Накопление деформации

интенсивности деформации между отдельными пиками. Об этом свидетельствует накопление деформаций в точке В^. При первом нагружении в этом районе был слабо выраженный пик деформации, в то время как к концу третьего н'агружения локальная деформация достигла более 20 % и стала превышать среднюю в 1,8 раза. Перераспределение интенсивности деформации между отдельными пиками и при статическом, и при циклическом нагружении связано, по-видимому, со свойствами и ориентировкой зерен, находящихся под микрообъемом, в котором прошла деформация, или окружающих данный объем.

скорости деформирования, а также исходного состояния одного и того же материала можно получить постоянную и изменяющуюся при циклическом нагружении диаграмму деформирования. При знакопеременном нагружении возможно и одностороннее накапливание пластической деформации. Как правило, это происходит при мягком нагружении циклически стабильных и разупрочняющихся сплавов. Прогрессирующее накопление деформаций происходит на полуцикле растяжения, что объясняется отличием диаграмм растяжения от диаграмм сжатия в процессе циклического деформирования [ 73].

Накопление деформаций при том или ином виде нагружения зависит от степени жесткости нагружения. При жестком цикле нагружения накопление регистрируемых пластических деформаций ограничено самими условиями проведения испытаний. Различные виды нагружения определяют и отличающиеся типы разрушений, возникающие при знакопеременном упругопластическом деформировании. При мягком нагружении с высоким уровнем напряжений возникает квазистатическое разрушение, близкое по характеру к статическому. При жестком нагружении независимо от уровня амплитуды, деформаций разрушение начинается с образования поверхностных трещин при последующем их подрастании до критической длины. В реальных условиях накопление деформаций и изменение напряжений могут занимать промежуточное положение между мягким и жестким видами нагружении, а разрушение может носить смешанный характер. Анализ условий эксплуатации и случаев разрушения различных конструкций показывает, что основной причиной, вызывающей возникновение трещины, является циклическое изменение напряже-

Первый член уравнения определяет величину усталостного, а второй — величину квазистатического повреждения к моменту разрушения. Условием разрушения является достижение суммой усталостного и квазистатического повреждений значения единицы. При на-гружении с заданным размахом упруго-пластической деформации (жесткое нагружение) одностороннее накопление деформаций отсут-

При А <^ А * накопление деформаций циклической анизотропии происходит в сторону четных полуциклов нагружения, при А ^> А* — в сторону нечетных полуциклов.

Для обеспечения работы системы в случае значительных односторонних удлинений испытываемого образца (статическое растяжение, сжатие или накопление деформаций в условиях квазистатического разрушения) предусматривается дополнительный автономный контур поддержания среднего положения поршня. Система слежения его, получая сигнал от датчика положения поршня, через усилительную аппаратуру, электродвигатель, зубчатую передачу и винтовые колонны осуществляет перемещение подвижной траверсы, сохраняя среднее положение поршня и соответствующие запасы хода его.

Длительные статические испытания с получением кривых ползучести, длительной прочности и пластичности проводятся на специально модернизированных установках рычажного типа с максимальным усилием 5 тс. Используются образцы, принятые к испытаниям на растяжение — сжатие. Так же как и при длительных циклических испытаниях, применяется нагрев пропусканием тока. Деформации измеряются поперечным деформометром с записью на однокоординатном самописце. Введенная система автоматической регистрации позволяет достоверно оценить накопление деформаций ползучести также и в условиях кратковременных опытов (порядка часа и менее).

59. Гохфелъд Д. А., Чернявский О. Ф. Теория приспособляемости и накопление деформаций при теплосменах.— Матер. Всесоюзн. симпоз. по малоцикловой усталости при повышенных температурах. Челябинск: ЧПИ, 1974, вып. 3.

При температурах, для которых на накопление деформаций и возникновение разрушения влияет время, т. е. когда проявляется ползучесть и длительное статическое повреждение, скорость развития трещин чувствительна к скорости деформирования, а в связи с этим и к частоте. Для описания процесса развития трещины привлекается условие циклического разрушения (5), отражающее частотный эффект, при этом для малоцикловой усталости второй член может быть опущен. Скорость распространения трещины предлагается [41] выразить, во-первых, в форме, напоминающей зависимость от интенсивности деформации

Как следует из рис. 6, эта закономерность в неизотермических условиях является сильно выраженной. Здесь же для сравнения дана зависимость накопленной деформации в условиях обычного термоциклирования без выдержек (кривая 1). Сопоставление кривых 1—3 показывает, что накопление деформаций сжатия за счет эффекта «выравнивания» может быть существенным, релаксационные процессы еще более интенсифицируют его (кривая 4). В связи с этим можно ожидать, что предельное состояние при неизотермическом нагружении с длительными выдержками в значительной степени будет определяться величиной длительного статического повреждения [4, 12].

В мембранной зоне процесс нагружения соответствует диаграмме статического деформирования. В зависимости от времени (скорости) нагружения согласно теории старения Работнова вводят так называемые мгновенные и изохронные диаграммы деформирования (рис. 1.4). Первые характеризуют деформирование в условиях, когда временные эффекты не успевают проявиться (упругопластические деформации в этом случае равны сумме упругой ее и пластической ер деформаций), вторые — накопление деформаций ползучести (например, е'с и е'ё).

Для деталей, работающих длительный срок (годами), предел ползучести следует характеризовать малой деформацией, возникающей при весьма продолжительном приложении нагрузки. В этих случаях принимают во внимание накопление деформации только на участке установившейся скорости ползучести (на участке ВС, см. рис. 339). Для этого участка также задают предел допустимой деформации — например 1% за 10000 ч, или 0,1% за 100000 ч и т. п.

Циклическое упругопластическое деформирование приводит к накоплению пластических деформаций, зависящему от количества циклов нагружения и амплитуды деформации в каждом цикле. Это накопление может быть односторонним, монотонно нарастающим по мере увеличения количества циклов или не приводящим к однонаправленному росту деформаций. Характер протекания пластических деформаций зависит от условий передачи нагрузки на деформируемый элемент, жесткости сопрягаемых деталей, а также от свойств материала. Накопление деформации при упруголластич'еском деформировании металлов с низкой частотой приводит к появлению трещин и, в конечном счете, к разрушению конструкций при малоцикловом (несколько сотен или тысяч циклов) и при многоцикловом (107 — 10' циклов) нагружении. Закономерности деформирования и разрушения металлов при малоцикловых и многоцикловых испытаниях имеют ряд различий.

В области ниже -196°С дислокационный характер деформации постепенно вырождается и при температуре -269°С накопление деформации при циклическом нагружении происходит только за счет прерывистой текучести в локальных объемах. Прерывистая текучесть имеет дискретный характер и связана с адиабатическим деформационным двойникова-нием, в соответствии с которым всплески деформации сопровождаются резким повышением температуры в локальных объемах. На рис. 67 приведены экспериментальные данные, показывающие взаимосвязь деформационных и температурных всплесков при растяжении сплава АТ2 при —269°С, полученные с использованием полупроводникового германиевого датчика. . -

Отмеченные закономерности определяют степень одностороннего накопления необратимой циклической деформации сжатия, характер которой для корсетного сплошного образца показан на рис. 22 [29]. Сопоставление кривых для разных режимов показывает, что накопление деформации сжатия («бочка») за счет выравнивания температурного поля (см. рис. 21) может быть существенным. Например, при увеличении времени цикла в 4 раза накопление пластической деформации к 20-му циклу увеличивается в 30 раз (режимы / и V). В связи с этим можно ожидать, что предельное состояние при неизотермическом на-гружении с длительными выдержками в значительной степени будет определяться величиной длительного статического повреждения. Следует указать, что одностороннее накопление квазистатической сжимающей деформации было обнаружено и в. тонкостенных корсетном и гладком образцах [35].

В случаях, когда при термоциклическом нагружении условие жесткого нагружения не выполняется и в детали одновременно с циклической обратимой деформацией происходит одностороннее накопление деформации, для расчета термоциклической дол-

/ = 167 Гц. На рис. 5 и 6 представлена статистическая обработка результатов испытаний. Вплоть до 10 % долговечности на уровне перегрузки отнулевая перегрузка не вызывает снижения предела усталости. Возможное повреждение структуры было перекрыто значительным деформационным упрочнением, обусловленным односторонним нагружением в первом цикле нагружения и отнулевым повторным нагружением, при котором произошло накопление деформации циклической ползучести. Преобладающее действие усталостного повреждения над упрочнением проявляется только после 1500 циклов отнулевого цикла перегрузки. Предел выносливости значительно понижается — с 202 до 147 МПа.

этом максимальное накопление деформации ползучести происходит в первом полуцикле нагру-жения, затем (до 200-го цикла) этот процесс несколько замедляется; минимальная деформация ползучести в цикле получена на базе испытаний от 200 до 10000 циклов.

При термоциклическом нагружении сферического оболочечного корпуса происходит накопление деформации и возникают значительные квазистатические повреждения в опасной точке конструкции. Доля квазистатических повреждений к моменту достижения предельного состояния может составлять 0,3 (кривые / и 2 на рис. 5.5).

Процесс склерономного циклического деформирования имеет еще и ту особенность, что при мягком нагружении ширина петли гистерезиса в полуцикле растяжения оказывается для ряда металлов несколько больше ширины в полуцикле сжатия, и это несмотря на то, что при однократном статическом растяжении и соответствующем сжатии диаграммы пластического деформирования в истинных координатах примерно совпадают. Физические причины указанного явления, по-видимому, недостаточно исследованы. Его результатом является так называемая «циклическая ползучесть», т. е. одностороннее накопление пластических деформаций, возрастающее по мере увеличения числа циклов на-гружения. Затри цикла (рис. 1.10) произошло накопление деформации е<мп> = = ас + се + eg. При этом ширина первой петли cb = ДЁ!, второй ed = Ае2, третьей gf = Ае3. Некоторую роль здесь играет и реономный процесс низкотемпературной ползучести, о которой упоминалось выше, а Одностороннее накопление пластических деформаций при мягком нагружении проявляется особенно заметно в случае знакопостоянных циклов нагружения.

Одностороннее накопление деформации за один цикл с учетом (5.11) определяется в виде

Как видно из рис. 4.25, изменение деформационных характеристик при двухчастотном нагружении принимает иной характер. Так, величина циклической пластической деформации (рис. 4.25, а) при равных с одночастотным нагруженном (см. рис. 4.9) амплитудах максимальных напряжений существенно увеличивается. Вместе с тем изменяются и циклические свойства материала, что выражается в интенсивном его разупрочнении после первых циклов нагружения на всех исследованных уровнях действующих напряжений. Также активизируется и одностороннее накопление деформации е'^ (рис. 4.25, б), которое на больших уровнях напряжений (о"„ = 23 -ч- 26 кгс/мм2) происходит на всем протяжении процесса нагружения, а с понижением до о"0 = 26 кгс/мм2 начинается с nlN ss 0,5.