Нагружение материала

На рис. 4, б показана силовая схема высокочастотной машины для испытаний на усталость с электромагнитным возбуждением колебаний. На станине, закрепляемой, как и у предыдущей машины, на основании с большой инерционной массой, жестко закреплены колонны, имеющие упорную резьбу. Верхняя траверса может перемещаться по колоннам в результате взаимодействия маточных гаек механического привода, размещенного на верхней траверсе (на схеме не показан). Статическое нагружение испытуемого образца пропорционально деформации

Динамическое нагружение испытуемого образца в машине по схеме рис. 5, а происходит благодаря колебательному движению инерционного груза 2, связанного с захватом 7 через пружины 1. Обычно применяют две винтовые пружины с противоположными углами навивки, вставленные одна в другую. При соответствующем подборе жесткостей пружин это позволяет скомпенсировать крутящие моменты, возникающие на торцах пружин при их растяжении или сжатии. Возбудитель 3 колебаний установлен на инерционном грузе. По отношению к переменной силе, нагружающей образец, станину можно рассматривать как контрмассу.

Динамическое нагружение испытуемого образца в машине по схеме рис. 5, б осуществляется также благодаря инерционным силам, возникающим при движении грузов 2. Но инерционные грузы расположены на концах эластичной балки 1 с жесткой частью, соединенной с захватом 7. Колебания балки происходят на низшей форме, т. е. когда узел колебаний находится в середине балки. Как и в предыдущей схеме, станина служит контрмассой. В обеих схемах динамически нагружены элементы станины, расположенные в непосредственной близости к датчику силы.

системы машин УР-10 и УМ-20 также аналогичны (см. рис. 50), Статическое нагружение испытуемого образца в машине УР-10 осуществляется рычажным механизмом, соединенным с червячно-винтовым приводом эластичной пружиной.

Усилительное устройство содержит предварительный и окончательный усилители. Предварительный усилитель снабжен системой автоматического регулирования, которая стремится поддерживать постоянным выходной сигнал с датчика 9. При неизменной частоте испытаний это соответствует поддержанию заданной амплитуды колебаний якоря 7, т. е. осуществляется жесткое нагружение испытуемого образца. Необходимая амплитуда колебаний якоря 7 устанавливается изменением коэффициента передачи предварительного усилителя.

Сигнал с блока 6 генераторов емкостного датчика динамометра подается на автоматический указывающий потенциометр 5, шкала которого програ-дуирована в единицах изгибающего момента. Сигнал с блока 6 подается на ограничитель 7, а с него на регулируемый фазовращатель 8 и далее на автоматический регулятор 10. Автоматический регулятор содержит за-датчик, схему сравнения заданного сигнала с сигналом от блока 6 и схему управления электродвигателем, перемещающим движок потенциометра, установленного в канале усилителя 12, который управляет усилителем мощности 13 типа ТУ-5-36, питающим подвижную катушку возбудителя колебаний."Описанная цепь обеспечивает настройку режима автоколебаний на резонансной частоте испытуемой лопатки по первой форме ее колебаний с заданным изгибающим моментом, действующим в корневом сечении испытуемой лопатки. Таким образом, на установке осуществляют прямое мягкое нагружение испытуемого образца.

Нагружение испытуемого бруска производится двумя способами: а) брусок помещается на двух опорах и груз подвешивается в его середине, б) брусок закрепляется консольно, грузы подвешиваются к свободному концу (фиг. 141). Известен также метод [74], заключающийся в изгибании отрезка плоской ленты (толщиной 0,5 мм) до определённого радиуса в специальном приспособлении — матрице, нагреве ленты вместе с матрицей в течение 30 мин. при данной температуре и последующем замере остаточной кривизны.

На рис. 4, б показана силовая схема высокочастотной машины для испытаний на усталость с электромагнитным возбуждением колебаний. На станине, закрепляемой, как и у предыдущей машины, на основании с большой инерционной массой, жестко закреплены колонны, имеющие упорную резьбу. Верхняя траверса может перемещаться по колоннам в результате взаимодействия маточных гаек механического привода, размещенного на верхней траверсе (на схеме не показан). Статическое нагружение испытуемого образца пропорционально деформации

Динамическое нагружение испытуемого образца в машине по схеме рис. 5, о происходит благодаря колебательному движению инерционного груза 2, связанного с захватом 7 через пружины 1. Обычно применяют две винтовые пружины с противоположными углами навивки, вставленные одна в другую. При. соответствующем подборе жесткостей пружин это позволяет скомпенсировать крутящие моменты, возникающие на торцах пружин при их растяжении или сжатии. Возбудитель 3 колебаний установлен на инерционном грузе. По отношению к переменной силе, нагружающей образец, станину можно рассматривать как контрмассу.

Динамическое нагружение испытуемого образца в машине по схеме рис. 5, б осуществляется также благодаря инерционным силам, возникающим при движении грузов 2. Но инерционные грузы расположены на концах эластичной балки / с жесткой частью, соединенной с захватом 7. Колебания балки происходят на низшей форме, т. е. когда узел колебаний находится в середине балки. Как и в предыдущей схеме, станина служит контрмассой. В обеих схемах динамически нагружены элементы станины, расположенные в непосредственной близости к датчику силы.

системы машин УР-10 и УМ-20 также аналогичны (см. рис. 50). Статическое нагружение испытуемого образца в машине УР-10 осуществляется рычажным механизмом, соединенным с червячно-винтовым приводом эластичной пружиной.

Скорость роста длинных усталостных трещин зависит от коэффициента интенсивности напряжения (КИН), и между ними установлена S-образ-ная зависимость при неизменном уровне напряжения, которая аналогична зависимости, представленной на рис. 3.1а. Вид и положение кинетической кривой существенно зависят от условий на-гружения и геометрии детали. Поэтому далее, рассматривая процесс развития разрушения, мы будем разделять нагружение материала (образец) в тестовых условиях и при многопараметрическом воздействии на деталь в лаборатории, на стенде или в эксплуатации. Тестовые условия используют для определения механических характеристик материала, когда применительно к испытаниям стандартных образцов оговорены их размеры, частота нагружения, температура, степень агрессивного воздействия окружающей среды и прочее. Элементы конструкций, в большинстве случаев, существенно отличаются по геометрии от стандартных образцов, и условия их нагружения, как правило, не соответствуют тестовым условиям опыта.

неизменной или пренебрежимо маловозрастающей величине KI > Kt/, в направлении роста трещины. В момент возникновения усталостной трещины материал меняет способ поглощения энергии в связи с дискретным переходом через первую точку бифуркации — начинается процесс нарушения целостности материала. Не имевший нарушений сплошности под действием циклической нагрузки до этого критического состояния, материал меняет способ накопления внутренней энергии, при котором она может быть полностью ре-лаксирована не только накоплением дефектов кристаллической решетки, но и путем создания свободной поверхности. Нагружение материала в области многоцикловой и, тем более, сверхмного-цикловой усталости позволяет реализовать первый скачок трещины на минимально возможную величину за единичный цикл нагружения.

Циклическое нагружение материала приводит к более сложной ситуации протекания пластической деформации у кончика распространяющейся трещины, что связано с формированием нескольких зон пластической деформации. Нарастание потока дефектов и формирование разрешенной для металла последовательности диссипативных структур происходит в каждом цикле на восходящей ветви нагрузки. После снятия нагрузки имеет место частичная релаксация и распад некоторых из возникших на восходящей ветви нагрузки дефектных структур. Поэтому поток энтропии применительно к циклической нагрузке в зоне пластической деформации следует рассматривать отдельно

приводит к формированию перед вершиной мезотуннеля не одной, а нескольких дислокационных трещин (рис. 3.27), а также к нарастающему процессу ветвления трещины. Это приводит к нарушению принципа однозначного соответствия и усталостные бороздки становятся "составными". Помимо того, происходит нарастание процесса статического проскальзывания трещины. Эта ситуация отмечена многими исследователями, и она отражает синергетическую ситуацию эволюции открытой системы, в которой на фоне устойчивого процесса эволюции возникает новый процесс, который будет доминировать на следующем этапе эволюции после перехода через точку бифуркации. Вдоль фронта трещины в силу неоднородности свойств материала и развитого процесса мезотун-нелирования возникают локальные зоны перенапряжений, когда по отношению к предыдущему циклу нагружения возникает более интенсивное нагружение материала перед вершиной мезотуннеля. Результатом этого является возможность

Циклическое нагружение материала или элемента конструкции осуществляется в широком диапазоне частотного спектра. Цикл нагружения, представляющий собой некоторую совокупность полетных нагрузок, является циклом ЗВЗ (см. главу 1). Его продолжительность соответствует продолжительности полета и применительно к вращающимся деталям двигателя может составлять сотни минут. Как было подчеркнуто в первой главе, на практике определяют ресурс В С или его двигателя по количеству полетных циклов нагружения и в часах. В связи с этим одним из существенных факторов, оказывающих влияние на скорость распространения усталостной трещины, является длительность цикла нагружения.

В области МЦУ нагружение материала характеризуется большими амплитудами и меньшими частотами переменных нагрузок, поэтому изменение кинетики разрушения материала в этой области может происходить, в том числе, с проявлением чувствительности материала к этим параметрам

Использование представленного соотношения правомерно, начиная с расстояния не менее 1 мм от поверхности, когда влияние концентрации напряжений у поверхности отверстия пренебрежимо мало на начальном этапе роста трещины. Вместе с тем в этом случае в расчете эквивалентного напряжения интегрально учитывается влияние всех процессов упрочнения и разупрочнения материала в связи с развитой пластической деформацией в области малоцикловой усталости уже в первом цикле приложения нагрузки. Следует подчеркнуть, что выявленные в эксплуатации трещины по своему размеру (в пределах 1 мм) и по характеру возрастания шага усталостных бороздок (линейная зависимость от длины) относят к малым трещинам. Для них точнее и корректнее использовать понятие не напряжения, а размаха деформации или/-интеграла в связи с развитой пластической деформацией (см. главу 5). Вместе с тем для оценки относительных характеристик реализуемого процесса в эксплуатации и при проведении стендовых испытаний представление об эквивалентном напряжении остается по-прежнему корректным. Это связано с тем, что независимо от того, каким образом реализовано нагружение материала, рассматриваемой величине шага усталостных бороздок ставится в соответствие единственное значение именно эквивалентного коэффициента интенсивности напряжения. Его величина полностью определяется эквивалентным напряжением.

Нагружение материала ЗК с частотами в несколько тысяч герц связано с возрастанием скорости изменения нагрузки в цикле, которая может стать соизмерима со скоростями ударного нагружения материала. Процессы релаксации подводимой энергии в цикле нагружения к материалу не успевают проявить себя в полной мере при высокой скорости деформации. Применительно к пластичным материалам влияние возрастания скорости деформации на развитие усталостных трещин выражено в подавлении механизма формирования усталостных бороздок, типичного для низкочастотной области нагружения (см. главу 6).

Такая корректировка данных тензометрирования выполнена в работе [229] при исследовании кинетики деформированного состояния при малоцикловом нагружений сферических оболочек с круговым неподкрепленным отверстием, изготовленных из циклически упрочняющихся алюминиевых сплавов и находящихся под внутренним давлением. Хотя измерения тензорезисторами деформаций на контуре отверстия оболочки показали возрастание показаний датчиков от цикла к циклу, учет фиктивных деформаций, связанных с наличием дрейфа нуля, позволил установить, что нагружение материала оболочки в зоне максимальной концентрации близко к жесткому. Размах деформации или незначительно уменьшается в течение первых десяти циклов нагружения, или остается постоянным.

10. НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ НАГРУЖЕНИЕ МАТЕРИАЛА

Сложные .циклы нагрева и натружения деталей при расчете долговечности разделяют на участки, на каждом из которых накапливается статическое или усталостное повреждение. Если цикл повторяется и нагружение не является случайным (например, существует типичный эксплуатационный цикл, в котором характер нагружения деталей машины всегда одинаков), то происходит пропорциональное нагружение материала деталей, при котором соотношение долей статического и циклического повреждений остается неизменным за весь ресурс работы [23]. Это позволяет использовать для анализа предельного состояния и определения запаса прочности представления о поверхности термоциклического нагружения (рис. 98). Для заданных условий натружения .(размаха деформаций Дед, длительности действия нагрузки тд и ресурса долговечности NR) состояние детали характеризуется положением точки А относительно предельной поверхности разрушения. Длительность переходных процессов в цикле здесь исключена из рассмотрения для упрощения анализа, поэтому тд=тв^д, где тв — длительность выдержки в цикле.