Процессов накопления

Решающую роль в расчете на усталостную долговечность играет информация о нагруженно-сти тех или иных зон конструкции, которые, как было показано выше, могут иметь широкий спектр видов напряженного состояния. Реально действующие на ВС нагрузки используют в расчете долговечности элементов конструкций после соответствующей модификации их спектра путем представления его как регулярного. Экспериментальные исследования нагруженности предполагают представление изучаемых случайных процессов нагружения схематично в результате различной систематизации внешних нагрузок. Обработка случайных процессов может быть выполнена различными способами схематизации последовательно действующих нагрузок во времени [29-35]. Схематизация нагрузок подразумевает введение некоторого алгоритма, позволяющего заменить исходный процесс нагружения таким процессом, который должен быть ему эквивалентен по величине повреждающего воздействия. Процессы считаются эквивалентными, если функции распределения усталостной долговечности конструктивного элемента при воздействии этими процессами совпадают. Выделение полных циклов из фикси-

ного описания кинетического процесса роста трещин, когда известны эффекты взаимного влияния переходных процессов нагружения на развитие трещин при нерегулярном нагружении.

Созданы электрогидравлические установки 12, с. 218] для имитации реальных процессов нагружения элементов сельскохозяйственных машин: для нагружения несущих систем машин с максимальным усилием гидроцилиндра 45000 Н (4500 кгс), а также для испытаний их узлов и деталей с предельным усилием 3000 Н (300 кгс) и частотой от 1 до 50 Гц.

4) Это можно сделать лишь для простых процессов нагружения (см. Ильюшин А. А., Пластичность, М. —Л., ГИТТЛ, 1948).— Прим. перев.

зсопление значительных по величине односторонних деформаций л, следовательно, квазистатических повреждений, что требует ларяду с данными о распределении амплитуд циклических деформаций за характерный период нагружения получения сведений о накоплении односторонних деформаций за весь период нагруже-лия до появления трещины. В табл. 1.4.3 приведены основные па-рамеры рассмотренных случайных процессов нагружения и результаты оценки для этих процессов величины D по зависимости .(1.1.12).

В работе приводится метод прогнозирования усталостной долговечности в условиях сложных процессов нагружения. Прогнозирование долговечности основано на анализе локальных упругопластических деформаций в вершине надреза. Применен оригинальный метод вычисления локальных деформаций и напряжений в условиях изменяющихся амплитуд нагружения. Усталостные повреждения определялись для циклов, полученных по методу «падающего дождя» и для последовательных размахов процесса иагружения. Теоретические результаты прогнозирования долговечности сопоставлены с результатами экспериментов, выполненных на компактных образцах с отверстиями. Оказалось, что растягивающие перегрузки повышают долговечность элементов с концентраторами, а приложение сжимающих нагрузок значительно понижает усталостную долговечность.

Наиболее часто употребляемым для характеристики процессов нагружения при исследовании усталости в настоящее время является показатель широкополосности v, который определяется выражением [7]

ITS =f(k?:), ki = const, имеющих место в случае схематизации по максимумам процессов нагружения с корреляцинными функциями Ri(r) и R2(т), когда осуществляется равномерное квантование величин хт^, хт\п и Do', случайная составляющая входного сигнала вычислительной подсистемы ограничена на интервале [—Зсг; +3о] (а — среднеквадратическое отклонение процесса нагружения); среднее значение процесса нагружения принадлежит интервалу (0,За], а в качестве операторов Fw и Fa используется формула Серенсена и степенная аппроксимация кривой Велера [3]

2 Методы схематизации процессов нагружения/С С. Дмитриченко и др.//Тр- НАТИ. М., 1978. Вып. 195. С. 46—64.

Для простых или близких к ним процессов нагружения может использоваться теория малых упругопластических деформаций [27], которой соответствует известная формулировка зависимостей между девиаторами напряжений и деформаций

В монографии представлены результаты исследования механического поведения конструкционных материалов под действием импульсных нагрузок ударного и взрывного характера. Рассмотрена связь процессов нагружения и деформирования материала при одноосном напряженном состоянии. Описаны оригинальные методики и средства квазистатических испытаний на растяжение со скоростями до 950 м/с. Приведены результаты испытаний ряда металлических материалов и реологическая модель их механического поведения учитывающая влияние на сопротивление скорости деформации. Исследовано упруго-пластическое деформирование и разрушение материала в плоских волнах нагрузки. Описаны новые методики и изложены результаты экспериментальных исследований зависимости характеристик ударной сжимаемости и сопротивления пластическому сдвигу за фронтом плоской волны от ее интенсивности, связи силовых и временных характеристик откольной прочности.

Применение фрактальной геометрии к анализу процессов накопления повреждений и разрушения материалов привело к физической трактовке распределения Вейбулла, которая до настоящего времени не была дана. Как известно, хрупкое разрушение связывают единичным актом продвижения трещины, т.е. скорость материала определяется наиболее неблагоприятной ориентацией трещины. Если в образце объемом V плотность микротрещины равна р, то вероятность разрушения определяется распределением вида

В реальных трибосистемах интенсивность процессов накопления дефектов и увеличения плотностей внутренней энергии и энтропии всегда выше, и с течением времени названные термодинамические параметры достигают критических значений, при которых наступает разрушение структуры поверхностного слоя. Эта закономерность является общей для всех нагруженных деформируемых твердых тел независимо от их природы.

За последние годы в СССР и за рубежом опубликован ряд работ по металловедению и технологии титановых сплавов, отражены современные подходы к проблеме их разрушения. Вопросы же циклической прочности и долговечности титановых сплавов с учетом влияния агрессивных сред освещены мало. Авторы попытались на основании собственных исследований и обобщения имеющихся отечественных и зарубежных материалов установить основные закономерности изменения свойств титановых сплавов при циклических нагружениях. Особое внимание при этом обращено на рассмотрение природы процессов накопления циклических повреждений в условиях агрессивных сред и на выявление факторов, отрицательно сказывающихся на надежности и эксплуатации при циклических нагрузках.

так и распространения трещины. В этом случае разрушение материала сохраняет автомодельность с точки зрения неизменности последовательно протекающих процессов накопления повреждений и достижения предельного уровня дефектов к моменту возникновения или страгивания трещины. Однако длительность этого процесса и затраты энергии зависят от того, в какой мере и в каких условиях внешнего воздействия была реализована работа пластической деформации. В первую очередь это относится к геометрии элемента конструкции, поскольку размеры твердого тела влияют на соотношение между объемами материала вдоль фронта трещины, находящегося в условиях плоского и/или объемного напряженного состояния.

В процессе циклического нагружения металла или конструктивного элемента эволюция его состояния связана с появлением новых механизмов накопления повреждений в кристаллической решетке. Они зарождаются и существуют в течение некоторого времени. Далее происходит усиление или затухание вновь появившихся механизмов. Усиление или ослабление действия вновь зародившихся процессов накопления повреждений происходит в соответствии с принципом естественного отбора тех способов поглощения энергии, которые позволяют поддерживать устойчивость системы наиболее длительное время. Применительно к металлам это означает выбор и нарастание влияния того способа формирования дислокационных структур, при котором в зоне с наиболее интенсивным напряженным состоянием возможно накопление повреждений наиболее длительное время без образования несплошности.

Итак, естественный процесс эволюции открытой системы во времени реализуется в направлении усложнения коллективных процессов накопления повреждений, что применительно к металлу позволяет в том же объеме реализовать большую плотность дислокаций без нарушения его сплошности.

При циклическом нагружении металла в его решетке последовательно реализуются те же механизмы формирования диссипативных структур, что и в случае деформирования растяжением или сжатием [36-38]. Причем масштабы протекания процессов накопления повреждений определяют стадийность развития процесса разрушения, в том числе и стадийность процесса развития усталостной трещины. Возникновение усталостной трещины происходит на фоне сформированной полосовой дислокационной структуры (тип 9-10

на масштабном микроскопическом уровне роста трещины, когда в разрушении материала внутри мезотуннеля и при формировании зоны пластической деформации перед его вершиной доминируют процессы скольжения. Они по иерархии процессов накопления повреждений являются наименее энергоемкими.

В заключение необходимо заметить, что закономерность эволюции формирующейся субструктуры материала наиболее заметна в области малоцикловой усталости. Поэтому параметры субзерен (размеры ячеек дислокационной структуры) наиболее полно характеризуют кинетику процессов накопления повреждений. Испытания на растяжение-сжатие образцов из жаропрочного сплава Incoloy-800 с размером зерна 130 мкм на воздухе при скорости деформации 4-10~3 и 4-10~4 с"1 показали следующее [43]. В зависимости от уровня пластической деформации размер субзерен LC3 определялся соотношениями

Принятые в испытаниях типы режимов нагружения охватывают контрастные случаи сочетания процессов накопления квазистатических и усталостных повреждений. Воспроизводились условия накопления в основном только усталостных или квазистатических повреждений и режимы, дающие возможность дозировать долю компонент накопленных повреждений, обеспечивающие либо сильное «перемешивание» блоков нагружения, либо весьма слабое, например, однократный переход с режима на режим. Достигнутая гибкость регулировки режимов программного нагружения позволила проверить закономерности накопления повреждений в жестких условиях резкой смены процессов.

Предельное состояние при сочетании процессов накопления усталостных и квазистатических (длительных статических) повреждений определяется линейным суммированием этих повреждений [132]: