Односторонне накопленной

Здесь ф=1—(FK/FQ) —относительное сужение в шейке при статическом растяжении, выраженное через начальную F0 и конечную FK площади образца; ел- — односторонне накопленная в данном цикле нагружения деформация; Nf — разрушающее число циклов.

В отличие от силовых условий деформационная трактовка малоциклового разрушения [129, 132, 161, 162, 187, 188, 200, 239] является универсальной. Предполагается, что разрушение наступает тогда, когда или односторонне накопленная, или циклическая упругопластическая деформация, или их сумма достигают своего предельного значения.

Для квазистатических разрушений односторонне накопленная деформация e равна предельной деформации однократного статического разрушения (располагаемая пластичность материала) &г и, следовательно,

Здесь ef — односторонне накопленная деформация в момент разрушения (появление трещины).

Здесь NI (t) определяется при заданной в цикле нагружения деформации по кривой усталостного разрушения в условиях длительного жесткого нагружения с учетом частоты (времени) деформирования; N f — число циклов до разрушения (появление трещины); ef — односторонне накопленная деформация в момент разрушения (появление трещины); Rir (t) — необратимая циклическая деформация (ширина петли гистерезиса) в /с-м полуцикле нагружения; егг (t) — односторонне накопленная необратимая деформация;

ты, причем в этом случае при оценке длительного циклического и длительного статического повреждений односторонне накопленная деформация и амплитуда циклической необратимой деформации должны рассматриваться с учетом деформации ползучести.

В форме уравнения (1.2.12) могут быть выражены и описанные выше экспериментальные данные для стали Х18Н10Т при 650° С, полученные на испытательной машине без следящей системы на-гружения, когда после достижения заданной величины размаха деформаций (напряжений) привод отключается на время высокотемпературной выдержки. Правомочность интерпретации указанных экспериментов в форме, характерной для усталостных испытаний, следует из того, что односторонне накопленная деформация в таких испытаниях невелика по сравнению с располагаемой пластичностью и основная доля повреждения накапливается за счет усталостного повреждения (см. табл. 1.2.1).

где NI (t, Гуаг) определяется при заданной в цикле нагружения деформации по кривой усталостного разрушения в условиях жесткого нагружения с учетом частоты (времени) деформирования и формы цикла нагрева; Nf — число циклов до разрушения (появление трещины); eir — односторонне накопленная в процессе статического и циклического неизотермического нагружения деформация; ef — односторонне накопленная деформация в момент разрушения (появление трещины); sf (t, ?'var) — располагаемая пластичность при монотонном нагружении в неизотермических условиях.

при заданной величине циклической деформации; ер — односторонне накопленная деформация; Nf — число циклов до разрушения тензорезистора; ef — односторонне накопленная деформация при разрушении.

причем (ep)k — односторонне накопленная деформация на Аня полуцикле; 2 (еар)к — размах пластической деформации на А-м полуцикле; (екр) (t) — критическая деформация при разрушении статическим разрывом в зависимости от температуры; т — показатель степени кривой малоцикловой усталости металла при растяжении — сжатии.

Здесь eir (t) — необратимая деформация (ширина петли) в полуцикле; 62 (t) — односторонне накопленная деформация; е^ (t) = = In [1/(1 — о)з (t)}] — пластическая деформация при статическом разрыве или длительная пластичность (при испытаниях на ползучесть); 1/тге — показатель степени кривой усталости (1), при отсутствии специальных данных можно принимать т — 2.

Для случая квазистатического (длительного статического) повреждения используется в качестве предельного состояния равенство односторонне накопленной и разрушающей деформации при простом растяжении [188], причем в первом приближении для пластичных материалов e(t) = eir(t) и условие квазистатического разрушения выражается равенством

ставляющей односторонне накопленной деформации (усталостный: характер циклического разрушения).

Таким образом, для оценки термоусталостной прочности материалов необходимо иметь информацию о кинетике циклической и односторонне накопленной деформации, получаемой из экспериментов на термоусталостных установках с непрерывной автоматизированной регистрацией параметров процесса деформирования и нагружения [34, 102, 104], а также получить данные-о располагаемой пластичности и сопротивлении неизотермической усталости с использованием программных установок со следящими системами нагружения и нагрева, позволяющих воспроизводить, в частности, требуемые режимы неизотермического статического разрыва и жесткого усталостного нагружения в условиях заданной формы цикла нагрева [91].

По характеристикам пластичности материала может быть получена предельная величина односторонне накопленной деформации ef = 0,51п(1 — 'ф)"1, с помощью которой определяется располагаемая пластичность и доля квазистатического повреждения в условиях циклического нагружения (уравнение (1.1.12)).

Для расчетной реализации деформационно-кинетических критериев длительного малоциклового разрушения, помимо характеристик предельных деформаций, необходимо знать изменение необратимой и односторонне накопленной деформации по числу циклов и во времени. При этом специфика исследования деформационных свойств при высоких температурах связана с возможным влиянием реологических характеристик и в соответствии с этим со значением, которое приобретают скорость и время циклического деформирования, наличие или отсутствие длительных высокотемпературных выдержек под напряжением и без, характерных для условий работы высоконагруженных элементов конструкций.

Исследование метрологических характеристик применяемых малобазных тензорезисторов больших деформаций по указанной выше методике [20] показало, что тензорезисторы могут использоваться для измерения как статических деформаций предельной величины до 4—5%, так и циклических деформаций до ±2% в зонах с высокими градиентами напряжений. При этом независимо от величины односторонне накопленной (статической или квазистатической) деформации наблюдается с числом циклов нагруже-ния изменение исходного сопротивления тензорезисторов — дрейф нуля. В результате возникает фиктивный сигнал, величина которого в зависимости от циклической упругопластической деформации может быть выражена формулами:

Характеристики малобазных тензорезисторов для статических и циклических измерений при однократном нагружении оказываются практически одинаковыми для обоих типов датчиков (рис. 6.2.1). Максимальные измеряемые величины односторонне накопленной деформации по условиям сохранения на исходном уровне значений коэффициента тензочувствительности составляют 4—5%. При малоцикловых нагружениях выявляется существенное отличие в метрологических свойствах датчиков статических

здесь первый член характеризует величину односторонне накопленной деформации (вследствие термоциклической анизотропии или действия дополнительной статической нагрузки), а второй член — величину циклически накопленной пластической деформации за Afp циклов.

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.

Для оценки неизотермической малоцикловой прочности при различных (а в общем случае производных) сочетаниях режимов нагрева и нагружения, свойственных эксплуатационным характеристикам реального конструктивного элемента, должен быть получен, с одной стороны, комплекс исходной информации: кинетика параметров процесса циклического упругопластического деформирования (в опасной зоне) и прежде всего изменение полной (или необратимой) деформации с числом циклов нагружения, и данные, характеризующие развитие односторонне накопленной деформации по числу циклов,, а

при широком варьировании температуры (873 — 1273 К), термических напряжений (200 —600 МПа), амплитуды механических напряжений (0 — 300 МПа) и других параметров для сплавов ЭИ826 и ЭП539. Следовательно, используя еа -(- ет как критерий долговечности, можно пренебречь влиянием всех остальных характеристик цикла при условии моделирования формы цикла, характерной для работы кромок лопаток ГТУ на режимах запуска и останова. Уравнение состояния материалов можно существенно уточнить, если учесть влияние еще некоторых характеристик цикла, например величины односторонне накопленной необратимой деформации Аеост к моменту установившегося процесса деформирования. Величина остаточной деформации Аеост представляет собой деформацию, на которую уменьшились деформации сжатия и увеличились деформации растяжения в цикле. С учетом этой величины ДеОСт уравнение состояния материалов ЭИ826 и ЭП539 принимает вид