Высокочастотных напряжений

Нагрузки малой амплитуды, как и выдержка материала под нагрузкой, не являются достаточным условием для разрушения материала по межфазовым границам. Они только способствуют проявлению факта ослабленного состояния этих границ, которое материал имеет изначально. Если границы фаз материала не ослаблены, то он не проявляет чувствительности как к выдержке под нагрузкой, так и к нагрузкам малой амплитуды при высокой и, тем более, при низкой асимметрии цикла нагружения. Следует уточнить, что здесь речь идет не о высокочастотных колебаниях, когда единичное приращение трещины не может отвечать каждому акту приложения внешней нагрузкой. В случае высокочастотного нагружения могут играть роль резонансные явления, когда отдельные элементы структуры (например, сами пластины) могут входить в резонанс, вызывая потерю коге-зивной прочности по межфазовым границам.

2. Приравнивание частоты чисто сдвиговых колебаний балки, найденной по теория Тимошенко, и частоты, предсказываемой теорией упругости. При этом получается значение К' = 0,882, которое наиболее эффективно в задачах о высокочастотных колебаниях [102].

Используя связь между а и и при высокочастотных колебаниях (32) получим

Для цилиндрического канала при высокочастотных колебаниях

Для анализа теплообмена в каналах при высокочастотных колебаниях (как и при анализе гидродинамики) воспользуемся методом последовательных приближений.

Рассмотрим случай достаточно высоких частот колебания, при которых конвективные пульсационные члены являются постоянными по сечению канала, т. е. d АФ/dy я» 0. Следует отметить: более детальный анализ показывает, что при высокочастотных колебаниях это допущение выполняется с точностью до квадратичных членов толщины колеблющегося слоя (бт/г0)а. В рамках принятого допущения для плоского канала при высокочастотных колебаниях

Модель плоского канала для расчета профиля скорости при сравнительно высокочастотных колебаниях достаточно хорошо описывает течение и в цилиндрическом канале, поскольку как и в случае ламинарного режима течения, профиль колебательной составляющей скорости в основном претерпевает изменения вблизи стенки, тогда как ядро потока ведет себя подобно «жесткому стержню». Следовательно, вне пограничного слоя (в ядре потока) градиент давления уравновешивается инерционными силами и его амплитуда колебания при гармонических возмущениях

При низкочастотных колебаниях Q = 0,1 скорость жидкости колеблется в фазе с градиентом давления и профиль скорости в канале практически является квазистационарным. При высокочастотных колебаниях профиль скорости в ядре потока ведет себя

Поскольку при высокочастотных колебаниях течение жидкости в канале носит характер пограничного слоя, будем считать, что осредненное по времени касательное выражение на стенке канала

При высокочастотных колебаниях, как отмечалось выше, может наблюдаться взаимодействие между регулярными колебаниями и турбулентными. Поэтому для анализа гидродинамики колеблющихся потоков важно знать основной (минимальный) период турбулентных колебаний. Для определения основного периода колебаний воспользуемся моделью турбулентного течения, основанной на нестабильности вязкого слоя [30]. Согласно этой модели течение вязкого слоя является нестабильным процессом, в котором вязкий слой периодически нарастает, а затем распадается. Таким образом, неустойчивый вязкий слой ограни-208

5. ТЕПЛООБМЕН ПРИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЯХ ПРИ ТУРБУЛЕНТНОМ РЕЖИМЕ ТЕЧЕНИЯ

- прочность и долговечность (во временном и цикловом выражении) при действии низкочастотных (от изменения эксплуатационных режимов) и высокочастотных (от механических и гидродинамических вибраций) нестационарных амплитуд напряжений;

— трещиностойкость при действии упомянутых выше циклических (низкочастотных и высокочастотных) напряжений;

Таким образом, важное значение для определения сопротивления циклическому нагружению энергетических реакторов имеют такие факторы конструктивного, технологического и эксплуатационного характера, как повторность и длительность нагружения, максимальные температуры и размахи изменений температур, концентрация напряжений, температурные и остаточные напряжения, наложение на низкочастотные циклы эксплуатационных напряжений от изменения режимов высокочастотных напряжений,

Кроме этого, получаемые по уравнениям (2.10) — (2.13) допускаемые долговечности [N] для элементов конструкций, испытывающих действие дополнительных высокочастотных напряжений, должны быть снижены в соответствии с данными гл. 6 и 11.

Испытания проведены на различных уровнях амплитуд максимальных напряжений аа, причем амплитуда высокочастотных

Влияние частоты наложенных деформаций и, что не менее важно, скорости нагружения в условиях двухчастотного нагружения может быть проиллюстрировано на примере сопоставления рассмотренных выше результатов п экспериментальных данных, полученных при двухчастотном нагруженной этой же стали с формой циклов, представленной на рис. 4.19, в, когда частота низкочастотного нагружения (включая время выдержек), температура, а также уровни максимальных и высокочастотных напряжений оставались прежними, а частота а„2 составляла /2 = 30 Гц. что соответствовало соотношению частот /2/Д = 18 000. Характер развития деформаций в этих условиях показан на рис. 4.27. Важно, что их кинетика в основном подобна изменению соответствующих характеристик при нагружении с меньшим соотношением частот (см. рис. 4.25). Как и в последнем случае, полная ширина петли гистерезиса б^ после уменьшения в первые циклы нагружения вследствие упрочнения материала в дальнейшем несколько стабилизируется, а затем начинает увеличиваться (рис. 4.27, и), но интенсивность разупрочнения материала в этом случае существенно ниже, чем при нагружении с/2/Д = 80. Активная же составляющая циклической пластической деформации 6^ вплоть до разрушения остается на установившемся уровне для всех исследованных напряжений. В связи с этим увеличение с числом циклов полной ширины петли следует отнести за счет деформации циклической ползучести е^\ которая также непрерывно увеличивается после начальной стадии пагружения (рис. 4.27, б). Если сравнить ее абсолютные значения для одних и тех же уровней максимальных напряжений двухчастотного нагружения при УУ/1 = 18 000 и /2//! = 80 с нагруженном по трапецеидальной форме циклов, принимая во внимание при этом закономерности взаимосвязи диаграмм циклического деформирования по про-

Во втором цикле нагружения (рис. 4.28, в) наблюдается аналогичная картина, с той лишь разницей, что абсолютные величины деформации ползучести для всех рассматриваемых режимов становятся меньше соответствующих величин первого цикла. Это обстоятельство связано с эффектом упрочнения материала при исходном деформировании. Однако с дальнейшим ростом числа циклов нагружения (Лг = 4, рис. 4.28, г и N = 5, рис. 4,28, д) развитие деформации циклической ползучести для двух наиболее напряженных из рассматриваемых режимов нагружения (кривые 3 и 4) усиливается, поскольку материал оказывается уже достаточно поврежденным (в этих случаях Np = 5 -=- 6 циклов), в то время как для других двух режимов (кривые 1 и 2) характерным остается уменьшение ет. В последнем случае накопленное к 4-му и 5-му циклам нагружения повреждение еще сравнительно мало и в относительных единицах составляет d ^ 0,1. Из этих данных видно, что вместе с уровнем действующих напряжений и формой цикла нагружения на характер развития деформации ползучести в течение выдержек с наложением на них (или без наложения) высокочастотных напряжений оказывает существенное влияние и уровень накопленного в материале к данному моменту повреждения.

нительной деформации циклической ползучести ет (рис. 4.31, г), накапливаемой при действии высокочастотных напряжений. И хотя в данном случае температура испытаний 20° С и материалу в этих условиях не свойственно проявление ползучести при действии постоянных напряжений, она инициируется вследствие действия высокочастотной составляющей, что наблюдалось при комнатной температуре и на других пластичных материалах [12]. При статическом разрыве сталь 12Х2МФА имеет величину относительного поперечного сужения, характеризующего пластичность материала, равную % = 73%. При одночастотном мягком нагружении в области квазистатического разрушения (до Np <^ <; 103) с увеличением разрушающего числа циклов величина ij^ остается практически той же (78%). Двухчастотное нагружение характеризуется увеличением пластичности данной стали. Слабо отражаясь на величине г^, это обстоятельство проявляется в увеличении предельной циклической деформации (рис. 4.31, а)

Изменение низкочастотной предельной амплитуды при наложении высокочастотной нагрузки с частотой 400 цикл/мин выявилось при амплитудах высокочастотного нагружения, равных 3 кгс/мм2 для стали ОХ12НДЛ и 2, 3 и 4 кгс/мм2 для с^али 45. При одновременном действии двух нагрузок среднее напряжение низкочастотного нагружения, как и при испытании без высокочастотного нагружения, сохранилось равным 20 кгс/мм2. Низкочастотная предельная амплитуда цикла с наложением высокочастотной нагрузки (амплитуда 3 кгс/мм2) для стали ОХ12НДЛ снизилась с 13,5 до 4,5 кгс/мм2 (кривая 2), т. е. на 67%, а для стали 45 с наложением высокочастотной нагрузки (амплитуда нагрузки 2 кгс/мм2) —с 14 до 8 кгс/мм2 (кривая 4). При амплитудах высокочастотных напряжений, равных 3 и 4 кгс/мм2, низкочастотная предельная амплитуда достигает соответственно 5 и 2 кгс/мм2 (кривые 5 и 6). Таким образом, низкочастотная предельная амплитуда для стали 45 при наложении высокочастотных нагрузок с амплитудой 2, 3 и 4 кгс/мм2 снижается на 43, 65 и 85% по сравнению с предельными амплитудами, найденными без наложения высокочастотных нагрузок,

Для определения снижения низкочастотных пределов выносливости образцов из этих сталей с наложением высокочастотных нагрузок амплитуды высокочастотных напряжений были приняты равными 3 и 5 кгс/мм2.

мощности, срабатыванием аварийной защиты или другими режимами, сопровождаю i ся наложением высокочастотных напряжений. например вызванных вибрацией, пульсацией температур при перемешивании потоков теплоносителя с различной температурой, pacnei на циклическую прочность проводится с учетом высокочастотного нагружения.