Происходит возрастание

Представление о соотношении между периодом развития трещины и долговечностью материала в разных областях много- и малоцикловой усталости может быть получено при более детальном рассмотрении кривой усталостного разрушения материалов по стадиям накопления повреждений и роста трещин [27]. В ходе циклического нагруже-ния при постоянном уровне переменного напряжения в материале протекает первоначально процесс накопления необратимой повреждаемости, и при достижении некоторого критического уровня плотности дефектов происходит возникновение начальной поверхности трещины или зоны очага

до некоторого критического уровня, после чего происходит возникновение трещины [20, 45, 86, 104-109]. Нагружение элемента конструкции в эксплуатации отличается от лабораторных условий нагружения образца, который подвергается воздействию по одной оси в стандартизованных условиях при испытании материала. Накопление повреждений материалом в условиях эксплуатации происходит при сложном напряженном состоянии конструкции, с переменным составом частотного спектра внешних нагрузок, с переменной асимметрией цикла и др. В процессе эволюции состояния металла в эксплуатации в нем протекают два конкурирующих между собой процесса накопления и рассеивания энергии. С этой точки зрения эволюция состояния материала происходит при непрерывном обмене энергией с окружающей средой, а постепенное накопление повреждений — вплоть до критического уровня, после чего зарождается трещина, происходит с уменыненим энтропии в системе металл-нагружающее устройство или в системе элемент конструкции—окружающая среда.

Рассматриваемая проблема осложняется еще и тем, что в механизме кипения имеют место не один, а два кризиса: первый, при котором происходит возникновение сплошной пленки пара на поверхности нагрева, и второй, при котором происходит разрушение паровой пленки и восстановление пузьщькового режима кипения. При этом плотности теплового потока при первом кризисе существенно, больше, чем при втором.

Практически во всех случаях (включая режимы резкого охлаждения стенки) при перепаде температур 400—500° С (близком к максимально располагаемому) для пластичных котлотурбинных материалов в результате одной или нескольких теплосмен разрушение конструкции не происходит. Возникновение трещин, а тем более их развитие до сквозных в деталях, изготовленных из пластичных материалов, является длительным процессом термической усталости.

В соответствии с конценпцией Рида вследствие движения ступенек, образовашихся в точках пересечения дислокаций, происходит возникновение вакансий. В условиях воздействия циклического напряжения общая протяженность пути, пройденного ступенькой, намного больше, чем при статической ползучести, поэтому образуются большие концентрации вакансий, которые способствуют переползанию дослокаций и, следовательно, ускоряют полигонизацию. Эффект упрочнения, наблюдавшийся при длительно действующих больших усталостных напряжениях, объясняется тем, что скопление большого числа вакансий препятствует движению дислокаций.

В процессе последующего сжатия параметры потока постепенно выравниваются. Однако при сильной неравномерности на входе полного выравнивания параметров потока даже на выходе из компрессора не происходит. Возникновение или усиление срыва потока с лопаток при неравномерном потоке, выравнивание параметров потока приводит к дополнительным потерям и к снижению Цк И Як.

Линейные дефекты малы в двух измерениях и достаточно велики в третьем. К таким дефектам относятся смещение атомных плоскостей или дислокации и цепочки вакансий (рис. 1.2, б). Важнейшими свойствами таких дефектов являются их подвижность внутри кристалла и активное взаимодействие между собой и с другими дефектами. Плотность дислокаций в кристаллах велика: в недеформиро-ванных кристаллах их количество на 1 см2 достигает 106 - 108; при пластической деформации происходит возникновение новых дислокаций, и это число может увеличиться на несколько порядков - до 1012.

Обычно в процессе усталости выделяют следующие основные стадии: стадию I, во время которой происходит возникновение усталостной трещины вследствие накопления повреждений или зарождения трещины и стадию II — распространение появившейся трещины. Две названные стадии отличаются своей физической природой и подчиняются различным закономерностям.

Изменение поведения шва в случаях 2 и 3 при дальнейшем нагружении, по-видимому, связано с тем, что при этих схемах нагруже-ния, соответствующих разрыву шва по плоскости непровара, происходит возникновение и рост трещины от корня шва. Таким образом, модель анизотропного материала может быть применена вплоть до возникновения разрушения в корне шва, При наличии в соединении нагрузки, отрывающей детали друг от друга (кривые 2 и 3), это соответствует участку Д^ < Д,, в остальных случаях — вплоть до разрыва одного из швов. В теории пластичности [180] условие наступления текучести для такого материала описывается уравнением

Как будет показано ниже, с учетом этих двух положений может быть установлена связь пределов выносливости сварных соединений как с пределом, выносливости для гладких образцов aR, так и с пороговыми значениями интенсивности напряжений Кй, при которых происходит возникновение усталостного разрушения от трещиноподобного концентратора.

мы происходит возникновение явлений и процессов, которые отрицательно влияют на характеристики прибора.

Поляризация выделения золота из кислого и нейтрального электролитов находится в области более положительных потенциалов по сравнению с выделением золота из одновалентных комплексов. При возрастании отрицательного потенциала от 0 до 350 мВ происходит возрастание силы тока, которая затрачивается на процесс восстановления [Au(CN),]~ до [Au(CN):]~ При дальнейшем сдвиге потенциала в отрицательную сторону начинается выделение золота и резкое падение силы тока из [Au(CNh]~

По длине конического канала происходит возрастание осевой, вращательной и суммарной скоростей потока. Это приводит к дальнейшему уменьшению б, при этом на относительно коротком участке интенсивность продольных пульсаций в периферийной области уменьшается в 3...4 раза, а в приосевой — в 2...J3 раза (см. рис. 4.12, б, в, г). Возрастание пульсаций в области г < 0,25 (х— 1,025) обусловлено образованием зоны обратных течений у выхода из конического канала вследствие расширения закрученной струи.

нагружения одновременно происходит возрастание максимального КИН и снижение его размаха для критических длин трещин, при достижении которых для разной асимметрии цикла происходит смена параметров рельефа излома, соответствующих переходу от стадии псевдобороздчатого разрушения материала к стадии формирования усталостных бороздок (рис. 6.7а, б). На диаграмме

В моделях толщиной 10 мм развитие поверхностных трещин происходит противоположным образом — с возрастанием соотношения главных напряжений происходит возрастание СРТ

Основное достижение модели в том, что она учитывает изменения в росте трещины только на участке DE (см. рис. 8.2). Однако изменения характера возрастания скорости на указанном выше участке не учитываются моделью. Величина тс определяется экспериментально, что делает модель жестко зависящей от многочисленного варьирования параметрами цикла нагружения — скорости, температуры и пр. Все это ограничивает возможность практического использования этой модели. Вместе с тем она может быть реализована для любого уравнения, описывающего рост трещин, в том числе и при наличии отрицательной составляющей, когда происходит возрастание скорости по сравнению с пульсирующим циклом нагружения.

к разрушению. В связи с затуплением вершины трещины происходит возрастание вязкости разрушения за счет протекания более интенсивных процессов скольжения.

Переход к положительному соотношению главных напряжений приводит к снижению размеров зоны пластической деформации в момент перегрузки. Поэтому роль остаточных сжимающих напряжений в задержке трещины резко снижается. Снижается и шероховатость поверхности излома, влияющая на задержку трещины в результате уменьшения размеров зоны статического проскальзывания трещины. По мере возрастания соотношения главных напряжений происходит снижение размеров зоны пластической деформации в момент перегрузки и одновременно уровня эквивалентного коэффициента интенсивности напряжений, который руководит ростом трещины после перегрузки. Начиная с некоторого соотношения главных напряжений происходит возрастание длительности задержки трещины при возрастании соотношения главных напряжений. Изменение знака соотношения главных напряжений приводит к снижению тормозящей роли компоненты напря-

При увеличении уровня напряжения в каждом последующем цикле нагружения по сравнению с предыдущим циклом процесс формирования усталостных бороздок сопровождается образованием "зоны вытягивания" материала, чему подробное внимание было уделено в главе 3. На начальном этапе возрастания нагрузки в пределах интервала точка 1 -точка 2 (см. рис. 3.35) происходит возрастание упругого раскрытия усталостной трещины. При дальнейшем росте нагрузки в цикле (точка 2-точка 3) вследствие пластической деформации происходит вытяжка материала у вершины трещины и ее затупление. При превышении критического коэффициента интенсивности напряжения произойдет статический надрыв материала у вершины трещины и увеличение ее длины осуществится за счет статического проскальзывания. Если величина критического коэффициента интенсивности напряжения не достигнута и напряжение цикла уменьшается (от точки 3 до точки 4), то происходит формирование усталостной бороздки по традиционному механизму ротационной неустойчивости материала. При этом трещина может продолжить дальнейшее продвижение от вершин каскада мезотуннелей затупленной вершины, что будет влиять на размер "зоны вытягивания", наблюдаемой на поверхности излома и на разброс результатов измерений ее размера.

Максимальный участок излома, соответствующий начальному росту трещины с формированием псевдобороздчатого рельефа, П-участок длиной около 25 мм, отвечал повреждению материала на относительном радиусе лопасти R = 0,085, т. е. около основания лопасти. Во всех остальных сечениях развития трещин размер этого участка был меньше, но связи его размера с относительным радиусом лопасти не установлено. Это объясняется тем, что с расположением сечения развития усталостной трещины на возрастающем расстоянии от основания лопасти происходит возрастание переменных нагрузок при некотором снижении статической нагрузки от растяжения лонжерона при его вращении. Происходит одновременное возрастание амплитуды переменных нагрузок, но при этом происходит снижение асимметрии цикла. Оба указанных фактора влияют на размер П-участка противоположным образом: возрастание амплитуды приводит к снижению его размера, а снижение растягивающей нагрузки — к возрастанию его размера. Результатом такого влияния и является неоднозначная связь размера П-участка с расположением вдоль лопасти сечения лонжерона, в котором происходило распространение усталостной трещины.

рушению (10 5 м/цикл) в лонжеронах лопастей вертолетов свидетельствует о следующем. Продолжительность периода роста трещины и существенное ее раскрытие достаточны для эффективного обнаружения усталостных трещин в лопастях по используемому в этих целях датчику-сигнализатору имеющейся конструкции (см. рис. 12.2). При минимально реализуемом раскрытии трещины достаточно ее сквозного прорастания на длину около 10 мм для срабатывания сигнализатора. При этом гарантируется последующее стабильное и длительное, сквозное, прорастание трещины в течение еще нескольких десятков полетов вертолета со среагировавшим на появление и развитие трещины сигнализатором. С возрастанием длины сквозной трещины за пределы 10 мм гарантия срабатывания датчика возрастает в связи с возрастанием раскрытия берегов трещины, увеличением ее общей площади, а следовательно, происходит возрастание скорости стравливания давления. Поэтому невыявление в эксплуатации трещин в лонжеронах лопастей протяженностью несколько десятков миллиметров следует относить только к их пропуску из-за отсутствия контроля над датчиком-сигнализатором экипажа вертолета. Срабатывание сигнализатора является гарантированным при появлении трещины и ее прорастании на небольшую длину, как это следует из качественных и количественных оценок закономерностей развития усталостных трещин в лонжеронах лопастей вертолетов типа "Ми" в условиях их многолетней регулярной эксплуатации в гражданской авиации. После фиксации датчиком наличия в лонжероне усталостной трещины ее дальнейшее развитие происходит в течение многих полетов.

По длине лопасти напряженное состояние лонжерона является переменным. Напряжение растяжения убывает по длине лопасти от ее основания к концу. Одновременно с этим происходит возрастание уровня переменной нагрузки от изгиба. В результате этого в лопасти возникают переменные по уровню и по соотношению компонент напряжения от скручивания и изгиба. Лонжероны испытывают максимальное постоянное растягивающее напряжение 60 МПа с амплитудой переменных напряжений 10-38 МПа. Скручивание лонжерона в полете реализуется в пределах 3°. Напряжение скручивания достигает 30 МПа.