Накопление односторонних

При мягком нагружении циклически стабилизирующихся и разупрочняющихся сталей возможно накопление односторонней пластической деформации [1]. В этом случае динамическим механохимическим эффектом пренебрегать нельзя, и скорость МХПМ будет определяться по формуле (5.49).

При мягком нагружении циклически стабилизирующихся и раз-упрочняющихся сталей возможно накопление односторонней пластической деформации [ 10 ]. В этом случае динамическим механохимическим эффектом пренебрегать нельзя, и скорость МХПМ будет определяться по формуле (3.2).

Выполненные на поликристаллических сплавах исследования при пульсирующем цикле нагружёния (/?= 0) в области малоцикловой усталости показали достаточно устойчивое закрепление очагов локальной деформации и накопление односторонней деформации с увеличением числа циклов. Распределение локальных деформаций при повторно-переменных нагружениях прослежено нами на сплаве ПТ-ЗВ, микронеоднородность деформации которого при статическом нагружений ранее была подробно исследована. Образцы испытывали при жестком симметричном цикле деформирования с .амплитудой деформации ±1 %. Как и при статическом нагружений, поверхность образцов перед нагружением подвергали многократной электрополировке, после чего на нее вдоль оси образца наносился ряд реперных точек уколами алмазной пирамиды с расстоянием между ними 10 мкм. Величина фрагментов составляла 130 — 180 мкм. Расстояния между реперными точками измерялись до нагружений, после нагружений и разгрузок.

Параметры функции подобия существенно зависят от температуры и в первом приближении могут приниматься не зависящими от характера нагружения и напряженного состояния. Эти параметры определяются поцикловым и во времени изменением свойств материала (упрочнение, разупрочнение, стабилизация, накопление односторонней деформации).

Специфической особенностью повреждения при малоцикловой усталости, отличающей ее от обычной усталости, является накопление односторонней макропластической деформации. Эта особенность сначала порождала сомнения в приемлемости поверхностного наклепа для увеличения несущей способности деталей, работающих в условиях малоцикловой усталости. Эти сомнения базировались на том, что ППД сопровождается уменьшением запаса пластичности наклепанного слоя, тогда как способность к накоплению пластической деформации является •одним из основных факторов, определяющих сопротивление малоцикловой усталости материалов и конструкций. По той же :причине ставилась под сомнение устойчивость благоприятных остаточных напряжений, вызванных поверхностным наклепом. Однако в результате ряда специальных исследований (применительно к сосудам давления, подштамповым плитам прессов, корпусам подводных лодок и др.) эти сомнения были преодолены. К настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал, подтверждающий возможность применения поверхностного наклепа для увеличения несущей способности материалов в условиях малоцикловой усталости.

Рис. 4. Кривые малоцикловой (а), термической (б, 1—4) усталости и накопление односторонней деформации (б, 5—8) по числу циклов жаропрочных сплавов при

5.6.4. При нарушении условий приспособляемости может возникнуть знакопеременное пластическое течение (обычно локального характера) либо накопление односторонней деформации с каждым циклом (прогрессирующее формоизменение), охватывающее весь конструкционный элемент или его часть.

Рис. 2.14. Изменение ширины петли /> упругопластического гистерезиса (а) и накопление односторонней пластической деформации ен при малоцикловом неизотермическом нагру-жении стали 12Х18Н9Т, о —

Рис. 2.15. Кривые усталости (1 ... 3) и накопление односторонней деформации (4 ... 6) по числу циклов при термоусталостном нагружении сплавов ХН73МБТЮВД, Г-200 ... v

Эксперименты показали, что амплитуда деформации и накопление односторонней деформации за цикл с ростом числа циклов на-гружения изменялись несущественно. Это позволило считать величины Б? и et постоянными, зависимость (2.49) принимает вид

этап цикла, 50 мин), этот процесс существенно непропорционален: накопление односторонней деформации практически ортогонально к траектории знакопеременной неупругой деформации за цикл.

63. Накопление односторонней пластической деформации при асимметричном мягком циклическом нагружении/В. П. Колпаков, Е. Т. Кульчихин, М. Е. Марты-ненко и др. — В кн.: Динамика и прочность конструкций. Сб. научи, трудов № 201. Челябинск: ЧПИ, 1977, с. 68—71.

При симметричном нагружении сплавов выше их предела упругости может происходить накопление односторонних пластических деформаций, в результате которого возникает разрушение, близкое по внешним признакам к статическому. Направленное пластическое деформирование под действием повторно-переменных нагрузок называют циклической ползучестью, а разрушение —квазистатическим. Наиболее рельефно процессы циклической ползучести наблюдаются при пульсирующем растяжении (R=. 0).

Квазистатические разрушения происходят у циклически изотропных и анизотропных стабильных или разупрочняющихся материалов при нагружений с постоянной амплитудой напряжений (мягкое нагружение). При сравнительно небольшом числе циклов накопление односторонних пластических деформаций от цикла к циклу у указанных материалов заканчивается образованием явно выраженной шейки и разрушением, подобным разрушению при однократном нагружений. При увеличении числа циклов величины односторонне накопленных пластических деформаций на стадии разрушения уменьшаются и сами разрушения происходят с образованием макротрещин в зонах максимальных деформаций. При этих числах циклов изменяются виды, разрушения — квазистатические разрушения переходят в усталостные, характеризующиеся развитыми макротрещинами и малыми величинами односторонне накопленных деформаций.

Выше упоминалось, что в процессе термоусталостных нагру-жений может происходить формоизменение образца. На рис. 1.3.6-по параметру жесткости нагружения представлены данные о накоплении односторонних деформаций при различных долговеч-ностях. Изменение жесткости нагружения достигалось использованием различной толщины опорных плит термоусталостной: установки. Видно, что при максимальной жесткости нагружения накопление односторонних деформаций близко к величине пластич-

в условиях неизотермического нагружения. Вместе с тем в случаях, когда процесс деформирования приближается к жесткому ж накопление односторонних деформаций сравнительно мало (например, порядка 0,1е/) термоусталостные испытания в первом приближении могут быть приняты в качестве базовых [25] для расчета усталостных повреждений при неизотермическом нагру-жении.

В случаях, когда накопление односторонних деформаций мало (порядка 0,1е/), термоусталостные испытания могут быть приняты в первом приближении в качестве базовых при оценке усталостных повреждений в условиях неизотермического нагружения.

Другим базовым экспериментом является жесткое циклическое нагружение. В этих испытаниях поддерживаются постоянными от цикла к циклу максимальные деформации, т. е. накопление односторонних деформаций и, следовательно, квазистатических повреждений исключено. Разрушение в этих условиях происходит в результате накопления усталостных повреждений. На рис. 1.4.1, а приведена кривая усталости материала, по которой в соответствии с уравнением (1.1.12) может быть вычислена для любого регулярного и нерегулярного режимов нагружения величина усталостного повреждения.

Мягкое нагружение представляет собой режим испытаний, при котором возможно накопление как квазистатических, так и усталостных повреждений. Характерной особенностью исследуемого материала оказывается то обстоятельство, что при исходном нагружении в пределах упругости, когда аа > 1,20_! = 0,57 (тпц, по мере набора числа циклов нагружения в мягком режиме наблюдалось раскрытие петли гистерезиса (рис. 1.4.1, б, кривые
Для случайного нагружения в режиме слежения за деформациями накопление односторонних деформаций квазистатических повреждений практически

Специфический случай неизотермического нагружения представляет собой режим III, при котором можно ожидать накопления односторонних деформаций за счет различия диаграмм неизотермического нагружения в четных и нечетных полуциклах (см. рис. 2.5.4, б). Оказывается, что и это свойство поверхности неизотермического нагружения реализуется в эксперименте. На рис. 2.5.6, а приведена запись диаграмм циклического неизотермического нагружения по режиму III, иллюстрирующая ожидаемое накопление односторонних деформаций. С числом циклов темп процесса убывает в связи с интенсивным циклическим упрочнением материала (рис. 2.5.6, б).

При этом предполагается, что в зонах концентрации напряжений, где, как правило, происходят малоцикловые разрушения, накапливаются в основном усталостные повреждения в результате действия знакопеременных упругопластических деформаций. Вместе с тем в эксплуатационных условиях в результате работы конструкции на нестационарных режимах, в том числе при наличии перегрузок, возможно накопление односторонних деформаций, определяющих степень квазистатического повреждения и влияющих на достижение предельных состояний по разрушению. Для обоснования методологии учета накопления конструкцией (наряду с усталостными) квазистатических повреждений по результатам тензометрических измерений требуется решение прежде всего вопросов расшифровки показаний датчиков с целью воспроизведения истории нагруженности в максимально напряженных местах конструкции и оценки малоциклового повреждения для эксплуатационного контроля по состоянию. Малоцикловое повреждение может в общем случае оцениваться по результатам измерений, выполненных обычными тензорезисторами, но с расширенным диапазоном регистрируемых деформаций (до величин порядка нескольких процентов), характерных для малоцикловой области нагружений. Исследование [20] выполнялось в Московском инженерно-строительном институте и Институте машиноведения на базе разработанных в лаборатории автоматизации экспериментальных исследований МИСИ специальных малобазных тен-зорезисторов больших циклических деформаций. Аппаратура и методика эксперимента подробно описаны в [229]. На серийной испытательной установке УМЭ-10Т с тензометрическим измерением усилий и деформаций, а также крупномасштабным диаграммным прибором осуществлялось циклическое нагружение цилиндрических гладких образцов по заданному и, в частности, нестационарному режиму. Одновременно соответствующей автоматической аппаратурой производилась регистрация истории нагружения с помощью цепочек малобазных тензорезисторов, наклеенных на испытываемый образец. Сопоставление показаний тензорезисторов с действительной историей нагружения и деформирования образца, регистрировавшихся соответствующими системами испытательной установки УМЭ-10Т, давало возможность определить метрологические характеристики датчиков и особенности их повреждения в условиях малоциклового нагружения за пределами упругости. Наиболее существенными особенностями работы тензорезисторов в условиях малоциклового нагружения оказываются изменение коэффициента тензочувствительности при высоких уровнях исходной деформации и в процессе набора циклов нагружения, уход нуля тензорезисторов и их разрушение через определенное для каждого уровня размаха деформаций число циклов.

Явление циклической ползучести и квазистатического разрушения чаще всего связано с условиями асимметричного мягкого нагружения циклически стабильных и разупрочняющихся материалов. В условиях жесткого нагружения односторонняя деформация не накапливается и процессы циклической ползучести не реализуются. Квазистатическое разрушение всегда связано с направленным пластическим деформированием, по не всегда накопление односторонних деформаций сопровождается квазистатическим разрушением [11. Разрушение при циклической ползучести в малоцикловой области в общем случае может иметь и усталостный характер. При этом накопленная деформация достигает значительной величины, а разрушение происходит в результате образования и развития до критической величины усталостной трещины.