Меню

  • На главную
  • Неплохая гостиная мебель продается в компании Антарес

Поиск

  • Разрушение при циклическом нагружений ч.3

    Posted 8/2/2009 в 7:12:57 ПП

    Первые работы в СССР по малоцикловой усталости элементов авиационных конструкций были выполнены Н. И. Мариыым (1946). Эксперименты, проведенные на цилиндрических трубах (со сварными швами и без них) и пластинах с отверстием, показали, что сопротивление малоцикловому разрушению, выраженное номинальными разрушающими напряжениями, оказывается ниже сопротивления разрушению при однократном статическом нагружений, в зависимости от механических свойств материала и уровня концентрации напряжений.
    В последующие годы основные результаты по исследованию сопротивления малоцикловому разрушению были получены в работах Д. А. Гохфельда, В. В. Москвитина, В. В. Новояшлова, С. И. Ратнер, С. В. Серенсена, Я. Б. Фридмана, Р. М. Шнейдеровича. Существенное внимание при этом уделялось построению, с одной стороны, уравнений состояния для случая циклического нагружения и, с другой стороны, критериев разрушения.
    В. В. Москвитин (1951 — 1965), обобщив положения Г. Мазинга ж используя теорию малых упруго-пластических деформаций для случая повторного нагружения, доказал ряд теорем относительно переменных нагружений, вторичных пластических деформаций и предельных состояний. На основе этих теорем оказалось возможным использовать конечные соотношения между напряжениями и деформациями для решения соответствующих задач. Эти соотношения справедливы при нагружениях, близких к простому. В работах В. В. Москвитина показана также возможность применения разработанной им теории для случая сложного нагружения, когда главные напряжения при циклическом нагружений меняют знак. Теория малых упруго-пластических деформаций при циклическом нагружений была использована В. В. Москвитиным и В. Е. Воронцовым (1966) для решения ряда конкретных задач (циклический изгиб бруса и пластин, повторное кручение стержней кругового и овального поперечного сечения, повторное нагруягение внутренним давлением толстостенного цилиндра и шара и др.).
    Наряду с таким подходом в работах Н. Н. Афанасьева (1953), Ю. Д. Софронова (1959), Н. И. Черняка и Д. А. Гаврил ова (1966) были развиты статистические модели поликристаллического конгломерата, состоящего из значительного числа элементов, обладающих различными ориентировкой и механическими свойствами (как без упрочнения, так и с упрочнением). На основе этих моделей представляется возможным аналитически описать форму петли упруго-пластического гистерезиса, эффект Баушингера, а также процесс изменения напряжений и деформаций. Применительно к циклически упрочняющимся материалам Ю. Д. Соф-роновым получена зависимость между напряжениями, деформациями и числом циклов до разрушения.
    Систематическое экспериментальное исследование уравнений состояния, выполненное С. В. Серенсеном, Р. М. Шнейдеровичем и А. П. Гусенковым (1960—1966), позволило показать существование обобщенной диаграммы циклического деформирования, являющейся для данного материала функцией числа циклов, независимо от характера и вида нагружения. На основе обобщенной 1 диаграммы циклического деформирования было предложено записать в конечном виде поцикловые зависимости между напряжениями и деформациями для процессов нагружения. В этих работах показано, что пластические составляющие циклических деформаций (ширина петли) убывают или возрастают в зависимости от свойств циклического упрочнения или разупрочнения материала. Кроме того, установлены свойства циклической анизотропии, проявляющейся в одностороннем накоплении пластических деформаций.
    В дальнейшем обобщенная диаграмма циклического деформирования была распространена на асимметричные циклы напряжений и на деформирование в условиях повышенных температур с привлечением гипотезы старения. В такой постановке были решены задачи об изгибе и кручении сплошных стержней, о растяжении — сжатии полосы с отверстием и стержней кругового сечения с кольцевыми выточками при циклическом деформировании (Р. М. Шнейдерович, А. П. Гусенков и Г. Г. Медекша, 1966, 1967).
    В работах В. В. Новожилова, Р. А. Арутюняна, А. А. Вакуленко, Ю. И. Кадашевича уравнения состояния при циклическом деформировании получены на основе обобщенной теории пластического течения с использованием модели с сухим трением и с учетом микронапряжений. При этом оказалось возможным рассматривать сложное нагружение и соответствующие предельные состояния.
    И. 3. Паллей (1965 и сл.) исследовал процессы неизотермического циклического нагружения на основе обобщения теории пластичности и ползучести с введением подобия девиаторов напряжений и скорости пластической деформации. В связи с этим была решена задача о неравномерно нагретой пластине и диске при циклическом нагружении.
    B. И. Розенблюм, Д. А. Гохфельд и В. В. Москвитин (1958 и сл.) провели исследование предельного состояния при циклическом нагружении стержневых систем, пластин, дисков и оболочек в свете теории приспособляемости.
    Д. А. Гохфельд (1964—1967) разработал критерии стабилизации процессов деформации при повторном нагружении и нагреве, описал накопление деформаций, ведущее к «прогрессирующему» разрушению, и на основе теории приспособляемости решил задачу о несущей способности дисков, труб, оболочек и других конструктивных элементов. Для решения задач о приспособляемости стержневых систем А. А. Чирас (1966) использовал методы линейного программирования.
    C. В. Серенсен, Н. А. Махутов и Р. М. Шнейдерович (1964—1966) предложили описание условий малоциклового разрушения на основе силовых и деформационных критериев разрушения. Анализ условий малоциклового разрушения получен ими на основе деформационных критериев. В качестве критерия квазистатического разрушения предложена величина предельной односторонне накопленной пластической деформации, равной деформации при разрушении от однократной нагрузки для однородных и неоднородных напряженных состояний. Использование обобщенных кривых циклического деформирования и деформационных критериев позволило этим авторам (1966 и сл.) определить предельные состояния при усталостных малоцикловых процессах. Для случаев малоциклового нагружения, при которых интенсивности накопления квазистатических и усталостных повреждений сопоставимы, предельное число циклов устанавливается на основе гипотезы суммирования этих повреждений.
    Для экспериментальной проверки кинетики циклического деформирования и критериев разрушения развиты экспериментальные методы исследования пойей деформаций с помощью оптически активных покрытий {Р. М. Шнейдерович и В. В. Ларионов, 1965), метода муара (Р. М. Шнейдерович и О. А. Левин, 1967) и метода сеток (Н. А. Махутов, 1964).
    В работах В. В. Новожилова и О. Г. Рыбакиной (1966) в качестве критерия разрушения при статическом и малоцикловом нагружений предложен путь пластической деформации, пропорциональный произведению интенсивности пластических деформаций на число циклов, предельное значение которого зависит от пластического разрыхления материала. Этот критерий использовался для описания циклических разрушений при симметричном и асимметричном цикле деформаций.
    Силовой критерий малоциклового нагружения в форме максимального местного напряжения разрабатывался Р. М. Шнейдеровичем и В. В. Ларионовым (1962—1965). Этот критерий позволил описать разрушение при жестком нагружений в условиях однородного напряженного состояния, я также разрушение при внешнем нагружений в зонах концентрации по заданным напряжениям.
    Нужно отметить, что в основу энергетических критериев малоциклового разрушения положены различные соображения: полная энергия пластической деформации (А. Г. Костюк, 1966), тепловой эквивалент упруго-пластических деформаций (В. С. Иванова, 1967), энергия пластических деформаций в пределах области упрочнения (Н. С. Моя^аров-<жий, 1966).
    Для описания условий разрушения при малом числе циклов используется функция повреждения материала, зависящая от пути пластического деформирования (В. В. Новожилов и О. Г. Рыбакина, 1966), накопленной энергии пластической деформации (А. Г. Костюк, 1966). Эта функция вводится как в уравнения состояния, так и в условия прочности для установления степени циклического и длительного статического повреждения, влияния асимметрии цикла деформаций.
    Весьма важной частью общей проблемы усталости является изучение закономерностей развития трещин в металлах и полимерах при цикличе-ческом нагружений. Еще первыми исследователями явления усталости было замечено, что разрушению обычно предшествует длительное устойчивое развитие трещины. Последующие исследования показали, что около 30—60% всего времени до разрушения в изделии, подвергающемся циклической нагрузке, растет трещина (С. В. Серенсен, Р. М. Шнейдерович и Н. А. Махутов, 1966). Экспериментальные данные по этому вопросу, однако, достаточно разноречивы вследствие трудности обнаружения начальной развивающейся трещины.
    Одна из первых работ в СССР по устойчивому развитию фиксированной усталостной трещины была выполнена Р. Д. Вагаповым (1959). В дальнейшем в связи с результатами теории хрупких трещин на основе многочисленных экспериментов было установлено, что скорость распространения усталостной трещины зависит только от характеристик коэффициента интенсивности напряжений в конце трещины, когда размер пластической зоны на краю трещины мал по сравнению с размерами тела (Д. К. Доналд--сон и В. Э. Андерсон, Proc. Crack Propagation Symp. (1961), v. 2, Cranfield, 1962, p. 375—441; П. К. Парис — там же; В. М. Маркочев, 1966; К. Д. Миртов, 1968). '
    Таким образом, зависимость скорости роста трещины от геометрических размеров тела и параметров внешней нагрузки в этом случае представляется через одну величину (коэффициент интенсивности напряжений). Следует отметить, что допущение о малости пластической области для усталостных трещин гораздо менее существенно, чем для случая разрушения при монотонном нагружении, вследствие более низкого уровня напряжений, при котором протекает процесс разрушения.

    Тэги: , ,