Деформационно кинетическим

Базовыми экспериментами при использовании деформационно-кинетических критериев в форме (1.1.10)—(1.1.12) являются малоцикловые испытания при жестком нагружении и статический разрыв, проводимые с целью построения кривой малоциклового усталостного разрушения и определения располагаемой пластичности

Приведенные в настоящем параграфе данные по закономерностям накопления повреждений дают возможность заключить, что использование деформационно-кинетических критериев малоциклового разрушения в форме уравнения (1.1.12) является перспективным.

Сопротивление длительному малоцикловому разрушению будет рассмотрено ниже с позиций деформационно-кинетических представлений о накоплении повреждений, развиваемых в Институте машиноведения в течение ряда лет [129, 130, 161, 162, 185, 187, 188, 200, 232, 233, 239, 241, 301].

Все рассмотренные выше материалы являются при принятых температурах испытаний интенсивно деформационно стареющими. •Существенный интерес представляет проверка применимости деформационно-кинетических] критериев длительной циклической

Предельные числа циклов на стадии образования трещин определяются на основе деформационно-кинетических критериев малоциклового и длительного циклического разрушения (уравнение (1.2.8)) линейным суммированием квазистатических и усталостных повреждений с учетом изменения циклических и односторонне накопленных деформаций по числу циклов и времени, а также изменения во времени располагаемой пластичности материала.

Возможность применения деформационно-кинетических критериев малоцикловой и длительной циклической прочности в условиях неизотермического нагружения должна быть экспериментально обоснована с учетом особенностей, сопровождающих процесс циклического нагружения при переменных температурах. Эти особенности прежде всего связаны с характером изменения во времени и с числом циклов нагружения располагаемой пластичности материала, а также односторонне накопленных и циклических необратимых деформаций.

Возможность использования деформационно-кинетических подходов к оценке прочности при термоусталостном нагружении экспериментально обоснована также на примере аустенитной нержавеющей стали Х18Н9Т и стали 1Х2М в работах [72, 199].

Выше деформационно-кинетические критерии малоциклового разрушения рассмотрены и обоснованы для весьма различных условий изотермического и неизотермического нагружения как в области умеренных, так и высоких температур, в том числе при программном изменении напряжений и деформаций. Вместе с тем наиболее общим случаем является нерегулярное нагружение, и проверка применимости деформационно-кинетических подходов к оценке прочности в таких условиях представляет существенный интерес.

В условиях рассматриваемого типа нагружения проявляются особенности малоцикловой усталости, заключающиеся прежде всего, как отмечено выше, в возможности накопления в процессе циклических нагружении наряду с усталостными повреждениями и квазистатических. В указанном наиболее общем случае оценка накопления повреждений может быть выполнена в деформационной форме, что является традиционным для малоцикловой ветви кривой усталости [2—8] и обосновывается в ряде исследований также и для многоцикловой области [144, 210, 211], а расчет повреждений представляется возможным осуществить на основе деформационно-кинетических критериев разрушения.

Для расчетной реализации деформационно-кинетических критериев длительного малоциклового разрушения, помимо характеристик предельных деформаций, необходимо знать изменение необратимой и односторонне накопленной деформации по числу циклов и во времени. При этом специфика исследования деформационных свойств при высоких температурах связана с возможным влиянием реологических характеристик и в соответствии с этим со значением, которое приобретают скорость и время циклического деформирования, наличие или отсутствие длительных высокотемпературных выдержек под напряжением и без, характерных для условий работы высоконагруженных элементов конструкций.

В работе [123] предлагается метод расчета длительной малоцикловой прочности сильфонных компенсаторов с учетом влияния высоких температур и времени нахождения под нагрузкой. Расчет основан на использовании разработанных в Институте машиноведения деформационно-кинетических критериев длительной малоцикловой прочности [232, 241] и метода решения задачи о напряженно-деформированном состоянии сильфонного компенсатора при длительном циклическом нагружении [140], а также данных о механических свойствах материалов в указанных условиях. Осущест-

Для расчета накопленных испытываемым материалом в экспериментах на термическую усталость повреждений, вычисляемых в соответствии с деформационно-кинетическим критерием малоциклового разрушения, проведены базовые эксперименты.

Полученный комплекс базовых данных использован для расчета усталостных и длительных статических повреждений, накопленных материалом в процессе термоусталостных испытаний. Расчет повреждений осуществлен применительно к условиям деформирования в зоне разрушения, т. е. в месте образования «шейки». Результаты вычислений в соответствии с деформационно-кинетическим критерием (уравнение (1.3.1)) представлены в табл. 1.3.1 и на рис. 1.3.8.

Второй член этого уравнения учитывает статическое повреждение, возникающее одновременно с циклическим и выражающееся в формоизменении детали или испытуемого образца. Уравнение (5.51) в области изотермической малоцикловой усталости называют деформационно-кинетическим критерием [86]. При использовании этого уравнения для случая неизотермического нагружения исходные свойства 'материала (долговечность Л/р, определенная в условиях строго жесткого нагружения, и предельная пластичность е/, определенная в условиях статического нагружения) должны быть получены при циклически изменяющейся температуре. Режим изменения температуры при определении исходных (базовых) характеристик должен соответствовать условиям работы детали.

Долговечность оценивают, используя правило суммирования повреждений в соответствии с деформационно-кинетическим критерием прочности. Базовые данные и расчетные характеристики получают при термомеханическом режиме нагружения, соответствующем эксплуатационному или эквивалентному ему по деформациям, температурам и длительностям. При этом определяют кривые малоцикловой усталости (при жестком нагружении) и располагаемой пластичности (при монотонном статическом разрыве или испытании на длительную прочность и пластичность).

На основании результатов испытания образцов из жаропрочных сплавов при термоусталостном нагружении в соответствии с" деформационно-кинетическим критерием прочности для зоны разрушения ("шейки") рассчитаны доли усталостного dt и квазистатического ds повреждений (рис. 2.24, а и б) . Дня исследуемых сплавов характерно увеличение доли усталостного повреждения и одновременное уменьшение (практически до нуля) доли квазистатического повреждения при увеличении долговечности.

Для характеристики процесса накопления односторонних деформаций, определяющих в соответствии с деформационно-кинетическим критерием разрушения долю квазистатических повреждений при термоциклическом нагружении, важен анализ реологических эффектов и в исследуемых цилиндрических корпусах при выдержке.

кой долговечности исследуемых конструктивных элементов в режиме стендовых термоциклических испытаний в соответствии с деформационно-кинетическим критерием прочности (см. гл. 2). Малоцикловую долговечность цилиндрического оболочечного корпуса в первом приближении можно оценить по базовой кривой малоцикловой усталости (см. рис. 5.1) и кинетическим кривым деформаций, приведенным на рис. 4.59.

В соответствии с деформационно-кинетическим критерием прочности, учитывающим кинетику процесса упругопластического деформирования (см. гл. 2), проведен расчет при следующих видах повреждений:

Для характеристики процесса накопления деформаций, определяющих в соответствии с деформационно -кинетическим критерием прочности процесс образования и уровень квазистатических повреж-

В соответствии с принятым деформационно-кинетическим критерием прочности при малоцикловом неизотермическом нагружении (см. гл. 1) оценим накопление усталостных и квазистатических повреждений в наиболее опасной точке внутренней поверхности сферического корпуса и малоцикловую долговечность в режиме стендовых термоциклических испытаний.

Результаты сравнения расчетов, выполненных по формуле (4.37) с использованием критериев разрушения ИМАШ [107] и по методикам МЭИ [112 — 114], ИМАШ [50] и Мэнсону — Лангеру, приведены на рис. 4.6. Полученные результаты позволяют рекомендовать формулу (4.37) совместно с деформационно-кинетическим критерием разрушения для оценки ресурса роторов в области п < 10е.