Отсутствии концентраторов

График значений масштабного фактора Kd (рис. 15.5, где 1 — углеродистая сталь при отсутствии концентрации напряжений; 2 — легированная сталь при отсутствии концентрации напряжений и

2. Концентрация напряжений при изгибе. В местах резкого изменения формы или размеров поперечных сечений балки наблюдается концентрация напряжений. На рис. 149 приведены эпюры нормальных напряжений, возникающих в балке при отсутствии концентрации напряжений (рис. 149, а) и при наличии концентра-

/ — углеродистой при отсутствии напряжений; 2 — легированной (ав 12000 кГ/см*) при отсутствии концентрации напряжений и углеродистой при умеренной концентрации; 3 — легированной при наличии концентрации напряжений; 4 — имеющих высокую степень концентрации напряжений.

используется [26] для получения кривой малоцикловой усталости при наличии концентрации по такой же кривой для гладких образцов. Для данного уровня стационарной нагруженности 8аг3 = = const и зависимость (19) представляет гиперболу в координатах $тах» Етах, которой удовлетворяют значения наибольших напряжений и деформаций в зоне концентрации. Располагая диаграммами циклического деформирования по параметру числа циклов, в тех же координатах можно построить процесс изменения 5тах и бтах вплоть до достижения ими критических значений по усталости при отсутствии концентрации, т. е. до образования разрушения, и тем самым определить число полуциклов, необходимых для разрушения. Такой вычислительный процесс осуществляется на ЭВМ. В качестве примера по данным [26] на рис. 14 приведено сопоставление для алюминиевого сплава при температуре 130° С кривой малоцикловой усталости при отсутствии концентрации с данными вычислений, проведенных для разных значений нагрузок (5Н, ен ) и двух уровней концентрации напряжений. В данном случае сплав испытывался на уровне температуры своего старения, что способствовало упрочнению и приближению величины F в выражении (17) к единице.

Результаты расчета по уравнениям (14) — (21) для аустенитной нержавеющей стали при отсутствии концентрации напряжений (ая = 1) и отсутствии выдержек при сжатии показаны на рис. 6.

Прочность конструкционной стали при повторных нагрузках можно значительно (на 10—50% для гладких образцов) увеличить путем химико-термич. обработки поверхности — цементации, азотирования, цианирования. При отсутствии концентрации напряжений цементация и цианирование дают больший прирост усталостной прочности, однако азотирование, проводимое при темп-pax ниже критич. точек стали, приводит к значительно меньшему короблению детали. Кроме того, сопротивление усталости цементированной или цианированной стали зависит не только от режима цементации, но и от последующей термич. и механич. обработки, тогда как азотируемые детали подвергаются лишь окончат, шлифовке и притирке, и их св-ва в основном определяются режимом

1) o_i и т—! — пределы усталости при изгибе и кручении при отсутствии концентрации напряжения при симметричных циклах; в тех случаях, когда T_J неизвестно, его можно брать равным 0,6-=-0,7a_i;

Здесь г0 — масштабный фактор для размеров образца (или модели), на котором определялись (Ка)о или (^т)о ПРИ отсутствии концентрации напряжений; на фиг. 14 кривая 1 даёт значения е0 для углеродистых сталей и кривая 2—значения е0 для легированных сталей с aft= 100ч-120кг/лл<2; sQk — масштабный фактор для размеров образца, на котором определялись (/(„),, или (/i^UnpH наличии концентрации напряжений; на фиг. 14 кривая 2 даёт значения soft для углеродистой стали при

Масштабный фактор в для вала (d — 80 мм) по кривой 3 фиг. 14 (так как значительная концентрация напряжений) z — 0,5. По кривой / фиг. 14 масштабный фактор для образца (d — 30 мм} при отсутствии концентрации напряжений е0 = 0,9. По кривой / фиг. 14 масштабный фактор для образца при наличии концентрации напряжений е..., = 0,72.

отсутствии концентрации напряжении расчет на прочность производится по приведенному моменту Мпр или приведенному напряжению апр, определяемым по формулам табл. 25. Для подсчета ап/, может быть использован график фиг. 68, дающий коэффициенты а и 3 в зависимости от отношения крутящего и изги-Мк

где a_j и T_J— пределы выносливости при отсутствии концентрации; (и_ \)к и (*_])» — при ее наличии.

Контрольные и исследовательские испытания, связанные с оценкой характеристик сопротивления усталости, регламентированы системой нормативных документов. В последнее время разработаны и внедрены ГОСТы, всесторонне определяющие усталостные испытания. В [44] устанавливаются применяемые в науке и технике термины определения и обозначения основных понятий, относящихся к методам испытаний и расчетам на усталость. Стандарт [46] устанавливает методы испытаний при различных видах нагружения; симметричных и асимметричных циклах напряжений или деформаций; наличии или отсутствии концентраторов напряжений; в много- и малоцикловой, упругой и упругопластической областях.

разрушения (рис. 1.15). Период роста трещины, как и разброс экспериментальных данных, зависит от уровня напряжения [97]. В области высокого уровня напряжения, близкого к пределу текучести материала и, тем более, превышающего его, и при отсутствии концентраторов напряжения доля периода роста трещины в общей долговечности материала составляет более 90 %. Зарождение трещины происходит под поверхностью [98] (рис. 1.16). По мере уменьшения уровня напряжения, при прочих равных условиях доля периода роста трещины уменьшается, а расположение очага разрушения переходит на поверхность элемента конструкции. Однако при уменьшении относительной доли периода роста трещины в долговечности материала его абсолютная величина возрастает также, как и долговечность. При этом темп увеличения периода роста трещины по мере уменьшения уровня напряжения ниже, чем темп увеличения долговечности.

Этот метод может быть применен при изгибе, растяжении-сжатии и кручении (опыта использования метода при ударных, контактных и термоциклических испытаниях пока не имеется); симметричных и несимметричных циклах нагружения; наличии и отсутствии концентраторов напряжений; нормальной (+20°С) температуре окружающей среды; отсутствии влияния агрессивной среды.

При отсутствии- концентраторов напряжения начиная с некоторой температуры, разной для разных сплавов, усталостная прочность становится выше статической прочности при одинаковом в обоих случаях времени действия нагрузки. При наличии надреза предел выносливости часто оказывается ниже предела длительной прочности и в области очень высоких температур зависит от состояния поверхности, способа изготовления надреза.

Несмотря на то, что ряд материалов в одних условиях имеет хрупкое поведение, а в других — пластичное, все же и такие материалы обычно называют либо пластичными, либо хрупкими в зависимости от того, каково их поведение при статическом деформировании, в условиях комнатной температуры и при отсутствии концентраторов напряжений. Разумеется, применительно к таким материалам определения «пластичный» или «хрупкий» используются условно.

1) Сопротивление отрыву для многих пластичных материалов определить очень трудно, так как. они разрушаются путем среза. Для получения разрушения путем отрыва принимаются специальные меры (увеличение скорости нагружения, понижение температуры испытания, создание концентраций напряжений посредством надрезов). Наблюдаемую при таком искусственно созданном хрупком разрушении характеристику сопротивления отрыву можно считать такой же по величине, как и при малой скорости нагружения, комнатной температуры и отсутствии концентраторов напряжения, вследствие подтверждаемой опытом малой зависимости величины сопротивления отрыву от исэрогт нагружения, температуры и степени концентрации напряжений.

Реактивные напряжения могут также снизить выносливость изделия при знакопеременной нагрузке. При изготовлении конструкции из пластичного материала, отсутствии концентраторов напряжений и дефектов, а также при статическом приложении нагрузки можно, по-видимому, считать, что наличие-реактивных напряжений не повлияет на работоспособность конструкции. Однако для большинства конструкций сложной формы, какими, например, являются узлы турбин, сочетание указанных благоприятных факторов, как правило, не имеет места.

Первый фактор — наличие концентраторов напряжений, какими бы причинами (конструктивными или технологическими) они не вызывались^ Многочисленные эксперименты, а главное анализ производственного-опыта, подтверждают правильность этой концепции. Хрупкие разрушения при отсутствии концентраторов почти исключаются.

Расчеты по формуле (94) могут производиться (при отсутствии концентраторов напряжений) при следующих значениях коэффициентов Лв и YB-' для сталей

При отсутствии концентраторов напряжения остаточные напряжения распределяются в соответствии с формулой

При отсутствии концентраторов напряжений и удовлетворительном металлургическом качестве сплава его т прочность должна определяться напряжением, по достижении которого заканчивается чисто упругая деформация и начинается упругопластическая. Но в основе пластической деформации лежит работа дислокационного механизма. При этом прочность окажется тем выше, чем больше плотность дислокаций (на Рис- 1-18. Схема образования двой-рис. 1.17 р2 > PJ, см. рис. 1.12). шка