Односторонне накопленных

Величина d по опытным данным изменяется от 0,10 до 2,0. Меньшие из указанных величин получаются при значениях dv и ds более 0,05, а величины d более единицы — при dy <^ 0,02 (когда проявляется упрочнение в первых циклах нагружения). Сложность расчета долговечности по уравнению (3) состоит в необходимости располагать предельными значениями d в зависимости от dv и ds, а также величинами циклических напряжений, используемых при расчете ds. Возможность получения величин d, приближающихся к единице, связывается с -учетом кинетики накопления пластических деформаций и изменения предельной пластичности при увеличении времени одного цикла [7, 30, 31], т. е. с переходом к вычислению величин dy и ds не через относительные долговечности, а через относительные циклически и односторонне накопленные (вследствие циклической анизотропии и ползучести) деформации

В общем случае доли усталостных и квазистатических повреждений зависят от циклических и односторонне накопленных деформаций. В зависимости от режима нагружения превалирующими могут быть односторонне накопленные деформации и квазистатические повреждения (см. рис. 1.1, а и в) или циклические деформации и усталостные повреждения (см. рис. 1.1, б и г).

Односторонне накопленные деформации могут приводить не только к квазистатическим разрушениям, но и к разрушениям смешанного типа, когда накапливаются и квазистатические и усталостные повреждения.

Появление знакопеременных напряжений в зоне концентрации сопровождается возникновением циклических деформаций (рис. 1.7, б), превышающих деформации в мембранной зоне (см. рис. 1.7, а и б). Поскольку для зон концентрации напряженний характерны значительные градиенты напряжений и деформаций, а объем упругопластичес-кой зоны сравнительно мал, накопление деформаций статической и циклической ползучести ограничено влиянием прилегающих объемов материала модельного элемента, находящихся в упругом состоянии. В этих условиях в зоне концентрации достижение предельного состояния по критериям прочности определяется долей усталостного повреждения, близкой к единице; доля квазистатического повреждения вследствие незначительных перераспределения и накопления деформаций, появляющихся только в начальных циклах деформирования, пренебрежимо мала (см. рис. 1.7, в). В этом случае усталостная трещина образуется в переходной от фланца к оболочке зоне, в которой возникают максимальные циклические деформации, обусловленные эффектом концентрации. При этом отсутствуют односторонне накопленные деформации, и трещина распространяется в кольцевом направлении.

Суммирование повреждений, расчет долговечности и назначение коэффициентов запасов. На основании данных о режимах термомеханического нагружения определяют циклические и односторонне накопленные деформации в максимально нагруженных зонах элементов конструкций, характеризующие сопротивление длительному малоцикловому и неизотермическому нагружению. Деформации устанавливают экспериментально или в результате решения соответствующей задачи применительно к эксплуатационным условиям рассчитываемой на прочность конструкции.

а°, достигаемых в конце каждого полуцикла деформирования, а также односторонне накопленные деформации «(*) в зоне разрушения.

Характер изменения коэффициента ф сужения поперечного сечения, а следовательно, односторонне накопленных деформаций в зоне разрушения образца в процессе термоциклического нагружения показан на рис. 2.17. Односторонне накопленные деформации изменяются в достаточно широких пределах, поэтому диапазон изменения мало-

Роль жесткости нагружения (или жесткости установки) в формировании квазистатических повреждений иллюстрирует рис. 2.18. При увеличении жесткости нагружения предельные односторонне накопленные деформации увеличиваются, однако при заданном времени выдержки процесс накопления деформаций прекращается при определенном значении жесткости нагружения.

Однако при сравнительно небольших упругопластических деформациях и в определенном диапазоне температур, когда режим нагруже-ния близок к жесткому, а односторонне накопленные деформации малы, для построения базовой кривой неизотермической усталости можно использовать результаты испытания на термическую усталость при условии, что доля квазистатического повреждения не превышает 0,1.

Вне зон концентрации напряжений при упругопластическом деформировании под действием знакопостоянных и знакопеременных внешних нагрузок могут возникать односторонне накопленные деформации так называемой циклической ползучести. В результате происходит накопление в основном квазистатических повреждений; характер разрушения при повторном нагружении аналогичен характеру разрушения при статическом нагружении.

Анализ НДС локальных зон телескопического кольца. Для определения малоцикловой долговечности кольца необходимо знать циклические и односторонне накопленные деформации в зонах концентрации напряжений, а также иметь кривые малоцикловой усталости применяемых конструкционных материалов с учетом закона нагружения.

Таким образом, при мягком нагружении разрушение определяется и уровнем "петельных" деформаций, и величиной односторонне накопленных деформаций.

Отличительной особенностью процесса сопротивления материалов малоцикловому нагружению является непостоянство с числом циклов и во времени диаграммы деформирования. Следствием отмеченного оказывается перераспределение в общем случае напряжений и деформаций в процессе циклического нагружения за пределами упругости элемента конструкции. При этом возникает явление нестационарности условий деформирования даже при повторном нагружении конструкции постоянными нагрузками (механическими и термическими). С другой стороны, условия циклического деформирования за пределами упругости определяют величины циклических и односторонне накопленных деформаций на стадии образования макротрещины и особенности достижения предельного состояния по разрушению.

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.

Предельные числа циклов на стадии образования трещин определяются на основе деформационно-кинетических критериев малоциклового и длительного циклического разрушения (уравнение (1.2.8)) линейным суммированием квазистатических и усталостных повреждений с учетом изменения циклических и односторонне накопленных деформаций по числу циклов и времени, а также изменения во времени располагаемой пластичности материала.

Возможность применения деформационно-кинетических критериев малоцикловой и длительной циклической прочности в условиях неизотермического нагружения должна быть экспериментально обоснована с учетом особенностей, сопровождающих процесс циклического нагружения при переменных температурах. Эти особенности прежде всего связаны с характером изменения во времени и с числом циклов нагружения располагаемой пластичности материала, а также односторонне накопленных и циклических необратимых деформаций.

Можно предположить, что наблюдаемый при эксплуатационных разрушениях очаг разрушения без выраженных пластических деформаций представляет собой образовавшуюся после определенного числа циклов нагружения усталостную трещину, развитие которой до момента дорыва не связано с возникновением значительных односторонне накопленных деформаций.

В соответствии с критерием длительной малоцикловой прочности предельные числа циклов на стадии образования трещины определяются линейным суммированием квазистатических и усталостных повреждений с учетом изменения циклически и односторонне накопленных деформаций по числу циклов и времени, а также изменения во времени располагаемой пластичности материала.

Одним из основных вопросов оказывается при этом влияние односторонне накопленных пластических деформаций на рост исходного сопротивления тензорезистора в ходе повторного знакопеременного деформирования. Для изучения указанных особенностей процесса проведен цикл испытаний [20], включающий соответствующие режимы деформирования. Были выполнены режимы жесткого асимметричного нагружения, когда размах цикли-

возникает фиктивный сигнал, в то время как процесс накопления односторонних деформаций регистрируется тензорезистором без искажений независимо от циклической истории нагружения (до величин предельных статических деформаций 4—5%). При этом в результате выполненных измерений в отличие от датчиков повреждения для оценки ресурса изделия используется не величина фиктивного сигнала, связываемая с накоплением только усталостных повреждений, а на основе установленных закономерностей определяется история нагруженности в наиболее напряженных местах конструкции. Характер этой нагруженности в общем случае может вызывать накопление изделием как усталостных, так и квазистатических повреждений. Получаемые по данным тен-зометрирования на основе изложенной методики величины циклических и односторонне накопленных деформаций могут быть применены для расчета долговечности конструкций, работающих в условиях малоциклового нагружения, на основе деформационно-кинетических критериев разрушения.

Получаемые по данным тензометрирования величины циклических 8Р и односторонне накопленных ер деформаций позволяют с использованием критериальных уравнений (1.1.10) — (1.1.12) оценить повреждение (усталостное и квазистатическое) конструкции.

При этом уравнение (1) описывает условие достижения предельного состояния в зоне разрушения на основе линейного суммирования компонент повреждений. В уравнениях (2) и (3) усталостное повреждение за цикл связывается с величиной полной или необратимой деформации (равной ширине петли гистерезиса), а квазистатическое — определяется односторонне накопленной деформацией, при этом суммирование повреждений производится с учетом изменения по циклам и во времени циклических и односторонне накопленных деформаций, а также исчерпания располагаемой пластичности материала.