Предельную деформацию

Для полной характеристики выносливости материала необходимо установить зависимость предела выносливости от характера цикла нагружений. С этой целью из исследуемого материала изготовляют несколько серий совершенно одинаковых образцов и каждую из них подвергают испытаниям на выносливость. При этом фиксируют значение среднего напряжения от цикла, а предельную амплитуду оа определяют из опыта по базовому числу циклов N0. Например, первая серия образцов испытана при симметричном цикле Ra=—l(o"m=0); no результатам испытаний построена кривая усталости и определено значение предела выносливости cr^. Вторая серия образцов испытана при цикле с Ra= = —1/2; третья — при Ra-=Q и т. д. По результатам испытаний, так же как и в первом случае, построены кривые выносливости и определены значения пределом выносливости. По полученным данным легко построить диаграмму зависимости предельных амплитуд оа от принятых средних напряжений crm цикла. Примерный характер такой диаграммы, называемой диаграммой предельных амплитуд цикла, показан на рис. 2.114.

Вместе с тем следует учесть, что разрушение может произойти только в том случае, когда максимальные напряжения в области вершины трещины будут равны (как это следует из уже упоминавшихся работ Фроста) пределу выносливости исследуемого материала при симметричном цикле нагружения без концентрации напряжений. Подставив значение jRT вместо /? и выразив предельную амплитуду трещинообразования через но-

На рис. 32 приведены результаты грубых расчетов действительных амплитуд деформаций у вершины усталостных трещин во всех трех характерных областях, упомянутых ранее. Штриховой линией показан уровень, соответствующий предельной амплитуде деформации для исследованной стали. Амплитуда действительного цикла деформации в элементе 2 (кривая 2) при амплитуде цикла нагружения, например, ±3,5 кН при малой длине трещины (или ее отсутствии) превосходит предельную амплитуду. Следовательно, возникшая трещина будет расти. Однако с ростом трещины действительная амплитуда деформации уменьшается, и при некоторой длине трещины она становится меньше критической; дальнейший рост трещины невозможен— трещина превращается в нераспространяющуюся. В области, где трещины развиваются вплоть до разрушения, кривая амплитуд истинных деформаций в элементе 2 лежит

Предельную амплитуду напряжений для материала находим из выражения

на предельную амплитуду о цикла при осевой

Влияние асимметрии цикла на его предельную амплитуду определялось на установке резонансного типа, где образцы подвергались чистому изгибу в одной плоскости. На этой же уста-

новке изучались усталостная прочность сталей при одночастотном и двухчастотном нагружениях, а также влияние асимметрии цикла на его предельную амплитуду при чистом изгибе в одной плоскости.

Для установ'ления влияния асимметрии цикла на его предельную амплитуду выносливость образцов из сталей 20ГСЛ, ОХ12НДЛ и 45 определялась при симметричном, пульсирующем и асимметричном циклах нагружения.

Из рис. 37 видно, что при переходе от симметричного цикла нагружения к пульсирующему предельная амплитуда цикла уменьшается. Это уменьшение зависит от концентратора напряжений и среды, в которой проводились испытания. Влияние асимметрии цикла на его предельную амплитуду для гладких образцов, испытанных на воздухе, больше при резкоасимметричном цикле нагружения, чем при пульсирующем (кривая 1).

Для надрезанных образцов, испытанных на воздухе при переходе от симметричного цикла нагружения к пульсирующему, предельная амплитуда цикла снизилась с 9,5 до 5 кгс/мм2. Дальнейшее увеличение среднего'напряжения до 20 кгс/мм2 фактически не влияет на предельную амплитуду цикла (кривая 3), т. е. влияние асимметрии цикла при наличии концентратора напряжений (надрез на растянутой стороне) в этом случае проявляется значительно вплоть до пульсирующего цикла и практически не влияет при большой асимметрии цикла.

Как видно из рис. 38, влияние асимметрии цикла на его предельную амплитуду для испытания на воздухе независимо от уровня среднего напряжения остается постоянным, а в воде зависит от уровня среднего напряжения, причем с его увеличением (до 16 кгс/мм2) увеличивается. Это, по-видимому, объясняется тем, что при испытании на воздухе образцы работают с трещиной 10—30% времени от общей долговечности,^ а в коррозионной среде — до 90%. Развитие усталостных трещин под действием растягивающего среднего напряжения ускоряется. Поэтому пред-

В окрестности трещиноподобных дефектов и конструктивных концентраторов напряжений возникают локальные пластические деформации. Область с пластической деформацией ограничивается радиусом гт, [17]. Деформации в пластической зоне распределены крайне неравномерно. Очевидно, что непосредственно в вершине трещины максимальные деформации не могут превысить величины, соответствующей истинному сопротивлению разрыву. Приближенно, предельную деформацию Б„Р можно определить по известному относительному сужению образца при разрыве \у по формуле:

Предельную деформацию образца с концентратором напряжений можно определить исходя из определения понятия коэффициент концентрации пластических деформаций КЕ:

где предельную деформацию ек приближенно вычисляю! по известному значению относительного поперечного сужения

Большинство предложенных уравнений малоцикловой усталости связывают число циклов до разрушения N, амплитуду пластических деформаций е0 и предельную деформацию епр.

Результаты обсуждаемых здесь двумерных испытаний согласуются с результатами, полученными для бороэпоксидных композитов, и помогают объяснить их. Типичный композит с объемной долей волокон 0,55 имеет предел прочности в осевом направлении, равный 2,2-105 фунт/дюйм2, и предельную деформацию, равную 0,007. Соответствующий коэффициент концентрации деформаций в поперечном направлении ЙЁ равен приблизительно 5, а модуль композита в поперечном направлении 3-10° фунт/дюйм2. Используя значение предельной деформации материала матрицы euit = 0,015, найденное из независимого испытания сплошного образца из смолы Narmco 5505, можно вычислить предел прочности в поперечном направлении по формуле

Для зоны в вершине трещины величина ц( принимается равной 0,5. Разрушающая деформация ё/ в вершине трещины определяется через логарифмическую предельную деформацию ё*а в шейке гладкого образца с учетом объемности напряженного состояния в ширине трещины [62]

Данный прибор позволяет изменять предельную деформацию и скорость деформирования при пониженных и повышенных температурах.

Зависимость ес от характеристик механических свойств определяется по данным кратковременных или длительных статических испытаний гладких лабораторных образцов. Влияние величин t9, т3, TV3 и гэ на предельную деформацию устанавливается (рис. 1.5, а) из длительных циклических испытаний с учетом упомянутых выше методических трудностей. При увеличении температуры эксплуатации t3, времени нагружения тэ и коэффициента асимметрии цикла ге разрушающие деформации падают (кривая малоциклового разрушения смещается вниз и влево). Для макси-

Рабочее давление- Трение на кольце возрастает с ростом рабочего давления вплоть до давления максимальной деформации. Это то давление, при котором кольцо определенной твердости, прочности на растяжение, относительного удлинения и модуля упругости получает предельную деформацию. Для резины с твердостью HS 70 оно составляет примерно 85 кГ/см2. Это на несколько десятков атмосфер ниже давления выдавливания при рекомендованных зазорах.

Предельную деформацию капли во время удара можно оценить из нижеследующих соображений. Пусть волна сжатия, отраженная от жесткой площади соударения, начинается в точке А (рис. XIII. 10). Она дойдет до точки В на поверхности капли раньше, чем эта точка достигнет плоскости, если а>Уд/ав < sin у. В предельном случае при знаке равенства площадь контакта /уд, на которую распространяется давление от ударной волны, можно выразить через скорости

Используя изохронные кривые ползучести, полученные в НПО ЦКТИ для сталей 20ХЗМВФ и 25Х2М1Ф, находим зависимость, связывающую предельную деформацию eg" с параметром Лар-г,она—Миллера