Окончательном разрушении

Живучесть определяют по двум кривым усталости. Первую кривую строят для момента образования начальной усталостной трещины, а вторую — по окончательному разрушению. Расстояние между этими кривыми при каждом напряжении, т. е. число циклов работы образца с трещиной, и есть живучесть. Живучесть является самостоятельным свойством материала, которое пока не удается предсказать на основе знания других механических свойств. Высокие механические свойства, включая достаточную пластичность и ударную вязкость, часто сочетаются с очень низкой живучестью.

Окончание стадии ускоренного РУТ и переход к окончательному разрушению материала (долому) часто связаны с образованием зоны вытягивания (вытяжки). В случае статического деформирования между значением KIC: и величиной раскрытия трещины в зоне вытягивания 8. существует аналитическая зависимость

Исследование первоначально отказавшей детали с целью установления причин появления в ней трещины, выявленной при техническом обслуживании ВС в условиях эксплуатации или при его ремонте, подразумевает проведение комплекса лабораторных исследований. Собственно фрактографическому анализу — изучению излома — предшествует анализ условий работы детали, ее нагруженное™, повторяемости аналогичных разрушений и пр [6-13]. В задачу анализа излома элемента конструкции входит первоначальная оценка природы возникновения трещины, получение информации о процессе ее распространения и условиях перехода к окончательному разрушению. Указанные три этапа накопления повреждения в конструкции до ее окончательного разрушения могут оказаться невзаимосвязанными. Зарождение трещины может быть следствием высокой концентрации напряжений, вызванной наличием производственного дефекта материала (поры, раковины и пр.). При этом развитие трещины может быть обусловлено, например, высоким уровнем напряжения, не соответствующим заложенной конструктором в расчете величине напряжения. Наконец, окончательное разрушение может быть результатом кратковременной перегрузки

ния размера зоны вытягивания. Треугольная часть профиля бороздки остается почти неизменной в направлении роста трещины. Составная усталостная бороздка достигает максимальной величины около 9ДСГ6 м (0,09 мкм) перед переходом к окончательному разрушению образца.

С другой стороны, как было подчеркнуто выше, снижение частоты (скорости деформации) нагружения материала приводит к тому, что трещина может распространяться довольно устойчиво и при переходе на макроскопический масштабный уровень. Можно предположить, что переход этот будет сопровождаться устойчивым, но быстрым нарастанием скорости роста трещины. Предельную величину скорости роста трещины или шага усталостных бороздок, которые могут характеризовать точку бифуркации — переход к окончательному разрушению материала можно определить по аналогии с тем, как это было сделано в соответствии с соотношениями (4.47). На первом этапе стабильного роста трещины (мезоуровень I) плотность энергии разрушения остается постоянной, и это соответствует постоянной величине ускорения роста трещины. На втором этапе стабильного роста трещины (мезоуровень II) происходит линейное нарастание ускорения, что определяется вторым основным уравнением синергетики. Вполне естественно предположить, что этап нестабильного роста трещины (макроуровень) описывается параболической зависимостью ускорения роста трещины от ее длины. В этом случае следует иметь в виду ускорение процесса разрушения, которое

У поверхности влияние параметров внешнего воздействия на поведение материала удобно рассматривать с позиций эффекта закрытия или раскрытия берегов трещины, установленного Элбе-ром [1]. Как уже было указано в предыдущих разделах, развитие трещины у поверхности происходит в условиях двухосного напряженного состояния материала при сочетании продольного сдвига и отрыва с формированием скосов от пластической деформации. Эта ситуация остается неизменной на протяжении всех этапов роста трещины вплоть до перехода к окончательному разрушению. Поэтому определение условий раскрытия трещины по поверхности образца путем оценки только растягивающей компоненты не в полной мере отражает процессы деформации и разрушения материала в вершине трещины. Тем не менее, определяемая величина раскры-

Исследование разрушенного диска показало, что в процессе эксплуатации от центрального отверстия в диске зародилось несколько радиальных поверхностных полуэллиптических трещин в зоне расположения передних шлиц, которые были удалены в ремонте. Развитие одной из трещин до критических размеров привело к окончательному разрушению диска. Разрушение диска имело ряд особенностей, принципиально отличающих его от ранее наблюдавшихся усталостных разрушений титановых дисков двигателей разных типов. Эти особенности заключались в следующем (рис. 9.35):

под действием низкоамплитудных вибрационных нагрузок. В этом случае размер зоны пластической деформации у вершины трещины настолько мал, что при смене условий нагружения лопатки изменение шероховатости рельефа, а следовательно, формирование усталостной линии, может быть осуществлено с небольшой реализацией работы пластической деформации. Для такой ситуации усталостные микролинии отчетливо выявляются только при использовании растрового электронного микроскопа. По ориентировке мезолинии усталостного разрушения было видно, что развитие трещины происходило стабильно почти на все сечение лопатки с резким переходом к ее окончательному разрушению по сечению, доля которого составила менее 5 % от общей площади излома.

правление отвечало нагрузкам, возникающим при передаче крутящего момента от рулевого винта к главному редуктору (при торможении несущего винта). Магистральным направлением роста усталостных трещин, которые привели к окончательному разрушению трубы вала, является первое. Развитие обеих магистральных трещин было аналогичным, поэтому далее будет рассмотрен излом только одной из трещин.

У другого вала винта произошло отделение в полете фланцевой части из-за разрушения вала (рис. 13.33). В пределах сохранившейся части зоны разрушения имело место образование четырех участков самостоятельного развития разрушения, слияние которых и привело к окончательному разрушению вала. Одна трещина "1" зародилась от галтели и имела многоочаговый характер. Две другие трещины ("2" и "3" на рис. 13.33) зародились в отсутствующем шлицевом фланце вала и в рассматриваемую часть излома вышли в процессе своего развития. Поэтому очаги этих трещин отсутствуют на рассматриваемой части излома. Эти трещины развивались по окружности против направления вращения вала и подавляющая доля излома (более 90 %) образована ими. В изломе одной из указанных двух трещин выявлено две макролинии усталостного разрушения, что отвечает всего двум полетам самолета. В изломе другой трещины выявлено несколько макролиний, отвечающих шести полетам самолета. При окончательном слиянии трещин при резком возрастании интенсивности напряженного состояния вала в вершине трещин происходило формирование не менее 25 зон

Болт гидродемпфера передней опоры шасси самолета Як-40 разрушился с формированием усталостных бороздок, растрескиваний материала и макролиний (рис. 15.20). Блоки макролиний в изломе характеризуются протяженными зонами растрескиваний материала и соответствуют блоку приложения нагрузок к болту за посадку. Факт формирования регулярно повторяющегося блока параметров рельефа излома за одну посадку ВС подтвердился наблюдавшимися усталостными линиями большого шага непосредственно в зоне перехода трещины к окончательному разрушению болта.

Уровень эквивалентного напряжения при окончательном разрушении элемента конструкции с усталостной трещиной может быть определен из условия

Подставляя в уравнение (9.30) численные значения входящих в него параметров, получаем эквивалентное напряжение при критических размерах трещины около 353 МПа. Отсюда эквивалентное напряжение вблизи очагов разрушения, превышающее почти в 2,1 раза напряжение при окончательном разрушении, должно было достигать уровня 741 МПа. Напряженность же материала диска вблизи очагов, обусловленная действием объемных остаточных напряжений, должна была быть эквивалентна примерно 388 МПа.

ния отсутствуют макро- и микроскосы от пластической деформации. Они наблюдаются по наружной поверхности на длине выше 30 мм, и их величина резко возрастает на небольшом интервале длины. При этом на этапе нестабильного разрушения наблюдается полное смыкание скосов от пластической деформации, что указывает на наличие в материале требуемого уровня пластичности (вязкое разрушение при окончательном разрушении).

странении усталостных трещин в области многоцикловой усталости. Эта величина могла быть несколько меньше, если бы процесс развития усталостной трещины продолжился без искусственного ее вскрытия при окончательном разрушении (доломе) редуктора. Более того, без дефекта материала зарождение трещины могло произойти в области сверхмногоцикловой усталости.

Ускорение испытания достигается за счет того, что испытания проводят до получения в одном из образцов заранее заданной скорости роста трещины (близкой к скорости роста при окончательном разрушении), которую оценивают по числу циклов или времени, после чего машину останавливают, удаляют соответствующий образец, соединяют цепочку и продолжают ЦРКЛ испытаний.

В принципе а' при окончательном разрушении может зависеть от начальной полудлины трещины а. Если а' не зависит от а, то рассмотренный метод сводится, по сути дела,

лении, перпендикулярном плоскости трещины. Проводимые в этом направлении исследования при этом сконцентрированы на изменении разрушающих напряжений с размером концентратора. Все предложенные до сих пор в этой области методы неизменно основываются на предположении о существовании критической области того или иного рода в вершине трещины и используют решение линейно упругой механики разрушения. Заметив, что коэффициент интенсивности напряжений при окончательном разрушении с ростом размера трещины асимптотически стремится к константе, т. е. вязкости разрушения Кс, можно найти связь размеров критических областей и этой величины Ко- Все эти методы дают, однако, количественно мало различающиеся оценки влияния концентраторов в тех диапазонах размеров концентраторов, для которых они предназначены.

Нижний уровень программируемого режима определяется с учетом минимальных повреждающих нагрузок. Опытами установлено [9, 23], что при формировании макротрещины усталости и окончательном .разрушении большое влияние оказывают напряжения ниже исходного предела усталости — до (0 5-^-0 7)
Обычно кривые усталости строят по результатам, полученным при окончательном разрушении образца. Однако в процессе эксплуатации конструкций возможно наступление характерного для них предельного состояния еще до полного разрушения. Так, с целью исключения возможности хрупкого разрушения элементов мостов, кранов, подкрановых балок, экскаваторов, подвижного состава, дорожных машин и т.п. В.И.Труфяков [321] рекомендует за критерий завершения испытаний принимать появление усталостной трещины глубиной 2-3 мм.

Действительно, как видно из рис. 4.14, при асимметрии га = = —0,9, точка пересечения кривых т^ и т]2 (когда усталостное и статическое повреждения при окончательном разрушении равны) сдвигается вправо и уже соответствует долговечности примерно 500 циклам. Для стали ТС этот сдвиг еще более значителен и % = = т]2 = 0,5 соответствует долговечности в 2-Ю3 циклов. При г0 = —0,7 равенство усталостного и статического повреждений для указанных сталей наблюдается при долговечностях более 10* циклов. Соответственно увеличение асимметрии до гд = —0,3 еще больше сдвигает вправо указанную точку, и доля усталостного повреждения, например при Np = 103 циклов, составляет 3—5% общего значения. Для пульсирующего цикла доля усталостного повреждения при долговечностях до 104 циклов, по-видимому, мала.

причем сумма истинных деформаций за все полуциклы нагру-жения равна общей истинной деформации при окончательном разрушении: