Диаграммы деформации

При оценке циклической долговечности нельзя ошибаться (или допускать погрешность) в сторону завышения числа Np, так как это может привести к катастрофическим последствиям при принятии решений по результатам расчета. Погрешности в сторону занижения числа Np допустимы, так как они идут в запас долговечности. Поэтому в настоящей методике, во-первых, предлагается уравнение Пэриса-Махутова продолжить в область малых АК[ (или АК[е), как показано на расчетной диаграмме усталостного разрушения (рис. 5.6, б). Eto-вторых, предлагается не рассматривать подобласть III. Для этого считается долговечность исчерпанной, как только АК[ (или АК(е) по мере роста трещины доходит до границы II и III подобластей кинетической диаграммы циклического разрушения.

Рис. 47. Диаграммы циклического деформирования при жестком и мягком нагру-жении различных материалов (/—7 —циклы нагружения) :

— для упругопластического анализа НДС диска допускается использовать диаграммы циклического деформирования материала диска, которые построены аналитически методом степенных аппроксимаций ширины петли пластического гистерезиса [47, 48]; это не позволяет в полной мере учесть поведение материала при циклическом на-гружении, в том числе такие особенности его поведения, как изменение с ростом числа циклов модуля упругости, нелинейность при нагрузке-разгрузке в упругой области, изменение циклического предела пропорциональности, различия между модулями разгрузки и пределами пропорциональности в четных и нечетных полуциклах нагружения;

Деформационные критерии: а) изменение прогиба в процессе испытания; б) изменение диаграммы циклического деформирования; в) изменение микротвердости; г) размер пластически деформированной зоны у вершины усталостной трещины; д) снижение ударной вязкости; е) изменение газовой плотности и др.

Запись диаграмм циклического и статического деформирования должна быть автоматической с использованием двухкоординатных приборов. Диаграммы статического растяжения записывают при той же скорости активного нагружения, что и при циклическом деформировании, причем измерение деформаций выполняют на той же базе. Запись диаграммы циклического деформирования осуществляют в процессе испытания с периодичностью, зависящей от свойств металла.

В Институте машиноведения исследования в области малоцикловой усталости, развернутые по инициативе академика АН УССР С. В.'Серенсена и доктора технических наук профессора Р. М. Шнейдеровича, в течение ряда лет проводятся, исходя из учета кинетики полей неоднородных деформаций определяемых свойствами диаграммы циклического деформирования, и возможности одностороннего накопления деформаций, ведущему к квазистатическому разрушению. Структура задачи определения несущей способности элементов конструкций при малоцикловом на-гружении состоит из трех основных направлений:

В работах [62, 63] наличие обобщенной диаграммы циклического упругопластического деформирования было установлено на материалах, циклически упрочняющихся, разупрочняющихся и стабилизирующихся для исходных деформаций порядка пятикратной или десятикратной деформации предела пропорциональности в условиях растяжения — сжатия и сдвига, что позволяет предположить существование ее при произвольных типах напряженного состояния. В качестве примера, на рис. 2.1.2, б сопоставлены диаграммы циклического деформирования в условиях растяжения — сжатия (-?), сжатия — растяжения (2) и сдвига (3).

Отмеченная независимость обобщенной диаграммы циклического упругопластического деформирования от вида и типа на-гружения весьма важна при использовании обобщенной диаграммы в решении задач при неоднородном напряженном состоянии, когда в процессе циклического деформирования напряжения и деформации меняются от цикла к циклу.

л геометрия обобщенной диаграммы циклического деформирования может быть известна, если известна ширина петли гистерезиса при различных уровнях исходных деформаций и различных числах нагружении.

Циклическая анизотропия свойств присуща ряду исследованных материалов как циклически упрочняющимся, так и циклически стабилизирующимся, и разупрочняющимся. В то же время независимо от характера изменения обобщенной диаграммы циклического деформирования большая группа конструкционных сталей и сплавов оказывается циклически изотропными материалами (табл. 2.1.1 и 2.1.2).

В соответствии с (2.1.1), (2.1.3) и (2.1.4) можно записать аналитическое выражение обобщенной диаграммы циклического (упру-гопластического) деформирования материалов в виде:

С использованием круговой диаграммы деформации Мора устанавливают связь между угловыми и линейными деформациями:

При растяжении плоских образцов с центральной" сквозной трещиной перед наступлением критического состояния равновесии (когда трещина начинает быстро лавинообразно распространяться нрн постоянной внешней нагрузке) почти всегда наблюдается стадия медленного устойчивого докритичесиого роста трещины. Это медленное подрастание трещины, хорошо известное экспериментаторам, приводит к тому, что критическая длина трещины 1С превышает исходную длину /0 на 30, З'д а то и па 100% в зависимости от свойств материала и длины исходной трещины. Зависимость напряжения в неослабленном сечении образца от длины устойчивой трещины принято называть докрптическон диаграммой разрушения. Стадии медленного роста трещины придается настолько большое значение, что при исследовании механических свойств материалов предлагается дополнят], диаграммы деформации диаграммами разрушения 150, 109. 110, 140. 20."), .4151.

6. Р а т н е р С. И., Г а л и м у р з а А. Г., К а д о б н о в а И. В., Диаграммы деформации различных полуфабрикатов из цветных сплавов, Оборонгиз, 1951.

Свойства волокнистых композитов при нагружении сжатием обнаруживают значительные отклонения от правила смеси [48, 66]; так, у композита алюминий — нержавеющая сталь непосредственно после изготовления предел упругости выше в 2 раза, а предел М'Икротекучести — в 5—8 раз (в зависимости от объемной доли упрочнителя). Диаграммы деформации композита алюминий — нержавеющая сталь при сжатии для различных значений объемной доли упрочнителя приведены на рис. 16. Показано, что разрушение происходит «в фазе», т. е. путем сдвига (выгибанием), и. не связано с отслаиванием (отрывом) проволоки по поверхности раздела. В соответствии с этими данными был пред-

На рис. 1, а показан внешний вид установки, а на рис. 1, б ее принципиальная схема. Последняя включает в себя вакуумную камеру 1, блок записи электросопротивления 2, блок нагрева и регулирования температуры 3, блок записи диаграммы деформации 4, блок стабилизации и точного поддержания температуры 5, нагружающую систему 6, стол 7, приставку для проведения рентгеноструктурного анализа 8, металлографический микроскоп МВТ-1 9, блок управления 10.

Измерение и запись диаграммы деформации. Деформации образца в процессе опыта измеряются с помощью деформометров поперечного или продольного типа [1, 2].

вакуумную камеру /, блок записи электросопротивления 2, блок нагрева и регулирования температуры 3, блок записи диаграммы деформации 4, блок стабилизации и точного поддержания температуры 5, нагружающую систему 6, приставку 7 для проведения рентгеноструктурного анализа образца, металлографический микроскоп МВТ 8, блок управления 9.

Измерение и запись диаграммы деформации. Деформацию образца в процессе опыта измеряют с помощью деформометров поперечного или продольного типа, конструкция которых разработана в лаборатории термопрочности Института машиноведения и подробно описана в работах [50, с. 87—94; 13—19; 62].

3. Значения пределов прочности и текучести при 293 и 197 К соответствуют вычисленным теоретически; при 77 К и 20 К предел текучести при двухосном растяжении 2 : 1 гораздо ниже расчетного. Большинство нержавеющих сталей имеют очень короткую чисто линейную часть диаграммы деформации. Упругая область чаще представляет собой дугу с большим радиусом кривизны. Эта тенденция проявляется и в случае двухосного растяжения 2: 1 при 77 К, а сравнительно слабое возрастание эффективного модуля уп-

Система замера деформации. Линейный потенциометр был подсоединен к верхней тяге таким образом, что осуществлялось смещение подвижной траверсы относительно верхней тяги. Смещение регистрировалось двухкоординат-ным самописцем типа SRA-7 с записью диаграммы деформации для определения предела текучести.

*' Диаметр гладких образцов 12,7 мм; надрезанные образцы — по эскизу рис. 8. *2 Образцы по эскизу рис. 8, Kf>K. *3 Образцы диаметром 11,1 мм. *4 Образцы диаметром 7,95 мм. *5 Приближенные значения; из-за некачественной диаграммы деформации предел текучести не определяли (см. рис. 2). *" Средние значения по результатам испытаний образцов диаметром 3,18 и 12,7 мм [6, 8]. *7 Образцы диаметром 3,18 мм.