Напряжений составляет

В предыдущих главах был рассмотрен вопрос о различных видах деформаций бруса; было выяснено, возникновением каких напряжений сопровождается каждый вид деформации и, наконец, были получены формулы, позволяющие вычислять напряжения в любой точке поперечного сечения нагруженного бруса. Однако, для того, чтобы ответить на главный вопрос сопротивления материалов, прочна или не прочна рассчитываемая деталь, недостаточно знать только лишь численное значение максимальных напряжений, возникающих в опасном сечении рассчитываемого элемента конструкции, необходимо также знать прочностные характеристики того материала, из которого изготовлен данный элемент. Механические свойства, т. е. свойства, характеризующие прочность, упругость, пластичность и твердость материалов, определяются экспериментальным путем при проведении механических испытаний материалов под нагрузкой. Следовательно, цель механических испытаний материалов — определение опытным путем механических характеристик различных материалов.

При работе, например, деталей газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания воздействие термоусталостных напряжений сопровождается газоабразивным изнашиванием, коррозионным разрушением поверхности. Одним из эффективных способов защиты поверхности от воздействия продуктов сгорания является нанесение специальных покрытий. Известно, что усталостные трещины (в том числе и термоусталостные) зарождаются обычно на поверхности изделия. Поэтому важно знать характер влияния покрытия на кинетику термоусталостного разрушения. Защищая основной металл от воздействия среды, т. е. увеличивая тем самым долговечность, покрытие может стеснять пластическую деформацию поверхностных слоев,; способствовать возникновению и росту трещин, уменьшать надежность детали.

Распространение усталостных трещин в любом материале происходит последовательно на разных масштабных уровнях. Принято разделять масштаб реализуемых процессов роста трещины, вводя представления о коротких, малых и длинных трещинах [1-12]. Короткие трещины изучают при постоянной циклической нагрузке образца, тогда как малые трещины, как правило, изучают в области малоцикловой усталости при постоянной деформации (рис. 3.1). Важно подчеркнуть, что различие коротких и малых трещин состоит в первую очередь в том, что они относятся к разным процессам разрушения материала. Короткие трещины развиваются от поверхности при возможно самых низких уровнях коэффициента интенсивности напряжения, тогда как малые трещины развиваются в области малоцикловой усталости при высоком уровне номинального (или эквивалентного) напряжения (рис. 3.2). Существует предельная граница для уровня номинального напряжения, ниже которой возникающие усталостные (короткие) трещины не распространяются (рис. 3.2е). Переход от коротких к длинным трещинам при увеличении уровня номинальных напряжений сопровождается постепенным уменьшением скорости роста трещин, а далее происходит вновь увеличение скорости (рис. 3.2я). При малых размерах начальные трещины могут останавливаться и не распространяться в материале. После некоторого нарушения монотонности в изменении скорости коротких трещин по мере возрастания длины трещины происходит присое-

Анализ. Релаксация напряжений сопровождается непрерывной АЭ. Следовательно, второй и третий варианты ответа непригодны, поскольку вопрос касается дискретной АЭ. Остается первый вариант, соответствующий факту возникновения дискретной АЭ при трещинообразовании по любому механизму.

Как известно, необходимым условием протекания сдвигового превращения является сохранение в процессе превращения регулярной связи (когерентности) между фазами. Упорядоченный характер межфазной границы обеспечивает ее относительно малую энергию и высокую подвижность. В то же время упорядоченная граница между фазами является источником собственных напряжений. Релаксация напряжений сопровождается нарушением правильного строения границы, что затушевывает картину упорядоченной морфологии продуктов превращения, характерную для сдвиговой (мартенситной) перестройки, хотя и не исключает возможности определенной кристаллографической связи между фазами [ 34].

Как известно, необходимым условием протекания сдвигового превращения является сохранение в процессе превращения регулярной связи (когерентности) между фазами. Упорядоченный характер межфазной границы обеспечивает ее относительно малую энергию и высокую подвижность. В то же время упорядоченная граница между фазами является источником собственных напряжений. Релаксация напряжений сопровождается нарушением правильного строения границы, что затушевывает картину упорядоченной морфологии продуктов превращения, характерную для сдвиговой (мартенситной) перестройки, хотя и не исключает возможности определенной кристаллографической связи между фазами [ 34].

Однако повышение уровня прочности материала и, как следствие, рабочих напряжений сопровождается увеличением упругих деформаций

Обратим внимание на то, что поведение некоторых материалов на закритическои стадии деформирования может быть гораздо более сложным. В § 7.3 говорилось о существовании диаграмм деформирования с обратной крутизной ниспадающего участка. На подобного рода диаграммах, кроме обычного ниспадающего участка, где падение напряжений сопровождается приращением деформаций, имеется участок необратимого накопления повреждений при уменьшении как

Ограничимся рассмотрением материалов, обладающих диаграммами деформирования с обычными ниспадающими участками (падение напряжений сопровождается ростом деформаций) и мягкими характеристиками [204], так что С'(е, х = 1) < С'(е = 0,х) = С. В данном случае активное нагружение связано с выполнением неравенства ffijdefj > 0. Упругое поведение материала определяется постоянным тензором модулей упругости С.

При записи условий равновесия (2.21) принято для общности, что изменение напряжений сопровождается изменением поверхностных нагрузок на величину.

рушения) составляет менее 10% (6,6%). Значение скорректированного уровня максимальных растягивающих напряжений составляет 0,71 стт, что близко к полученной выше величине. Поэтому с точностью, достаточной для инженерных расчетов, можно пользоваться подходом, основанным только на использовании модели Коф-фина - Мэнсона.

Таким образом, наличие в сосуде концентратора (а0-2,2) более чем в два раза снижает его ресурс. При аа=7,0 ресурс сосуда снижается до 7 лет. Как было показано на примере 2 ресурс сосуда без концентратора напряжений составляет 20,8 лет.

Длина цилиндрической части принималась равной четырем диаметрам сосуда (* = 4Д). Кольцевые сварные швы со смещением кромок сваривали ручной электродуговой сваркой электродами УОНИ-13/55. К цилиндрической обечайке приваривали два эллиптических днища. Смещение кромок составляло 30% от толщины стенки сосуда. Кроме того, было изготовлено два сосуда с кольцевым швом, имеющих стопроцентное смещение кромок. Эти сосуды были изготовлены специально, чтобы убедиться, что даже при максимально возможном смещении кромок равнопрочность сосуда не будет нарушена. Заметим, что при таком смещении кромок коэффициент концентрации напряжений составляет (по теории оболочек) около четырех (аст =4,0). Причем, осевые напряжения становятся больше чем окружные напряжения. Тогда как для сосудов без смещения кромок окружные напряжения в два раза больше осевых напряжений.

Подобная обработка позволяет воздействовать на уровень остаточных напряжений материалах. Экспериментально установлено, что при данном способе обработки величина остаточных напряжений резко снижается при подведении импульса энергии W\ - hVi, а при воздействии импульса энергии, равной W^ •» hVjk (Wik — основной для данной структуры материала пороговый уровень энергии, Vjk — основная пороговая частота колебаний), остаточные напряжения снимаются полностью. Особенностью метода являются весьма малое энергоемкость и высокая технологичность. Длительность технологического процесса снятия остаточных напряжений по этому методу, включая установку детали (образца) в специальное приспособление, не превышает нескольких минут, длительность же самого процесса снятия остаточных напряжений составляет доли секунды.

отверстий. Так, для схемы, указанной па рис. 21.11, такой случаи достигается для угла о), характеризующего относительное 'расположение отверстий, равного 83°. При этом снижение концентрации напряжений составляет 38%. Значение N, посчитанное с использованием формулы (21.3) для случаев а — 21) и а~Ь (т. е. для эллиптического разгружающего отверстия, описанного около ОСП01.ШОГО, и проникающих в него дополнительных разгружающих отверстий, и для основного кругового разгружающего отверстия радиусом /; при отсутствии дополнительных), ратшо 0,615. Из этого следует, что эффект снижения коэффициента концентрации напряжений, эквивалентный применению эллиптического разгружающего отверстия с полуосями а = 26, может быть достигнут за счет использования системы основного н допол-

Испытания на растяжение являются наиболее простым методом определения прочностных и пластических характеристик, так как этим способом в области равномерной деформации проще всего достигается одноосное напряженное состояние. Одноосность напряженного состояния сохраняется только до образования шейки, когда материал находится под действием нормальных и касательных напряжений. При растяжении величина максимальных касательных напряжений составляет половину от максимальных нормальных растягивающих. Такое испытание называется «жестким», а напряженное состояние характеризуется коэффициентом жесткости

Сопоставление протяженности общей зоны усталостного излома (более 80 % всего сечения разрушения) и расчетного уровня напряжения (около 50 МПа) свидетельствует о том, что зарождение трещины и окончательное разрушение кронштейна происходили при разном уровне эквивалентного напряжения. Размеры усталостной зоны излома соответствовали расчетной величине уровня напряжения, но не соответствовали самому факту зарождения усталостной трещины. Для рассматриваемой высокопрочной стали пороговый коэффициент интенсивности напряжений составляет не менее 10 МПа • м1/2. Для этой величины длина начального дефекта или трещины для начала роста усталостной трещины должна составить не менее 10 мм при расчетном уровне напряжения 50 МПа. Однако в рассматриваемом случае никаких начальных трещин не было выявлено в рычаге. Из этого следует, что зарождение и распространение трещины с высокой скоростью происходило при существенно большем уровне эквивалентного напряжения. Поэтому была проведена оценка уровня эквивалентного напряжения исходя из следующих представлений.

Средняя величина из полученных оценок составляет около 178 МПа, что не противоречит данным тензометрирования гидроцилиндров в полете с последующим расчетом эквивалентного напряжения в стенке. Но, что более существенно, обе оценки не превосходят расчетной величины по результатам тензометрирования гидроагрегата в полете для рабочих режимов его эксплуатации. При зарождении трещины от канала диаметром 6 мм уровень концентрации напряжений составляет около 3,0. Усталостная прочность образцов

из сплава АК6 с такой концентрацией напряжений составляет 176000 циклов для 161 МПа и 152800 циклов для уровня напряжения 185 МПа. Из приведенных оценок наиболее близкая величина наработки гидроцилиндра на стенде (167000 циклов) соответствует 161 МПа. Тем более что в испытанном на стенде гидроцилиндре усталостная трещина была инициирована дефектом материала.

При эксцентриситете е=0,05—0,1 мм величина дополнительных! напряжений составляет от 5 до 20% от основных. Эксцентриситет и биение возникают:

и анализатора. Последние два элемента превращают обычный свет в плоскополяризованный. Если нагруженная модель расположена (рис. 1) так, что одна из главных осей напряжений составляет угол 0 с осью поляризатора, то интенсивность света в точке О дается формулой