Оглавление:
Понятие о малоцикловой усталости материалов
- Концепция низкоцикловой усталости материалов Во многих реальных инженерных сооружениях разрушение наблюдается после относительно небольшого числа циклов нагружения, исчисляемых тысячами повторений. Разрушение после небольшого числа циклов нагружения от так называемой низкоцикловой усталости обычно производится со значительной (около 1%) пластической циклической деформацией в макрообъеме рассматриваемых конструктивных элементов. Расчет элементов конструкций на малоцикловую усталость основан на экспериментальных данных по закону сопротивления деформации и разрушения при циклическом
упругопластическом деформировании. Ниже приведены основные понятия и некоторые следствия изучения динамики деформирования и разрушения материалов при циклическом упругопластическом деформировании. Исследовано сопротивление материалов многократному упругопластическому деформированию в общем однородном напряженном состоянии с использованием двух основных нагрузок. Под первым процессом, константа циклической деформации, под второй деформацией амплитуды, продолжая напряжение амплитуды. Эти типы называются мягкими и жесткими перевозками. Мягкое нагружение циклическая деформация при мягком нагружении (рис. 577) состоит из относительных
координат a=e=, где предел текучести Sgt обычно принимает предел Людмила Фирмаль
пропорциональности к исходному полупериоду, обозначенному нулем- 618вым; Эт-относительная деформация, соответствующая пределу текучести (пропорциональность). Для описания последующего полупериода удобно использовать координаты 5==—; e= -. После начальной деформации Бау и посадки самолета, обратимых деформаций КДЛ и посадки ЛМ образуются, в общем случае, разомкнутые петли упругопластической деформации первого полупериода, ее ширина обозначается 6{1), а при дальнейшем повторении нагружения и разгрузки получаем кривую ширины 6 ( * } различных полупериодов и соответствующую петле деформацию. Переход к нелинейному участку диаграммы в полупериоде / G-m представляет собой напряжение и деформацию, равные St
и a в исходной системе координат в D p и e^. В зависимости от свойств материала в процессе многократного упругопластического деформирования предел текучести(пропорциональный) и форма кривой деформации могут изменяться. Поэтому для большого количества металлов и сплавов, когда образец растягивается под действием напряжений, превышающих предел текучести (пропорциональный), это явление называется последующей разгрузкой и обратимым эффектом БАУ-Шунга, наблюдаемым не только при растяжении уплотнения, но и при других видах напряженных состояний. Для объяснения эффекта Баушингера было предложено несколько моделей. Наиболее вероятной причиной
- изменения предела упругости, пропорциональности и условного предела текучести при обратимом нагружении является остаточное ориентированное микронапряжение, возникающее в результате предшествующей пластической деформации. Они способствуют раннему возникновению пластической деформации при повторной нагрузке другого знака. Модель Mazing является одной из первых моделей. Обратимая деформация поликристаллических образцов рассматривается в предположении, что зерна с анизотропией имеют различную ориентацию к деформационным нагрузкам, проявляют различные деформации и имеют разные пределы текучести. Данная модель позволяет определить предел текучести при первой обратимой нагрузке для симметричного цикла, величину начального напряжения при нулевом полупериоде, то есть величину
предыдущей деформации.) 619 миль, координаты 5.: СВ’^2. (21.28)) Однако, как показали многочисленные эксперименты, зависимость (21.27) не применима ко многим материалам. Значения ST для некоторых материалов приведены в таблице. 24. Таблица 24 Материал » т а 0 а к • Сталь:45 (нормализованная) 1,13 0 3,55 2 0-3 0 1X18H9G (аустенизация)1,66 0,15 — 1,13 10 ZOHGS (обожженный)1.61 0,03 — 0,90 — ZOHGS (680g, s закаляя) 1,34 — 0,01 1,2 — ZOHGS (закалять, отпуск 360°C)1,60 — 0,10 0,86 — тепловые отходы H1 I1,45 — 0,02 1,93 — сплав B95 (естественное старение) 1.84 0.4 1.15 g-AC8 (искусственное старение) 1.67 0.28 1.35 1 Сказанное относится и к первой половине цикла. При последующем циклическом де4юрмировании сопротивление материала упругопластической
деформации изменяется, что приводит к изменению предела текучести Людмила Фирмаль
(пропорционально) S?. По мере увеличения числа циклов это свойство может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от характеристик материала(рис. 578; строка 1 соответствует сплаву Д16, 2-стали СОХГС). Он также изменяется со степенью начальной деформации e (0). Однако в реальных расчетах обычно предполагается, что предел текучести (пропорциональный) не зависит от числа циклов и степени начальной деформации. Основными параметрами низкоциклового усталостного зонда при слабой нагрузке являются петли гистерезиса 6<2 «_O для нечетных Ширин и 6<2′! В данном случае речь пойдет о полупериодах четных чисел. 577). Ширина петли для данного полупериода-это пластическая (остаточная) деформация за полупериод, а разница в ширине петли в двух соседних полупериодах — это разница в ширине петли за цикл. Для разных материалов скорость изменения ширины петель
в количестве циклов различна. В случае периодически твердеющих материалов (например, Сталь 1, 18N9T, алюминиевый сплав B96, D16T, ADZZ, AR8) ширина петель по числу циклов уменьшается, и проводятся эксперименты по ходу циклического деформирования.- 620называют для такого материала изменение ширины петли с половиной числа циклов хорошо описывается зависимостью x (1) 6, A)= ’ ^G. (21.29) Здесь параметр a>0 зависит от материала и начальной деформации, которая увеличивается с ростом последней, но в первом приближении считается постоянной. В симметричном цикле нагружения ширина петли в первом полупериоде зависит от величины начальной деформации e{G) и предела текучести ST, как
показано в эксперименте уравнением d’1=L (e, 0>-A -), (21.30).) В случае периодически размягчаемых материалов (например, жаропрочной стали, чугуна) ширина петель с увеличением числа полупериодов и суммарной деформации увеличивается. Зависимость ширины петли от числа полуциклов определяется по формуле 6(/°=W1 »-1″, (21.31) Здесь p-постоянная материала, которая зависит от степени начальной деформации. Его также можно принять за первую приближенную константу. Для некоторых материалов это показано в константах a, 0 и в таблице. 24 наконец, в случае циклически стабильных материалов(например, углеродистых и аустенитных сталей среднего размера) ширина петли упругопластического гистерезиса деформируется четно, а при различной ширине петли в нечетно-полуциклах происходит накопление односторонней деформации. Для таких материалов, ширина петли определяется
по формуле (21.29): к=Фе*. Однако разделение периодически затвердевающих материалов устойчиво, например, изгиб-предварительное пластическое деформирование при комнатной температуре-приводит к периодическому размягчению, так как поведение конкретного материала при циклическом деформировании зависит от температуры, его начального состояния (упрочнение, термообработка) и других факторов. То же самое происходит и с закаливанием. Таким образом, в неустойчивом состоянии материал периодически размягчается. В то же время в стабильном состоянии (отжиг) наблюдается периодическое упрочнение. Пластические свойства материала после определенного числа циклов нагружения характеризуются суммарной пластической деформацией, накопленной за K полупериод. Это связано с шириной петли 621(21.32)) В четные и нечетные периоды (см. Рисунок). 577)
формула А—=1 Тяжелая нагрузка. Как уже упоминалось, весьма популярным методом исследования сопротивления материала периодическому упругопластическому деформированию является испытание с постоянной амплитудой деформации жесткостной нагрузкой (а-579; а-сплав В96, Б-сталь 1Х18Н9Т). В таких испытаниях, вследствие перераспределения упругой и пластической частей деформации, максимальное напряжение от цикла к циклу может изменяться. Динамика изменения максимальных напряжений зависит от свойств материала и следует за поведением различных групп материалов при мягких нагрузках. Поэтому при испытании материала, который периодически затвердевает под действием жестких нагрузок, амплитуда напряжений сначала увеличивается.
Интенсивность увеличения уменьшается с увеличением числа циклов. После относительно немногих циклов амплитуда давления становится практически постоянной на протяжении большей части своего срока службы вплоть до отказа. Установившаяся развертка напряжения иногда называется асимптотической или насыщенной разверткой. Предполагается, что каждый промежуток деформации соответствует определенному» асимптотическому » промежутку напряжений. Он берется в количестве циклов, равном половине разрушения.
Смотрите также:
