Нагружение внутренним

С увеличением нагрузки при испытании х-колец обнаруживается перелом в диаграмме радиальных перемещений точек внутренней поверхности кольца, лежащих на осях х ил'. В направлении х', как и в случае линейного деформирования, радиальное перемещение наибольшее, в направлении х —: наименьшее. Круговая форма внутренней поверхности кольца при нагружении выше предела текучести переходит в деформированный квадрат [21], контур которого, как и в линейном случае, может быть описан с помощью уравнения (6.12). Повторное нагружение сопровождается увеличением перемещений практически вдоль того же линейного участка разгрузки, затем в конце его вновь происходит перелом в диаграмме перемещений.

Достижение предела усталости для материала оказывается возможным только в ограниченной области циклического нагружения. При возрастании числа циклов нагружения даже для сталей, для которых не наблюдались разрушения на базе 10'-108 циклов, дальнейшее нагружение сопровождается появлением разрушений [99]. Исследования на круглых образцах стали SUJ2, содержащей С — 1,01 % и Сг — 1,45 %, при частоте изгиба с вращением 50 Гц влияния длительного нагружения на усталостную прочность показали следующее (рис. 1.17). Постепенное снижение уровня напряжения позволяет достичь второго предела усталости. Разрушения материала между двумя пределами усталости связаны с возникновением усталостной трещины под поверхностью элемента конструкции. Поэтому основная долговечность детали с трещиной определяется периодом ее зарождения и распространения до выхода на поверхность. В рассмотренных результатах эксперимента соотношение между первым и вторым пределом усталости составило 0,552.

Малоцикловое нагружение сопровождается развитием общей или местной (в вершине надреза, трещины) пластической деформации, величина и закономерности накопления которой определяют условия перехода к предельному состоянию и контролируют характер разрушения материала (квазистатический, усталостный). Переход к усталостному многоцикловому разрушению сопровождается резким падением интенсивности предельной пластической деформации.

При увеличении растягивающей нагрузки выходной сигнал падает, достигая при некотором напряжении нулевого значения, т. е. наблюдается компенсация начальной анизотропии под действием внешних напряжений. Дальнейшее нагружение сопровождается увеличением выходного сигнала. При разгружении точка компенсации анизотропии несколько смещена от первоначальной вследствие магнитоупругого гистерезиса.

Если при температуре 650° С малоцикловое нагружение сопровождается выделением в основном карбидов типа М2зС6, то при 450° С превалирующими являются карбиды титана и в первую очередь карбид TiC.

Если ро < Pf> то дальнейшее нагружение сопровождается ростом деформаций обоих стержней и к моменту, когда потечет и стержень 2, согласно уравнениям (18.134) — (18.137), стойка окажется выпрямленной. Другими словами, изображающие точки стержней / и 2, перемещаясь по траекториям DBC' и СС' соответственно (см. рис. 18.85), придут в положение С' одновременно. Таким образом, наклон стойки, вызванный действием возмущения при силе РО < Pt, устраняется последующим нагру-жением, что означает устойчивость процесса деформирования системы при Р < Р*.

С увеличением нагрузки при испытании х-колец обнаруживается перелом в диаграмме радиальных перемещений точек внутренней поверхности кольца, лежащих на осях х ил'. В направлении х', как и в случае линейного деформирования, радиальное перемещение наибольшее, в направлении х —: наименьшее. Круговая форма внутренней поверхности кольца при нагружении выше предела текучести переходит в деформированный квадрат [21], контур которого, как и в линейном случае, может быть описан с помощью уравнения (6.12). Повторное нагружение сопровождается увеличением перемещений практически вдоль того же линейного участка разгрузки, затем в конце его вновь происходит перелом в диаграмме перемещений.

Определение модулей упругости производится статическими и динамическими методами. Однако в условиях высоких температур статическое нагружение сопровождается неупругими явлениями в материале образца, ползучестью и релаксацией. Установка точных тензометров на образец внутри печи весьма затруднена. Поэтому в современных исследованиях используются динамические методы определения модулей упругости материалов при высоких температурах, основанные на связи частоты собственных колебаний образца с модулями упругости. В исследуемом образце возбуждаются упругие резонансные колебания и измеряется их частота. Зная геометрические размеры образца и его плотность и, пользуясь известными формулами теории колебаний, определяют значения модулей упругости.

С увеличением числа циклов нагрузки в металле новых сдвигов не образуется, а первоначальные сдвиги постепенно расширяются и превращаются в широкие полосы скольжения. Последующая деформация образца приводит к образованию микротрещин внутри полос скольжения. Повторное нагружение образца сопровождается~образованием новых трещин, которые затем сливаются и образуют трещины большой длины, видимые уже невооруженным глазом. Дальнейшее нагружение сопровождается развитием трещин до окончательного разрушения материала конструкции.

Учет усталостных повреждений. Как правило, вибрационное нагружение сопровождается процессом накопления усталостных повреждений. Рассмотрим простой одномерный случай, когда повреждения характеризуются одномерным процессом v (t). Если этот процесс является достаточно медленным, то можно от (13) перейти к непрерывному аналогу — кинетическому уравнению

На основе экспериментальных данных было показано также,, что наряду с циклической нестабильностью металлические материалы могут быть изотропными (т. е. обладать симметрией сопротивления деформации разных знаков) или анизотропными. В последнем случае знакопеременное симметричное циклическое на-гружение с заданным размахом нагрузки (мягкое нагружение) сопровождается односторонним накоплением пластической деформации в виде

Для проверки высказанной гипотезы были проведены натурные стендовые испытания гидроцилиндров, имитирующие их нагружение внутренним давлением в эксплуатации [2]. Давление подавалось через штуцер "уборка" по пульсирующему циклу. При наработке 167000 циклов была обнаружена течь гидрожидкости в месте наклейки тензо-датчиков. Она соответствовала зоне зарождения трещин в эксплуатации в бездефектных гидроцилиндрах. После разборки гидроцилиндра и снятия тензодатчиков была обнаружена сквозная усталостная трещина между полостью уборки и полостью выпуска, а также между полостью уборки и наружной поверхностью. Разрушение внешне было аналогично разрушению гидроцилиндра № 1. Следует подчеркнуть, что при наработке 130000 циклов характер зависимостей напряжений от времени, измеряемых тензодатчиком, изменился — напряжения стали возрастать. Это связано с неоднократно наблюдавшимся эффектом на образцах, в которых одновременно с таким поведением сигналов от тензодатчиков фиксировалось появление и распространение усталостной трещины. Поэтому предварительно была дана оценка длительности распространения усталостной трещины по показаниям тензодатчиков около 37000 циклов.

К основным типам нагружения относятся: а) чистый изгиб при вращении; б) то же, в одной плоскости; •з) поперечный изгиб при вращении сонсольных круглых образцов; г) то же, в одной плоскости круглых и некруглых образцов; д) подеречный из-•иб консольных круглых и некруглых образцов при вращении силовой плоскости; е) растяжение-сжатие; ж) переменное кручение круглых образцов (рис. 3), а также нагружение внутренним давлением и при наложении ний циклов гидростатического давления.

Рис. 10. Образцы в виде колец для испытаний на растяжение: а — нагружение при помощи полудисков; б — нагружение внутренним давлением; в — кольца с прямолинейным участком между полудисками [56 ]

Таким образом, повторно-статическое нагружение внутренним давлением сварных труб вызывает разрушение, характер которого резко отличается от разрушения при статическом нагружении. Разрушение в экспериментах начиналось с образования трещины от накопления повреждений в околожовной зоне, где имеет место наибольшая концентрация напряжений.

Нагружение внутренним давлением производится блоком высокого давления. Инертный газ аргон поступает в образец из баллона по системе трубопроводов. Перед образцом установлен клапан-отсекатель, который при разрыве образца перекрывает трубопровод и выключает установку. Для создания высоких давлений (до 50 МПа) используется масляный пресс. Масло и газ разделены плавающим поршнем. Если давление превосходит 50 МПа, то специальное приспособление отключает установку.

Приближенные методы оценки максимальных коэффициентов концентрации напряжения в сопряженных таким образом оболочках позволяют учитывать лишь нагружение внутренним давлением, наличие максимума напряжений в продольном сечении сопряжения, где превалирует оболо-чечный характер поведения, и не дают информации о распределении напряжений в зоне сопряжения [4].

Рис. П3.23. Нагружение внутренним давлением цилиндрического сосуда с пропущенным патрубком (а0 для точки А)

Эти агрегаты соединены магистралями высокого давления с сосудом 1. Заливку жидкого азота или подачу его паров в рабочую камеру 3 проводят из емкости 8 по трубопроводу с тепловой изоляцией; после достижения в рабочей камере заданной температуры проводят нагружение сосуда с помощью компрессора 2. В зависимости от режима испытаний нагружение внутренним давлением при температуре до 77 К можно осуществлять несколькими способами: подачей газообразного азота или гелия из баллона 12 с рабочим давлением до 40 МПа; подачей этих же сред из газгольдера 5 при более высоком давлении при помощи компрессора 4 типа ЛК 10/1000; подачей жидкого азота из блока 7 высокого давления; нагнетанием изопентана или другой рабочей среды из разделительной камеры 6 в сосуд с помощью насоса 10 и гидроусилителя 9- Давление в системе нагружения контролируется датчиком 11 типа МЭД с индикацией на самописце, датчиками давления 13 типа ДТ-1000 и манометрами 14. Для измерения температуры в интервале 293...77 К наибольшее применение находят медьконстантовые термопары и медные термопреобразователи сопротивления, а при более низкой температуре - германиевые термисторы.

Нагружение внутренним давлением. Из трубы, нагруженной внутренним давлением, выделим элементарный объем (рис. 3.2) и составим уравнение его равновесия

Нагружение внутренним давлением. Для получения приближенного аналитического решения задачи составим дифференциальные-уравнения равновесия. Для этого из толстостенной тороидальной оболочки, имеющей радиус кривизны R и размеры поперечного» сечения г\ и г2 и нагруженной внутренним давлением р, выделим сектор с углом dQ (рис. 3.10,а), из которого выделим элементарный объем (рис. 3.10,6). Площади граней этого элемента

Ниже рассмотрены два частных случая нагружения: 1) действие внутреннего давления; 2) комбинированное нагружение внутренним давлением и изгибающим моментом в плоскости кривизны. Показатель ползучести принят п=4. _

Нагружение внутренним давлением производится блоком высокого давления. Инертный газ аргон поступает в образец из баллона по системе трубопроводов. Перед образцом установлен клапан-отсекатель, который при разрыве образца перекрывает трубопровод и выключает установку. Для создания высоких давлений (до 50 МПа) используется масляный пресс. Масло и газ разделены плавающим поршнем. Если давление превосходит 50 МПа, то специальное приспособление отключает установку.