Ползучести композита

Повышение температур сказывается на изменении статических и циклических свойств металлов и, следовательно, на процессах местного упругопластического деформирования и разрушения. При температурах, когда фактор времени проявляется несущественно (при отсутствии выраженных деформаций ползучести), изменение сопротивления образованию трещин малоциклового разрушения описывается через изменение характеристик кратковременных статических свойств [6, 7]. При этом уменьшение долговечности с повышением температур до 350° С у малоуглеродистых и низколегированных сталей связывается с деформационным старением (особенно при температурах 250—300° С) и уменьшением исходной пластичности. У низколегированных теплостойких сталей при температурах до 400° С уменьшение долговечности в зонах концентрации напряжений для заданных уровней номинальных напряжений объясняется уменьшением сопротивления упругопласти-ческим деформациям (при одновременном повышении предельных пластических деформаций). У аустенитных нержавеющих сталей

•одновременном действии облу- * " чения и нагрузки при радиационной ползучести изменение

Фактически из экспериментальных данных найти определенную выше поверхность ползучести очень трудно, поэтому авторы находили ориентировочные размеры этой поверхности косвенным путем в результате тщательной обработки результатов экспериментов. В этой работе была обнаружена зависимость направления etj от времени, что, как считают авторы, является следствием влияния обратимой вязкоупругой деформации, причем асимптотическое направление вектора ец совпадало с нормалью к поверхности ползучести. Изучение последующих поверхностей ползучести показало наличие эффекта, аналогичного эффекту Баушингера в пластичности; при изменении направления кручения с сохранением постоянного напряжения сдвига возникал участок первой стадии ползучести с увеличенной деформацией и скоростью по сравнению с теми, которые имели место при первоначальном направлении кручения. Указанный эффект почти не наблюдался в направлении, нормальном к первоначальному нагружению. При резком изменении температуры происходило разупрочнение, приводящее к уменьшению эквивалентной поверхности ползучести. Изменение температуры при постоянном напряженном состоянии вызывало изменение скорости деформации, но не инициировало первую стадию ползучести. Увеличение уровня напряжений при постоянной температуре вновь вызывало появление первой стадии ползучести.

Твердение, хрупкость, газовыделение, накопление продуктов разложения, возрастание ползучести, изменение адгезионных свойств

Твердение, хрупкость, газовыделение, накопление продуктов разложения, возрастание ползучести, изменение адгезионных свойств

Оценка работоспособности сварных конструкций, предназначенных для высокотемпературного использования, представляет весьма сложную проблему, охватывающую комплекс лабораторных и стендовых испытаний с учетом опыта эксплуатации. Большое число различных факторов, определяющих поведение материалов и их сварных соединений при высоких температурах — развитие процесса ползучести, изменение структуры и свойств во времени, возможность хрупких межзеренных разрушений и другие особенности высокотемпературного деформирования — не позволяет ограничиться проведением лишь определенной узкой группы испытаний, а требует постановки широкого исследования, охватывающего оценку основных свойств жаропрочности.

Особенности МКЭ в физически нелинейных задачах рассмотрены в гл. 2.3. Поскольку в неустановившейся ползучести изменение деформаций состоит из приращений упругих деформаций и приращений деформаций ползучести, то наиболее оправданным является использование в каждый момент времени метода начальных деформаций, определяемых напряжениями в каждом конечном элементе. В результате решения задачи теории упругости с начальными деформациями определяют напряженно-деформированное состояние в конце рассматриваемого интервала времени, после чего осуществляется следующий шаг по времени.

а при ползучести - изменение скорости ползучести на третьем участке

Изменение параметров соединений и их разрушения за счет ползучести требует отдельного обсуждения. В соединениях адгезионного типа ползучесть является функцией температуры и времени приложения нагрузки. Кроме того, вклад в ползучесть вносят конфигурация соединения, уровень напряжений, тип адгезива, ориентация соединяемых композиционных материалов.

Под ползучестью понимают обычно изменение деформации образца во времени при постоянной нагрузке. Различают три стадии ползучести, которые показаны на рис. 22.16. Первая и вторая стадии ползучести (начальная и постоянная степень ползучести) должны особенно учитываться в конструкциях.

В общем случае ползучести изменение деформаций сопровождается изменением напряжений. Для установления зависимости между деформацией, напряжением, скоростями их изменения и временем в простейшем случае одноосного растяжения необходима теория, которая называется теорией ползучести.

При определении эффективных свойств ком-позиционных материалов исходят или из точных, или из приближенных упругих решений. Учитывая степень точности квазиупругого метода, можно заключить, что «качество» функций релаксации и ползучести композита, полученных из приближенных упругих решений, будет такой же, как и точность самих упругих решений.

Скорость ползучести композита, как и деформация при растяжении, в рамках микромеханической модели может быть описана правилом смеси (в экспоненциальной форме):

которая просто означает, что приложенное растягивающее напряжение воспринимается только волокнами. Чтобы дополнить картину, на рис. 13 приведены типичные кривые ползучести композита, испытанного при 649 и 816 °С.

На рис. 29 дано изменение длительной прочности за 100 ч в функции ориентации волокон. Разрушение однонаправленных образцов в направлении 0° при испытании на длительную прочность появлялось на второй стадии ползучести, довольно продолжительной, третья стадия ускорения отсутствовала. Из-за отсутствия данных по ползучести волокон бора в данный момент нельзя решить, какие именно параметры влияют на вторую стадию ползучести и долговечность композита. В [66] предполагается, что вторая стадия ползучести композита определяется ползучестью волокон, и подтверждается это предположение результатами работы [42] (см. рис. 6), полученными при температуре (538 °С), более высокой, чем используемая в [66] (316 и 204 °С).

Принимается, что стадия установившейся ползучести композита связана с распределением напряжений б (рис. 32) в волокнах. Значение сдвигового напряжения т в матрице, необходимое для

Далее, используя классическую теорию слоистых сред, можно определить приращения осредненнои деформации ползучести композита. Эти деформации соответствуют приращениям осредненнои деформации ползучести каждого слоя, если допустить, что отсутствуют деформации изгиба и кручения. Таким образом, приращения напряжений слоя вычисляются из законов деформирования а(е) слоя на основании данных как о приращении деформации ползучести слоя, не связанного с композитом, так и о конечных приращениях деформации слоя в составе композита. Последующий анализ слоя методом конечных элементов позволяет получить приращения деформаций ползучести и напряжений каждого элемента в каждом слое. Превалирующие напряжения в каждом элементе и деформации слоистого композита в целом далее корректируются перед повторением всей процедуры для следующего интервала времени.

При рассмотрении ползучести композита необходимо принимать во внимание состав матрицы и дисперсной фазы. Деформация и скорость деформации при сдвиге являются одними и теми же для матрицы, волокна (наполнителя) и всего композита. Составляющие напряжения, возникающего в композите при некоторой скорости деформации, имеют вид

В таком случае предел ползучести композита равен

Регулируя объемную долю и расстояние между волокнами (пластинами) мягкой или жесткой упрочняющей фазы, можно менять характеристики низкотемпературной пластичности или вязкости разрушения и длительной прочности, сопротивления ползучести. Так, уменьшение расстояния между пластинами вязкой у-фазы (Fe—Ni) в случае направленной кристаллизации композита NiAl/y с 12...15 до 2,2 мкм при одинаковом напряжении ~30 МПа при 825 °С приводит к понижению скорости ползучести композита приблизительно на три порядка. Волокно или пластины О ЦК-тугоплавких металлов (твердых растворов на основе хрома, молибдена сечением 0,2...1,0 мкм) обеспечивают высокую жаропрочность при удовлетворительной низкотемпературной вязкости разрушения, а включения фазы Лавеса NiAlMe со структурой типа С14 сечением < 0,5 мкм увеличивают прочность при высоких температурах.

В третьей главе рассматриваются модели предельных состояний слоистых цилиндрических оболочек идеальной и несовершенной форм по устойчивости и прочности, построенные на основе соотношений, полученных в первой и второй главах. При этом влияние случайных начальных несовершенств формы оболочки на параметры ее устойчивости исследуется в зависимости от математического ожидания и дисперсии статистического распределения амплитуд парциальных начальных прогибов. В сравнении с экспериментальными данными рассмотрены встречающиеся на практике модели учета ползучести композита. Цель главы — выбор моделей предельных состояний оболочек, пригодных для построения эффективных моделей оптимального проектирования.

тензора-оператора А<т>. Заметим, что величины Ацы интерпретируются как компоненты тензора жесткостных характеристик, а Rijhi(m) — как компоненты тензора ядер релаксации упруго-вязкого материала слоя. Для описания анизотропной ползучести композита на полимерной основе широко используется экспоненциальное представление величин Rijhi'