Накопленного усталостного

3. Велячина накопленного повреждения, вызывающего разрушение, не зависит от амплитуды напряжения и равна некоторой константе Dp.

жли для накопленного повреждения

активного нагружения и деформацию ползучести при выдержке. Этим компонентам может быть приписана ответственность за накопление материалом тех или иных повреждений. Так может быть сделано предположение, что доля усталостного повреждения зависит только от величины пластической деформации при активном нагружении, а доля длительного статического повреждения — от суммарной необратимой деформации. При этом для всех случаев испытаний, кроме испытаний по схеме рис. 1.2.1, г, получено (точки 1) несколько меньшее поле рассеяния величин накопленного повреждения (рис. 1.2.2, б). Однако образцы, испытанные по режиму, приведенному на рис. 1.2.1, г, дают малые значения накопленного повреждения (точки 3), что исключает использование такого подхода при оценке длительной малоцикловой прочности.

нагружение с выдержками либо при растяжении — сжатии (рис 1.2.4, а), либо только при сжатии (рис. 1.2.4, б) в условиях промежуточного между ползучестью и релаксацией нагружения. Длительность цикла активного нагружения 1 мин, выдержек 3 мин. Как показывают экспериментальные данные (см. рис. 1.2.4), при наличии в цикле выдержек наблюдается весьма существенное изменение напряжений и деформаций, ^причем накопленная деформация может превышать заданный размах в 2—3 раза и более. Расчет длительной: малоцикловой прочности в соответствии с кинетическими деформационными критериями в форме уравнений (1.2.8), (1.2.9) дает для рассматриваемого случая нагружения хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных (таблица 1.2.1). На рис. 1.2.2, б показаны величины накопленного повреждения для режимов нагружения с выдержками при растяжении и сжатии, а также только при сжатии (точки 4). Характерно, что новые данные укладываются в поле рассеяния точек, соответствующих испытаниям, проведенным в условиях мягкого и жесткого нагружений без выдержек и с выдержками при постоянном напряжении (точки 2). Для расчета величины повреждения использована зависимость располагаемой пластичности от времени, где &j (t) — пластическая деформация при статическом разры-

Сэксп и С$ совпадают достаточно хорошо. Вместе с тем в общем случае возможно отклонение расчетных и экспериментальных величин, приводящее к оценкам усталостного повреждения по уравнению (1.2.1) с завышением или занижением до нескольких раз. В силу изложенного для корректной оценки накопленного повреждения следует, так ше как и при умеренных температурах, использовать параметры фактической кривой усталости, полученной с учетом указанных выше для случая длительного малоциклового нагружения частотных и временных особенностей.

Отмеченная выраженная зависимость накопленного повреждения от величины и изменения во времени располагаемой „пластичности может быть продемонстрирована и на примере стали Х18Н9Т (500, 600, 650° С). На рис. 1.2.14 приведены соответствующие данные, когда для расчета использовались величины о(з(г), i[3max или iJmin материала. При этом также отмечается систематическое и значительное отклонение экспериментальных данных от линейного правила суммирования повреждений при использовании или 1>т1п.

Для расчета накопленного повреждения D по результатам двухступенчатого блочного нагружения с использованием зависимости (1.1.12) необходима прежде всего запись поциклового изменения деформаций на каждом уровне блока нагружения вплоть до достижения образцом предельного состояния по моменту образования макротрещины. Дальнейшая обработка каждой из двух полученных таким образом кривых изменения деформаций в процессе испытания для каждого образца (по числу уровней в блоке) осуществляется по методике, изложенной выше для случая мягкого стационарного нагружения. Суммарное накопленное повреждение, таким образом, учитывает вклад каждой ступени блока нагружения и в соответствии с зависимостью (1.1.12) определяется с учетом усталостных и квазистатических повреждений.

Интенсивность процесса накопления предельных повреждений в материале детали в значительной мере определяется уровнем накопленного повреждения за один термический цикл. Показательна в связи с этим кинетика повреждений в термоусталостном термическом цикле кромки сопловой лопатки судового двигателя (рис. 8), подверженной действию только циклических термических напряжений [74]. Характерно для термоцикличес-КОГО на^гружения этого элемента несовпадение экстремальных значений напряжений и температуры.

Ход кривой накопленного повреждения сь позволяет заключить, что наибольшие повреждения реализуются в момент времени, близкий к моменту наибольшего прогрева лопатки. Существенным является обстоятельство, что основная доля повреждения за цикл (до 90%) накапливается на этапе сжатия в течение времени, составляющего примерно 40% от общей продолжительности.

этом сохранялась основная идея зависимости накопленного повреждения AspNk от исходной пластичности материала. Обобщение зависимости (5.2) было сделано В. В. Новожиловым в виде

зависит от соотношения величин нагрузки на различных режимах, т. е. не является постоянным и равным единице. Так, для мягкой малоуглеродистой стали aN зависит от отношения нагрузок на ступенях режима немонотонно и в основном превышает единицу. Зависимость накопленного повреждения от режима нагружения показана также на результатах испытаний

Рассчитав снижение предела выносливости и статической прочности, можно получить количественные критерии накопленного усталостного повреждения в зависимости от относительной длительности составляющих амплитуд спектров.

ния накопленного усталостного повреждения конструкций с помощью последовательно заменяемых «свидетелей»6. С целью определения сроков профилактических осмотров чувствительные элементы заме-' няют последовательно по мере их разрушения, а сроки профилактических осмотров и ремонтов определяют по числу разрушившихся чувствительных элементов • (полоски из металлической , фольги, имеющие одинаковый с материалом конструкции коэффициент линейного расширения и более низкую усталостную прочность).

Отмеченное обстоятельство говорит о необходимости определения для каждой рассматриваемой стали или сплава при изучении закономерностей накопления длительных циклических повреждений эффектов знака напряжений при выдержке в исследуемом интервале температур. Такие данные могут быть получены в режимах испытаний типа базовых режимов, показанных на рис. 1.2.1, в—е. При этом оценка повреждений для материалов и режимов нагружении с большим повреждающим эффектом выдержки того или иного знака должна производиться с использованием соответствующей базовой кривой усталости (режим — рис. 1.2.1, в, д), отражающей снижение долговечности при наличии односторонней выдержки. Неучет названных обстоятельств может привести к ошибке порядка до двух и более раз в оценке накопленного усталостного повреждения.

Более общим критерием накопленного усталостного повреждения, который может быть использован для случаев программного и нестационарного режимов нагружения, является критерий [19]:

где ар — предельное значение накопленного усталостного повреждения. Расчет основывается на линейной гипотезе накопления усталостных повреждений

Рис. 7. Схема определения накопленного усталостного повреждения при двух режимах нагружения, характеризуемого амплитудой аа, и числом циклов нагружения N} (режим 1) и амплитудой аа2 и числом циклов нагружения N2 (режим 2)

Таким образом, для точной оценки накопленного усталостного повреждения следует использовать параметры фактической кривой усталости, полученной с учетом температурных, частотных и временных особенностей.

При оценке повреждений при длительном малоцикловом нагружении в ряде случаев наблюдается большее повреждающее действие выдержек при растяжении, чем при растяжении-сжатии или только сжатии. 13 таких случаях для каждой рассматриваемой стали или сплава при изучении закономерностей накопления длительных циклических повреждений необходимо определить влияние знака напряжений при выдержке в исследуемом интервале температур. Оценка повреждений для материалов и режимов нагружении с большим повреждающим эффектом выдержки того или иного знака должна производиться с использованием соответствующей базовой кривой усталости, отражающей снижение долговечности при наличии односторонней выдержки. Иначе возможна ошибка (расхождение в 5 раз и более) при оценке накопленного усталостного повреждения.

Нерегулярное случайное нагружение также можно осуществить по двум различным схемам: в режиме слежения за деформациями (см. рис. 4.14, е) и в режиме слежения за усилиями (см. рис. 4.14, д). В обоих случаях для оценки накопленного усталостного повреждения в соответствии с деформационно-кинетическим критерием малоцикловой прочности необходимо учитывать полученное тем или иным методом схематизации распределение амплитуд де-

Из полученных соотношений видно, что при нелинейном накоплении повреждений усталостное повреждение за один цикл зависит от числа накопленных циклов нагружения (или тем самым от величины накопленного усталостного повреждения) и, следовательно, долговечность зависит от истории дагр.ужения. При линейном накоплении повреждений усталостное повреждение за один цикл не зависит от числа накопленных нагружений и долговечность не зависит от истории нагружения.

В отличие от потока статистически независимых воздействий построенная последовательность циклов нагружения является последовательностью статистически зависимых величин, и непосредственное использование результатов теории накопления повреждений, описанной в п. 19, становится затруднительным. Точной остается лишь асимптотическая оценка средней величины накопленного усталостного повреждения (4.29) и соответствующая ей оценка средней долговечности (4.37).