Деформации циклической

ЭЛЕКТРОВЫСАДОЧНАЯ МАШИНА -машина для получения на прутковых, профильных или трубных заготовках значит, местных утолщений путём высадки. Особенность Э.м.- электронагрев заготовки в очаге деформации. Благодаря постепенной подаче заготовки в зону нагрева длина утолщения, полученного на Э.м., может быть значительно большей, чем при высадке на горизонтально-ковочной машине.

высокой запасенной энергией деформации благодаря большему давлению, приложенному при ИПД кручением, в последнем случае.

Волокнистоподобная структура в пластичной матрице может формироваться способом растягивающей пластической деформации. Благодаря ей исходная структура, содержащая включения сферических

Приближения Э. Райсснера [379], А. Л. Гольденвейзера [141] и С. А. Амбарцумяна [14]. В этих теориях предполагается: a) o-w = 0; б) аху(х, у, t) = G
На фиг. 10.17 распределение порядков полос, найденных экспериментально, сопоставляется с теоретическим решением Митчелла [4]. По теории наибольшее касательное напряжение вдоль вертикального диаметра тмакс = [ — w/2 (R — y)]/(2R2 -j- Ry — i/2). При эксперименте TO = 0,63 кг/см-полос; R = 38,1 мм, t = 9,1 мм; удельный вес w = 1,14 г/см3. Результаты очень хорошо согласовывались друг с другом для верхней части (на двух третях диаметра диска). Однако около точки опоры диска результаты существенно расходятся. Подобное расхождение объясняется тем, что вблизи контакта в диске возникают большие деформации, благодаря чему контакт осуществляется не по линии, а по площадке. Это исследование показало, что тяжелый диск является подходящим тарировочным образцом для опытов на центрифуге.

Твердотопливные заряды ракетных двигателей обычно представляют собой толстостенные полые цилиндры, скрепленные с оболочкой двигателя. Внутренний контур поперечного сечения заряда имеет звездообразную форму с острыми углами в вершинах звездообразных вырезов. Наружный контур сечения заряда иногда имеет углубления при наличии каналов вблизи оболочки. Одной из основных нагрузок, действующих на заряд, является внутреннее давление, возникающее при горении топлива. Дополнительные нагрузки создаются изменениями температуры. Полная пространственная задача обычно слишком сложна, чтобы ее можно было решить аналитически или даже экспериментально. Но если пренебречь торцевыми эффектами *), то среднюю часть заряда можно рассматривать как находящуюся в условиях плоской деформации, благодаря чему полезные результаты может дать исследование плоских моделей по форме поперечного сечения заряда.

В гидростатическом уплотнении благодаря тщательно сбалансированному соотношению между геометрическими размерами уплотняющих поверхностей и давлениями, действующими в зоне уплотняющего стыка, поддерживается постоянный рабочий зазор 10—30 мкм. Сравнительно большие протечки (0,5—1,5 м3/ч) через торцовый зазор позволяют более уверенно прогнозировать вид эпюры давления в зазоре, что облегчает балансировку сил, действующих в осевом направлении на уплотняющие элементы. Просечки, кроме того, интенсивно отводят тепло, выделяющееся при трении, что уменьшает температурные градиенты, а следователь--но, и термические деформации. Благодаря отсутствию износа от .истирания уплотняющих элементов облегчается выбор материалов для них.

Деформация. Пластические деформации. Благодаря наличию графитовых включений, действующих как врубы (надрезы), пластические деформации начинают обнаруживаться при незначительных нагрузках, далеко отстоящих от пределов упругости основной металлической массы. Эти деформации выявляются как остающиеся после снятия нагрузки и определяются "главным образом при испытаниях на изгиб.

Большим преимуществом этих методов обработки является также стабильность основных факторов обработки (скорости, степени и температуры) и равномерность деформации, благодаря чему в штамповках направление волокна получается более правильное и остаточные напряжения наименьшими.

В работах Е. Г. Глухарева [7, 8] принят непрерывный закон распределения усилий по высоте замка, а также учтены температурные деформации благодаря разности коэффициентов линейного расширения материалов лопатки и диска. Дано аналитическое исследование распределения усилий по зубцам и податливости зубцов в условиях упругой деформации.

Тензорезистор, состоящий из нескольких нитей, чувствителен не только к продольной, но и к поперечной деформации благодаря своей форме. В то же время, коэффициент чувствительности регламентируется только для продольной деформации (растяжение и сжатие). Поэтому при проведении точных измерений следует учитывать также чувствительность к поперечной дефермации, которая связана с геометрической формой тензорезистора.

Испытания образцов проводили с выдержкой материала при постоянной нагрузке в цикле до 300 с при температуре 923 К. Существенное увеличение оценки размера зоны следует связывать с изменением в условиях нагружения. Возросшая температура и длительная выдержка материала при постоянной нагрузке вызвали возрастание предела текучести материала на растяжение и способствовали более полной пластической релаксации циклической энергии в результате низкой скорости деформации.

Применительно к сталям 9 %№ и А-21226 в описании распространения усталостной трещины при разной асимметрии цикла использованы размеры зон пластической деформации, ранее выявленные Ханом [30, 50]. Им были получены следующие коэффициенты пропорциональности: Ch = 0,25; Ccz = 0,023, которые различаются почти на порядок. В работе исследованы компактные образцы толщиной от 25,4 до 1,52 мм из стали С %0,026; Si %3,36; N %0,002. Следует подчеркнуть, что циклическая зона была оценена через величину Ктах. Определение циклической зоны в соответствии с уравнением (3.2) для описания роста усталостных трещин в случае их развитой зигзагообразной траектории применительно к широкому классу материалов было осуществлено с введением величины CCz =1/12л [51]. Это наиболее сильное влияние траектории трещины, которое оценивается минимальным размером циклической зоны при прочих равных условиях.

Поправочная функция на размер зоны пластической деформации F(R) учитывает различия в раскрытии вершины усталостной трещины, которые возникают при изменении асимметрии цикла R. В частном случае, согласно (3.5), поправка F(R) = ( 1 - К). Соотношение между радиусами зон пластической деформации (циклической и периферической) имеют вид

/ = 167 Гц. На рис. 5 и 6 представлена статистическая обработка результатов испытаний. Вплоть до 10 % долговечности на уровне перегрузки отнулевая перегрузка не вызывает снижения предела усталости. Возможное повреждение структуры было перекрыто значительным деформационным упрочнением, обусловленным односторонним нагружением в первом цикле нагружения и отнулевым повторным нагружением, при котором произошло накопление деформации циклической ползучести. Преобладающее действие усталостного повреждения над упрочнением проявляется только после 1500 циклов отнулевого цикла перегрузки. Предел выносливости значительно понижается — с 202 до 147 МПа.

Существующие гипотезы о механизме возникновения макронапряжений, основывающиеся на различии в плотности деформированного металла по глубине поверхностного слоя, не объясняют многие известные экспериментальные факты. Например, макронапряжения перераспределяются и снимаются в результате последующей пластической деформации, циклической наработки или термообработки, но при этом различие в плотности металла по глубине поверхностного слоя существенно не выравнивается: оно сохраняется, а может и усиливаться. Это вынуждает искать другие объяснения механизма возникновения макронапряжений и их знака.

В случае малоцикловой усталости деформационная анизотропия играет определяющую роль, поэтому от соотношений (2.31) приходится отказываться. Для циклического нагружения при линейном напряженном состоянии кривые деформирования в конкретных циклах могут быть исследованы экспериментально, причем рекомендуется [18, 41, 79 J отсчитывать деформации обратного хода каждый раз от того состояния, в котором путь нагружения меняет свое направление. Применительно к ряду исследованных материалов подобные кривые, представленные схематически на рис. 2.5, оказываются общими для всех уровней напряжений [18, 42, 65], хотя могут зависеть при этом от коэффициента асимметрии цикла нагружения. Располагая наборомтаких кривых, можно определять в соответствующих циклах ширину петель гистерезиса. Для определения деформации циклической ползучести необходимо располагать еще и набором кривых деформирования в каждом цикле при прямом ходе нагружения, причем и здесь деформация отсчитывается от состояния, в котором путь нагружения изменяет свое направление (ср. рис. 1.10). Как при прямом ходе нагружения, так и при обратном (рис. 2.5, 2.6) односторонне накопленная пластическая деформация в N-м цикле равна сумме деформаций ъг + е2 + ... + % за вычетом суммы ширины петель гистерезиса Дб! + Де2 + ... + Де#. При больших числах циклов текущую величину Ae
Если повторные неупругие деформации возникают при повышенных и высоких температурах, то к пластическим деформациям добавляются деформации циклической ползучести и малоцикловые повреждения суммируются с длительными. В этом случае определение прочности и ресурса проводится по критериям длительной циклической прочности [2, 10, 11]. Напряженно-деформированные состояния и условия разрушения по критериям длительной циклической прочности формулируются и записываются в кинетической постановке. Эти вопросы также отражены в настоящей монографии.

-i- 0,30. Соотношение частот действующих напряжений, зависящее от времени выдержки, которое в этой серии испытаний, как и для трапецеидального цикла, составляло 5 мин, было равно /г/1 = 80. Из полученных данных видно, что в сравнении с аналогичными данными для одночастотного нагружения (см. рис. 4.8. а) наличие высокочастотной составляющей при одних и тех же уровнях амплитуд максимальных напряжений уменьшает циклическую пластическую деформацию на 30—40%, что, по-видимому, связано со стимулированием высокочастотной составляющей циклической деформации процесса деформационного старения, и при этом не однозначно сказывается на упрочнении и разупрочнении материала. Так, при а„ = 34,4 кгс/мм2 величина бЛ со среднего значения при одночастотном нагружении 0,9 —1.0% уменьшается до 0,6%, а период упрочнения увеличивается с n/N = 0,03 до n/N = 0,25. Повышение максимальных напряжений до аа = = 37,0 ч- 39,2 кгс/мм2 также уменьшает при двухчастотном режиме среднюю величину 6(*> с 1,5 до 1,0%, но интенсивность разупрочнения материала при дальнейшем нагружении повышается. Характер одностороннего накопления пластической деформации е^ в рассматриваемых условиях также изменяется. Если при одночастотном нагружении величина е^ на протяжении почти всей долговечности остается на уровне деформации, накопленной при исходном нагружении, то при двухчастотном режиме для всех исследованных уровней амплитуд напряжений обнаруживается склонность материала к одностороннему накоплению е^. Величина деформации циклической ползучести ет, накапливаемая в процессе выдержек, в рассматриваемых условиях оказалась малой, по-видимому, из-за слабого проявления в материале при этой температуре температурно-временных эффектов. Влияние накопленных деформаций при этом проявляется лишь в изменении характера сопротивления деформированию, что выражается в уменьшении циклической пластической деформации и в увеличении односторонне накопленной деформации, а также в более интенсивном протекании процессов упрочнения и разупрочнения соответственно на начальной и завершающей стадиях нагружения. Повышение температуры испытаний до 650° С коренным образом, как и при нагружении с треугольной и трапецеидальной формами циклов, изменяет кинетику деформаций. Это также связано с активизацией в этих условиях процессов ползучести и деформационного старения. На рис. 4.25 приведены данные по кинетике деформаций, полученные при двухчастотном нагружении (650° С), как и для t = 450° С по режиму, представленному на рис. 4.20, б. Амплитуда максимальных напряжений ста при этом была изменяемым параметром, а амплитуда наложенных напряжений сохранялась постоянной и составляла ст„2 = 6,5 кгс/мм2. Тем самым охватывался диапазон соотношений амплитуд высокочастотной и низкочастотной составляющих aa2/(ial от 0,57 до 0,30, а соотношение частот при времени выдержки 5 мин и времени низкочастотного цикла 11 мин составляло /2//i = 80.

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-

/2//i = 80 и кривые 4 — к нагружению с трапецеидальной формой цикла и уровнем максимальных напряжений аа = о>а + Ста2 = 28,3 кгс/мм2, т. е. равным максимальным напряжениям для двух предыдущих режимов. Из этих данных видно, что при исходном нагружении (N = 1, рис. 4.28, б) как абсолютная величина, так и скорость деформации циклической ползучести ет оказываются наименьшими при режиме нагружения с выдержками и амплитудой напряжений сг„ = <3al = 21,8 кгс/мм2, равной амплитуде средних (низкочастотных) напряжений при двухчастот-ном режиме (кривая 1). Наложение на низкочастотное напряжение высокочастотной амплитуды аа2 с частотой /2 = 30 Гц способствует некоторому увеличению деформации ползучести (кривая 2).

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.