Разрушения появление

5. Провести расчетную оценку малоциклового сопротивления изделия путем сопоставления данных между разрушающими деформациями конструкций (деформации в максимально нагруженной зоне) и величинами предельных (при данном числе циклов до разрушения — появления трещины) деформаций гладких образцов с учетом условий деформирования в зоне разрушения кон струкции.

Оценка повреждений с целью проверки справедливости деформационно-кинетических критериев циклического разрушения должна осуществляться с использованием прямых корректно полученных данных базовых экспериментов, причем в общем случае проведение таких экспериментов предусматривается на машинах с обратными связями, обеспечивающих различные режимы программного нагружения и нагрева с погрешностью по каналам сил, деформаций и температур не более 1—2%. При этом в соответствии с результатами испытаний широкого круга конструкционных материалов суммарное накопленное к моменту разрушения (появления трещины) повреждение для случаев малоциклового, длительного циклического изотермического и неизотермического нагружений, а также термической усталости оказывается, как правило, в пределах от 0,5 до 1,5.

где у, — коэффициент, учитывающий эквивалентную длительность непрерывного действия наибольшего напряжения при циклическом нагружении; при синусоидальном нагружении X = 0,3, по мере увеличения длительности выдержки несинусоидального нагружения х приближается к единице; т = ./Vp/v — общая длительность нагружения до разрушения (появления трещин).

где Nt (т) — количество циклов, определенное при заданном размахе циклической деформации по кривой усталостного разрушения в условиях длительного жесткого нагружения с учетом частоты (времени) нагружения; Nf — число циклов до разрушения (появления трещины); eir — интенсивность деформаций, односторонне накопленных в процессе статического и циклического нагружения (в момент разрушения eir = ef); ef (т) — предельная пластичность при монотонном нагружении, или длительная пластичность, зависящая в первом приближении только от общего времени до разрушения.

Таким образом, для обеспечения полной неразрушимости за период эксплуатации необходимо предупредить наступление 3-х предельных состояний: нестабильного разрушения, появления трещин и общей текучести. Для обеспечения относительной неразрушимости эти же требования смягчаются тем, что допускается появление и некоторый рост трещин при условии ограничения их роста в пределах заданного размера. Для предотвращения текучести сечения должна быть проведена проверка по ослабленному дефектом нетто-сеченйю. Напряжение в нем от эксплуатационных нагрузок, увеличенное в п раз, не должно превышать стт/им.

лов до разрушения (появления трещины) при заданной циклической деформации в рассматриваемом цикле нагружения; Nf — число циклов до разрушения (появления трещины). Долю длительного статического повреждения обычно оценивают во временной трактовке на основе линейного суммирования повреждений:

где Л' — число циклов нагружения; Л'/< —число циклов, определяемое при заданной в цикле нагружения деформации по кривой малоцикловой усталости в условиях жесткого нагружения при рассматриваемой форме цикла нагружения; Nf — число циклов до разрушения (появления трещины).

где е — односторонне накопленная в процессе статического и циклического нагружения деформация; ef — односторонне накопленная деформация в момент разрушения (появления трещины); к} — располагаемая пластичность материала.

Для оценки неизотермической малоцикловой прочности при различных сочетаниях режимов нагрева и нагружения необходимы информация о кинетике параметров процесса циклического упруго-пластического деформирования в опасной зоне конструктивного элемента, об изменении полной (или необратимой) деформации, о накопленной деформации с числом циклов нагружения, а также кривая малоцикловой усталости, соответствующая режиму нагружения и нагрева. Кривые малоцикловой усталости следует получать при длительном изотермическом и неизотермическом малоцикловом жестком нагружении с учетом температур (рис. 3.1, а), частоты (времени) деформирования (рис. 3.1, б), а также цикличности температуры (рис. 3.2). В случае режимов, обладающих максимальным повреждающим эффектом, кривые /, // (рис. 3.2) жесткого режима деформирования смещаются в область меньшего числа циклов до разрушения (появления трещины). Кроме того, требуется информация о располагаемой пластичности материала при монотонном растяжении (рис. 3.3, режимы а, б) с учетом скорости

Долговечность материала до образования трещины при термоциклическом нагружении, оцениваемая числом циклов Nf или временем до разрушения (появления трещины) if, является основным критерием сопротивления материала термоциклическому нагруже-нию. Первичной информацией о сопротивлении материалов термоциклическому нагруженшо являются кривые термической усталости.

В работе [68] выполнен анализ долговечности в зонах концентрации напряжений. В целях определения влияния ползучести на число циклов до разрушения (появления трещины) рассчитали долговечность при циклическом осевом растяжении плоских образцов (пластина с отверстием при повторном осевом растяжении) жаропрочных алюминиевых сплавов. Температуры испытания 120... 190° С являются для рассматриваемых материалов достаточно высокими; ползучесть и релаксация напряжений выражены.

Исследование [68] долговечности образцов с отверстием (ав-б), из высокопрочного/алюминиевого сплава при температурах 320, 150 и 190° С в условиях отнулевого цикла номинальных растягивающих напряжений показало существенное влияние выдержки на число циклов до разрушения (появления трещины) (рис. 5.8).

межзеренное растрескивание); 2) ввод полученных матриц, представляющих собой дискретные аппроксимации исследуемых структур, в ЭВМ, рацбиение их но более крупные ячейки с размерами lk*J-k> J-k = 4, 6, 8, 10, 12, 16, 21, 32 при k = 1,...,8 и построение для каждого разбиения характеристической меры в виде равноячеечного распределения единиц Р (Р, = Mj/ ZMj, где Mj — количество единиц в 1-ой крупной ячейке, ?М — общее количество единиц в матрице крупных ячеек, i = 1,2,3,...,N, N — [64/.Ц]2}; 3) расчет для набора величин q из интервала [-30:40] традиционных МФ-харпктеристик — f(d)-спектров и Dq-спектров размерностей Реньи. Методика позволяет количественно оценивать степень однородности и скрытой упорядоченности структур (описываются соответственно характеристиками l(«)q-4fll И Д^о * P'1'l "~ ^ч <"•- Чем больше f^o, тем однороднее структура, и Чец больше Л4р, тем она упорядоченное. Установлено, что процессы структурной самоорганизации протекают в приповерхностном слое с опережением по сравнению с внутренними объемами материала, что согласуете»! с известным фактом наличия градиента плотности дислокаций в приповерхностном слое. Уменьшение относительной величины поверхностных микродефектов повышает однородность этих процессов и сглаживает их локализацию вблизи дефектов. При этом но Этапе мдкроупругой деформации повышается степень упрочнения и гомогенности приповерхностного слоя (рост ОПц и Oo.z). ° на этане зарождения разрушения появление и рост зародышей трещины происходит при больших напряжениях и деформациях (рост 0В и пластичности). VcTuHosjioiio, что относительному увеличению показателей прочности в 1,04..-1,14 раза, и пластичности в 1,2 раза соответствует относительное увеличение МФ-характеристик D4 (q = 1...40) и а.ш в 1,06 page. При нанесении покрытия из Не коэффициенты корреляции зависимости1 относительного увеличения О,щ и Оц.г и относительного изменения МФ-харпктеристик D^u и ОЦр Превышали 0,99. При нанесении Покрытий Ив Си с h/d < 0,0008...0,001 переходный слой Си-Мо снижает интенсивность процессов структурной самоорганизации в приповерхностном сдое Мо, и увеличению Gnu и СТ() а (Ов и 6 практически не изменяются.) соответствует увеличение D( (q > 2) и Д4о- После h/d 'г D.001 покрытие сиособствует большей пластической деформации материала приповерхностного слоя, и снижению Он и росту пластичности соответствует уменьшение D<(. Точки перелома зависимостей МФ-хорактеристик и механических свойств от h/d совпадают. Это согласуется с данными анализа связи фрактальной размерности зоны предразрушения с механическими свойствами [1]. В обезуглеро-женном поверхностном слое процессы деформации и разрушения протекают более однородно, а инициация разрушения начинается в нем при больших напряжениях и деформациях, по сравнению с материалом необезуглероженного поверхностного слоя. Изменению (ТПц на

Путем механических испытаний для каждого материала определяются напряжения, при достижении которых в материале появляются признаки нарушения прочности: при достижении предела текучести — заметные остаточные деформации, при достижении предела прочности — признаки непосредственного разрушения — появление излома. Так как оба признака говорят о нарушении прочности, то напряжения, при которых они появляются, должны считаться недопустимыми. Таким образом, к предельным напряжениям материалов должны быть отнесены предел текучести и предел прочности материала.

При длительном развитии разрушения появление дополнительных трещин весьма вероятно; их обнаружение и анализ помогает установить характер разрушения, тем более, что при длительном развитии эксплуатационной трещины поверхность разрушения сильно повреждается. Траектория трещины может свидетельствовать о времени ее возникновения; например, на неработавшей детали из высокопрочного алюминиевого сплава обнаруженная трещина идентифицировалась вначале как штамповочная, однако анализ ее траектории показал, что она строго следовала рискам от механической обработки, следовательно, трещина возникла либо при механической обработке, либо спу-ся какое-то время под действием внутренних остаточных напряжений.

Здесь ef — односторонне накопленная деформация в момент разрушения (появление трещины).

где NI определяется при заданной в цикле нагружения деформации по кривой усталостного разрушения в условиях жесткого нагружения; Nf — число циклов до разрушения (появление трещины). Разрушение переходного характера в предположении линейного закона суммирования повреждений описывается соотношением [132]

Здесь NI (t) определяется при заданной в цикле нагружения деформации по кривой усталостного разрушения в условиях длительного жесткого нагружения с учетом частоты (времени) деформирования; N f — число циклов до разрушения (появление трещины); ef — односторонне накопленная деформация в момент разрушения (появление трещины); Rir (t) — необратимая циклическая деформация (ширина петли гистерезиса) в /с-м полуцикле нагружения; егг (t) — односторонне накопленная необратимая деформация;

Распространенным является построение зависимости пластической деформации от числа циклов нагружения до разрушения (появление макротрещины). При этом в связи с выраженной по-цикловой кинетикой напряжений и деформаций необходимо рассмотреть, какие значения пластических деформаций можно использовать для интерпретации условий длительного циклического разрушения.

где NI (t, Гуаг) определяется при заданной в цикле нагружения деформации по кривой усталостного разрушения в условиях жесткого нагружения с учетом частоты (времени) деформирования и формы цикла нагрева; Nf — число циклов до разрушения (появление трещины); eir — односторонне накопленная в процессе статического и циклического неизотермического нагружения деформация; ef — односторонне накопленная деформация в момент разрушения (появление трещины); sf (t, ?'var) — располагаемая пластичность при монотонном нагружении в неизотермических условиях.

где NI (t) определяется при заданной в цикле нагружения деформации по кривой усталостного разрушения при длительном жестком нагружении с учетом частоты (времени) деформирования; Nt — число циклов до разрушения (появление трещины).

Испытания металлов на растяжение при объемном напряженном состоянии, в частности определение условного предела текучести и предела прочности, чрезвычайно затруднительны. Практически невозможно осуществить эксперимент с равномерным всесторонним растяжением. В то же время экспериментальное определение плоского напряженного состояния вполне возможно. Подобные опыты неоднократно проводились, причем результаты их удовлетворительно согласуются с четвертой (энергетической теорией формоизменения)' теорией прочности. Одним из таких характерных экспериментов являются испытания тонкостенных цилиндрических труб. Напряжения в стенках создавались нагружением трубы внутренним давлением и одновременным растяжением в осевом направлении. С помощью подобных опытов были установлены пределы текучести материалов испытываемых труб для различных отношений двух главных напряжений. Следует принять во внимание, что начало разрушения (появление трещин) служит критерием прочности при расчете деталей, изготовленных из хрупких материалов (например, обычный серый чугун СЧ 21-40 и аналогичные ему). При расчете деталей, выполненных из широко применяемых в турбостроении сталей, таких как 1X13, 1Х12ВНМФ, 1X11МФ, 20ХЗМВФ, критерием служит появление массовых остаточных деформаций.

Исследование процесса усталостного разрушения осуществляют по скорости и затуханию УЗ. При многократной нагрузке металла напряжением, значительно более низким, чем предел прочности, в нем образуются микротрещины, которые соответствуют начальной стадии разрушения. Появление микротрещин вызывает уменьшение скорости и увеличение затухания УЗ.