Большая техническая энциклопедия
0 1 3 5 8
D N
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
УБ УВ УГ УД УЗ УК УЛ УМ УН УП УР УС УТ УФ УЧ

Усталостное нагружение

 
Усталостное нагружение более многофакторное, чем статическое деформирование и задача классификации дислокационных структур еще более усложняется.
Усталостное нагружение образцов с покрытиями иногда сопровождается отслаиванием покрытия от основного металла. Разрушение может носить адгезионный, когезионный или смешанный характер. В отдельных случаях усталостная прочность ограничивается прочностью соединения покрытия с основным металлом или когези-онной прочностью покрытия.
Электронные микрофотографии, снятые с поверхности образцов стали 22К после испытания при различной форме цикла ( а и б - траст / тсж 13. в и г - траст / тсж 1. д и е - траст / тсж 0 07. В условиях усталостного нагружения большое значение имеет микромеханизм процессов деформирования, так как от протекания деформации в тех или иных зонах материала, от перемещения и расширения этих зон зависят прочностные и пластические свойства материала. Так, преобладание длительности действия растягивающих напряжений способствует сдвиговым процессам во внутренних областях зерен и затрудняет сдвиг по границам, что подтверждается микроинтерферометрией.
В режиме усталостного нагружения могут эффективно эксплуатироваться только полимерные материалы с определенными деформационно-прочностными характеристиками.
Даже при усталостном нагружении, которое до недавнего времени рассматривалось как стационарное, стереотипно повторяющееся, были обнаружены и начали учитываться существенные изменения во времени.
Даже в процессе усталостного нагружения при разрушении образуются микротрещины в матрице, а волокна, ориентированные перпендикулярно направлению нагружения, остаются целыми. Можно считать, что явление распространения трещины в композитах этого типа хорошо изучено, несмотря на то, что результаты расчетов совпали с экспериментом скорее качественно, чем количественно.
Даже в процессе усталостного нагружения при разрушении образуются микротрещины в матрице, а волокна, ориентированные перпендикулярно направлению нагружения, остаются целыми. Можно считать, что явление распространения трещины в композитах этого типа хорошо изучено, несмотря на то, что результаты расчетов совпали с экспериментом скорее качественно, чем количественно.
В последнем случае усталостному нагружению подвергаются только две диаметрально противоположные зоны, расположенные в плоскости действия изгибающего момента. При круговом же изгибе последовательно нагружаются все периферийные зоны сечения, что не может не оказать влияния на долговечность образца. Здесь напряжения растяжения-сжатия, перемещаясь по периферии образца серповидноохватывающим движением, затрагивают всю периферию образца; каждая точка поверхности образца в опасном сечении, помимо максимальных напряжений, возникающих при переходе ее через плоскость изгибающего момента, дополнительно подвергается действию последовательно подходящих и уходящих напряжений при вращении образца.
Затем образцы подвергают усталостному нагружению нагрузкой, равной - 70 % Лпах до тех пор, пока трещина не достигнет длины - 1 мм, а затем испытывают до разрушения. Приращение длины трещины Да при / - интегральном нагружении очерчивается в изломе границами предварительно выращенной трещины усталости и границей усталостного излома, образовавшегося при последующем нагружении.
В последнем случае усталостному нагружению подвергаются только две диаметрально противоположные зоны, расположенные в плоскости действия изгибающего момента. При круговом же изгибе последовательно нагружаются все периферийные зоны сечения. Каждая точка поверхности образца в опасном сечении, помимо максимальных напряжений, возникающих при переходе ее через плоскость изгибающего момента, дополнительно подвергается действию последовательно подходящих и уходящих напряжений при вращении образца.
Линии сдвига при усталостном нагружении гораздо раньше, чем при однократном, начинают перерастать в начальные трещины.
Поэтому теории прочности для усталостного нагружения значительно сложнее, чем для однократного.
Рельеф скольжения в процессе усталостного нагружения развивается неоднородно по поверхности кристалла и обнаруживается вначале в отдельных очагах скольжения, площадь которых растет с увеличением числа циклов.

Исследования дислокационной структуры при усталостном нагружении при комнатной температуре на моно - и поликристаллическом железе [2] не позволили в полной мере выявить эти особенности, так как для этих материалов переходная температура находится ниже комнатной.
Модель поведения композитов при усталостном нагружении во многом зависит от вида нагружения [3], природы составляющих и геометрии композита. В системе серебро - вольфрам, в отличие от системы серебро - сталь, не было обнаружено трещин на поверхности раздела. Форсит и др. [26] также отмечали, что введение вольфрамовой и стальной проволоки в алюминиевую матрицу повышает усталостную прочность.
Данная установка позволяет подвергать образцы усталостным нагружениям и отслеживать изменения угла смачивания поверхности от исходного состояния до его разрушения. Нагружение можно осуществлять как в области малоцикловой, так и многоцикловой усталости по схеме чистого симметричного изгиба при заданных значениях деформации. Регулировка деформации производится посредством резьбового регулятора с последующей фиксацией, а контроль величины прогиба образца с помощью специального устройства. Количество циклов регистрируется тахометром. Частота нагружения исключает возможность его саморазогрева, влияющего на результаты исследования, и составляет 10 циклов в минуту. Капли заданного объема и в заданную точку наносятся при помощи стационарно установленного шприца на предварительно обезжиренную поверхность после остановки установки и приведения образца в исходную позицию. Регистрация угла смачивания проводится с помощью цифрового фотоаппарата с последующей компьютерной обработкой результатов.
Рассмотрим, например, опыт на усталостное нагружение. Образец, подверженный действию осевых нагрузок, остается неповрежденным большую часть времени. Затем где-либо появляется видимая глазом трещина, которая продолжает расти вплоть до момента полного разрушения. Этот процесс усталостного разрушения может быть разделен на два периода: а) период скрытого накопления невидимых глазом повреждений; б) период образования и распространения трещины.
Роль этих явлений особенно велика при усталостном нагружении, когда они инициируют меж1слоевое разрушение. Значит, важио не только более глубоко изучить эти явления; необходимо также разработать методы, позволяющие определять, при каких условиях нагружения трещина будет распространяться.
Фотография в проходящем свете разорванных волокон около пересечений нитей в композите из ткани сатинового плетения и полиэфирной смолы. однократное нагружение до 90 % от предела прочности при растяжении. Первое проявление поврежденное под действием статического или усталостного нагружения по-прежнему состоит в расслоении у поперечных волокон. В дальнейшем расслоения развиваются вдоль поверхностей раздела слоев и среди продольных волокон.
Допустим, что материал имеет сложную историю усталостного нагружения, но не доведен до разрушения. Теттерь необходимо определить его предельные напряжения при простом силовом воздействии, скажем а const.
Допустим, что материал имеет сложную историю усталостного нагружения, но не доведен до разрушения. Теперь необходимо определить его предельные напряжения при простом силовом воздействии, скажем a const.
В базисной плоскости монокристаллов цинка, подвергнутых усталостному нагружению при низкой температуре, были обнаружены большие дислокационные петли. Значительное восстановление наблюдается в цинке и кадмии уже при комнатной температуре.
Как и другие материалы, стеклопластики, подвергнутые циклическому усталостному нагружению или долговременному статическому нагружению ( механическое разрушение), характеризуются понижением уровня разрушающих напряжений до величины ниже максимальной, наблюдаемой для случая кратковременного нагружения. Механическое разрушение и усталостные характеристики обнаружены также в результате выдержки композита в воде. Данные по влиянию окунания в воду на снижение разрушающего напряжения приведены в гл.
Диаграмма усталостного разрушения сплава ВТЗ-1. Зона между пунктирными линиями соответствует 95 % - ной вероятности разрушения. Таким образом, поведение трещины при изменении силового режима усталостного нагружения, характеризуемого А / С, сопровождается изменением вида излома.
Образец с надрезом и с предварительно образованной под действием усталостного нагружения трещиной, используемый для испытаний на коррозионное растрескивание.
Роль вязкоупругости в процессах микро - и макрорастрескивания при усталостном нагружении пока не вполне понятна. Низкая теплопроводность полимеров вместе с механизмами вязкоупругой диссипации может быть причиной значительного повышения температуры в кончике трещины и в больших по объему зонах разрушения композитов. По-видимому, чтобы получить хорошее представление об усталостных повреждениях и разрушении композитов, необходимо, принимая во внимание чувствительность полимеров к температуре, основательно исследовать и эту проблему.

Полученные результаты показали, что время до разрушения при усталостном нагружении у композитов с наружными слоями, ориентированными в направлении нагружения, на несколько порядков больше, чем у материала с ориентацией наружных слоев в направлении, перпендикулярном оси нагружения. Величины К, рассчитанные при помощи / - кривых, также указывают на чувствительность композита к ориентации внешних слоев относительно направления нагружения. Можно полагать, что обнаруженный эффект в значительной мере зависит от наличия концентратора напряжений.
Роль вязкоупругости в процессах микро - и макрорастрескивания при усталостном нагружении пока не вполне понятна. Низкая теплопроводность полимеров вместе с механизмами вязкоупругой диссипации может быть причиной значительного повышения температуры в кончике трещины и в больших по объему зонах разрушения композитов. По-видимому, чтобы получить хорошее представление об усталостных повреждениях и разрушении композитов, необходимо, принимая во внимание чувствительность полимеров к температуре, основательно исследовать и эту проблему.
Полученные результаты показали, что время до разрушения при усталостном нагружении у композитов с наружными слоями, ориентированными в направлении на-гружения, на несколько порядков больше, чем у материала с ориентацией наружных слоев в направлении, перпендикулярном оси нагружения. Можно полагать, что обнаруженный эффект в значительной мере зависит от наличия концентратора напряжений.
Известно, что при определенных условиях нагружения ( например, усталостное нагружение) субструктуры, образующиеся in situ, стационарны во времени и устойчивы по отношению к малым возмущениям, т.е. малые обратимые изменения внешних условий нагружения вызывают соответствующие обратимые изменения характерных размеров субструктур.
Вероятно, расширение ( раскрытие) линий сдвига в процессе усталостного нагружения свидетельствует о начале повреждаемости.
Меньшая чувствительность стали Н18К9М5Т к надрезу проявляется и в условиях усталостного нагружения.
В общем случае допустимое напряжение для труб, работающих в условиях усталостных нагружений, должно быть снижено примерно в 2 раза в сравнении с допустимым напряжением для труб, работающих в условиях статического нагружения.
Таким образом, обнаружено, что скорость роста зоны повреждения при усталостном нагружении заметно уменьшается с числом циклов, хотя торможения трещин не происходит.
Таким образом, обнаружено, что скорость роста зоны повреждения при усталостном нагружении заметно уменьшается с числом циклов, хотя торможения трещин не происходит. Итак, несмотря на успешное применение методов механики разрушения для анализа роста повреждений в слоистых композитах с концентраторами напряжений, представляется необходимым для моделирования этого процесса учесть некоторые дополнительные эффекты.
На действующих нефтепроводах в зонах концентраторов напряжений металл трубы работает в режиме жесткого малоциклового усталостного нагружения, связанного с изменением давления в трубопроводе. Известно, что вблизи дефектов с коэффициентом концентрации а 2 напряжения в стенке труб при рабочих давлениях в нефтепроводах доходят до о0 2 и выше.
Диаграмма. а - предельных амплитуд. б - напряжений. Накопление в металле пластической деформации ер ограничено, что существенно влияет на закономерности усталостного нагружения.
Возникает вопрос: чем может быть обусловлена активация новой системы скольжения в процессе усталостного нагружения. На этот вопрос в настоящее время трудно ответить однозначно. Нам представляются вероятными две причины. Во-первых, в процессе усталостного нагружения происходит неупругое рассеяние механической энергии, которое приводит к разогреву образца. Поскольку молибден обладает разной ориентационной и температурной зависимостью предела текучести, то при увеличении температуры испытания будет изменяться геометрия скольжения. Поэтому в процессе усталостных испытаний, когда происходит автокаталитический разогрев образца, может активироваться новая система скольжения. В результате начнут проявляться коллективные свойства дислокационного ансамбля с образованием бездислокационных каналов.
Программные испытательные установки сервогидравлического и электрогидравлического типа оказываются универсальными испытательными машинами, позволяющими вести статическое, повторно-статическое и усталостное нагружение образцов.
Мак Гэрри [605] и Брутман и Сах [132, 134] независимо показали, что во время усталостного нагружения повреждения в материале прогрессивно нарастают. Трещины развиваются при умеренных нагрузках даже во время первого цикла при условии, что имеются волокна, расположенные перпендикулярно направлению нагружения. Трещины в волокнах, расположенных в направлении приложенной нагрузки развиваются в том случае, когда уровень лапряжения превышает 75 % предельной прочности.

Испытания проводят на образцах с надрезом и острой подтрещиной, полученной в месте надреза путем усталостного нагружения образца. Критерием оценки стойкости материала к коррозионному растрескиванию является пороговый коэффициент интенсивности напряжения, обозначенный Kikr, который определяется для заданной продолжительности испытаний или условно принятого значения скорости роста трещины.
Таким образом, представленные результаты свидетельствуют о том, что кинетика структурных изменений при усталостном нагружении материала Д16АТ и рентгенографическое проявление адсорбционно-коррозионного эффекта зависят от состояния сплава.
Большинство лабораторных циклических испытаний проводится в условиях постоянной амплитуды напряжений, в то время как усталостное нагружение в условиях эксплуатации происходит при переменной амплитуде или даже при совершенно случайном нагружении. Стандартные исследования по накоплению повреждений касаются соотношений между долговечностями в условиях постоянной и меняющейся амплитуды. Многочисленные критерии накопления повреждений, предложенные для металлов, отражали попытки связать развитие поврежденности с числом прошедших циклов. Это происходит потому, что в металлах единственным легко обнаруживаемым видом повреждения является изолированная трещина, развивающаяся на последней стадии испытания.
Рассмотрим примеры хрупких разрушений экранных труб в результате совместного действия водородной или пароводяной коррозии и усталостного нагружения. Химический состав и механические свойства металла соответствуют техническим условиям.
Балки мостов и других сооружений, работающих при переменных нагрузках, редко подвергаются в эксплуатации усталостному нагружению, настолько неблагоприятному, как при испытаниях, результаты которых приведены Б табл. 10.4. Ввиду этого необходимо располагать методом экстраполирования имеющихся экспериментальных данных для определения предела выносливости при других условиях нагружения. Из приведенных данных видно, что многие балки могли бы удовлетворительно работать при переменной нагрузке, соответствующей рекомендуемым расчетным напряжениям. Однако те же данные показывают, что при некоторых условиях нагружения балки со стыками, накладками на части длины поясов и другими неблагоприятными деталями конструкции необходимо принимать пониженные расчетные напряжения. Возможно, что специальные ограничения необходимы также при использовании тонкой стенки, испытывающей поперечные деформации при рабочих нагрузках.
Остаточная прочность некоторых слоистых композитов с концентраторами, под которой понимается статическая прочность, измеренная после усталостного нагружения, равна статической прочности до усталостного нагружения или выше ее. Это опять противоречит экспериментальным данным для высокопрочных металлических сплавов, у которых усталостное нагруже-ние приводит к росту трещин и неустойчивости процесса разрушения.
Установлены зависимости скорости распространения акустических волн от величины пластических деформаций металла и поврежденности металла в результате усталостного нагружения.
Фрост и Диксон [202] разработали теорию, учитывающую геометрические изменения, происходящие в вершине трещины в процессе усталостного нагружения.
Зависимость коэффициента фрет-тинг-усталостной поврежденное Df от среднего значения статического напряжения при фреттинге от-1 - слабый фреттинг. 2 - интенсивный фреттинг. Эквивалентный размер начального дефекта представляет собой размер такого гипотетического дефекта, при существовании которого в момент начала усталостного нагружения время до разрушения, определенное по законам механики разрушения, совпало бы с действительно наблюдаемым временем до разрушения при фреттинге. В работе [31] по результатам исследования алюминия 7075 - Т7351 определено расчетное среднее значение эквивалентного размера начального дефекта для фреттинг-усталости, равное примерно 0 36 мм. Обнаружено далее, что эквивалентные размеры начальных дефектов слабо зависят от отношения напряжений цикла R, максимального напряжения цикла атах и наличия циклов перегрузок растяжения или сжатия.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11