризующие диапазон их значений к < кк, в пределах которого наблюдается контактное упрочнение мягкого металла, В соответствие с граничными условиями, вытекающими из представленных на рис. 3.29,«,б сеток линий скольжения, а также полученных для рассматриваемых случаев нагружения соотношений (3.38) и (3.39), следует, что данные значения относительных толщин наклонных прослоек кк (Кк = 1 при к > кк) определяются из выражений:

Для получения соответствующих зависимостей для оценки величины контактного упрочнения соединений с мягкими прослойками различных геометрических форм (см. рис. 2.7) в условиях двухосного на-гружения (при п = 0 — 1) можно воспользоваться рассмотренным в разделе 3 4 алгоритмом решения подобного класса задач и использовать основные закономерности механического поведения рассматриваемых соединений, установленные в результате теоретических и экспериментальных исследований для частного случая нагружения (п — 0,5), связанные с влиянием конструктивно-геометрических параметров соединений ((р, к) на несущую способность. Для упрощения процедуры распространения существующих решений, полученных для данного типа мягких прослоек (3.35), (3.37) — (3.39) для случая п •- 0,5 на общий случай нагружения соединений, отвечающих их работе в составе оболочковых конструкций (и = 0 ... 1), можно использовать следующий искусственный прием. Представим выражение, полученное ранее для определения величины контактного упрочнения мягких прослоек Ккп в условиях их двухосного нагружения (3.28) в несколько иной форме, структурно отражающей физические особенности пластического деформирования мягких прослоек и математического описания линий скольжения отрезками циклоид